《力的合成》教學設計濟寧市實驗中學李海濱一、學生學習情況及學習任務分析“力的合成”是人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書（以下簡稱“人教版”）《物理》必修1第三章第四節，把實驗探究求合力方法的過程作為本節課的重點內容，要求學生在學習重力、彈力、摩擦力等矢量的基礎上，進一步探究矢量的運算方法。高一學生剛接觸矢量，對矢量的運算沒有任何感性認識，沒有任何生活經驗可供借鑒，他們習慣的是僅有大小沒有方向如質量、體積等物理量之間的代數運算。所謂“萬事開頭難”，力的合成法則對高一學生來說是一個難關，而一旦過了這個坎，則是學生認識上的一次質的飛躍。意識到學生在這一問題上的巨大困難，一種簡單易行的教學方法是分散教學難點，先教給學生力的合成法則，再讓學生在實驗驗證和反復運用中逐步深化對力的合成法則的理解。但對照新課程理念對高中物理教學的要求，這樣的處理又顯然不是最佳的選擇。一則，以提高學生科學素養為核心的新的教學理念把學生探究活動的過程、方法以及經歷探究活動過程中的體驗作為課程目標之一，正是像力的合成這樣對學生來說全新的知識，學生在探究活動過程中的體驗才更加真實而深刻，其效果遠非那種目標和路線都明擺著的形式化的探究活動可比。二則，正因為學生對矢量運算是完全陌生的，放慢教學過程，讓學生在探究過程中獲得切身體驗，也有利于學生更深刻的理解矢量的合成法則。三則，從知識上說，學生在前面已經學過運動學，對運動學中的矢量，如位移速度等，在生活中還是有一定的感性認識的，尤其是對兩段位移總位移的討論，形象直觀，對力的平行四邊形法則有一定的啟示；從方法和習慣上來說，隨著新課程的實施和推進，學生對于科學探究尤其是實驗探究已經積累了一定的體驗和認識，也勇于發表自己的看法，良好的學習習慣和課堂氛圍也為學生自主探究力的合成法則提供了保障。綜上所述，本節課的教學目標可確定為：三維目標1．知識與技能①理解合力、分力的概念，通過實驗理解力的合成，并理解等效替代的思想方法；②實驗探究力的合成的規律，并知道平行四邊形定則。2．過程與方法①能夠通過實驗演示歸納出互成角度的兩個共點力的合成遵循平行四邊形定則；②培養學生動手操作能力。3．情感態度與價值觀①在實驗的過程中，掌握正確的方法，結果要符合實驗數據；②培養學生實事求是的求實精神；③培養學生的物理思維能力和科學研究的態度。教學重點難點分析本節課的教學重點是實驗探究力的合成的規律。設計實驗，利用實驗得到合力與分力的大小和方向，猜想它們之間所遵循的運算規律則是本節課的教學難點。考慮到學生的實際困難，教師設置好引導學生步步深入進行探究的情景和問題，適時、適度地參與學生的探究活動則顯得尤為重要。二、課堂教學設計理念與教學思路為了讓學生更好地體驗科學探究的方法和過程，發展自主學習能力，培養良好的思維品質，本節課的教學采用如下教學流程：小實驗創設情境一提出問題一設計方案一分組實驗一引導啟發猜想一實驗驗證一得出結論。教學過程中注重教師的“導”和“參與”，適時、適度地參與學生的探究活動，淡化教師的“教”；注重學生對知識的自主學習與自我構建，強化小組學習與小組交流，淡化機械訓練，摒棄灌輸式教學；在師生互動、互助的氛圍中達到學習的目的。三、教學準備一桶水，用來創設一個學生感興趣的力的等效替代的情景。人教版新課標教材上的探究實驗只能提供一組特殊數據，對于學生體驗探究力的合成法則是遠遠不夠的，這里把實驗改成先用彈簧秤和重錘初步研究合力與分力的關系做鋪墊，再用橡皮條和彈簧秤在白紙上研究力的合成法則（即原教材中驗證力的平行四邊形定則的學生實驗）。學生每4人一組下列器材：方木板、白紙、彈簧秤（兩個）、橡皮條、細繩兩條、三角板、刻度尺、圖釘（幾個）、帶有繩套的重錘（約300g）、平行四邊形定則教具四、教學過程1．小實驗設置情景，滲透科學方法兩個同學互成角度地施加拉力共同提一桶水，使水桶懸空靜止；一位同學單獨提這桶水，也可以使水桶懸空靜止，從實驗中有什么發現？分析兩種情況下水桶的受力情況并畫出力的示意圖如圖1、2所示，F與F1、F2是什么關系？引出力的等效替代關系，得出合力與分力的概念。圖1圖2教學中滲透等效替代的思想方法，即分力與合力雖然不同時作用在物體上，但可以相互替代，能夠相互替代的條件是分力與合力的作用效果相同，但不能同時考慮分力的作用又考慮合力的作用。2．分組實驗，激發思考那么合力和分力之間遵循怎樣的規律呢？具體的說，上面的例子里F與F1、F2的大小方向存在怎樣的關系？猜想，并利用桌子上的實驗器材，設計實驗驗證你的猜想。可能會有學生猜想F=F1+F2，實際上猜想不一定要正確，與實驗證實相比，實驗證偽更能反映科學研究活動的真實情況。可用小桶盛水模擬上面小實驗中的水桶，兩個彈簧秤可分別讀出F與F1、F2的大小。事實上用一個彈簧秤稱盛水小桶讀數為一確定值，而用兩個彈簧秤互成角度秤時的讀數各不相同。猜想合力和分力之間遵循怎樣的規律呢？由上述所測數據，能得出什么結論？看來分力F1、F2與合力F之間的運算關系不是簡單的代數和運算，似乎還與分力F1、F2的方向有關，那么，如何探究它們之間的關系呢？首先我們要想辦法把合力和分力的大小方向記錄下來并方便地表達出來，怎樣做呢?老師用兩個彈簧秤測量對小水桶的拉力F與F1、F2，并引導學生找到表示力的方法、在黑板上做出兩拉力的圖示。3．設計方案，促進合作請同學們利用桌子上的實驗器材，設計方案，探究分力與合力之間的運算法則。若提供的實驗器材不能滿足你的設計要求，可報告教師。每一小組在設計方案的過程中，思考以下幾個問題：

(1)用什么方法找出分力F1、F2及合力F；(2)怎樣使分力F1、F2的作用效果與合力F的作用效果相同？(3)實驗過程中需要記錄哪些實驗數據？怎樣可以直觀簡潔的同時描述力的大小和方向？各小組分別討論，經互相補充和完善后，形成探究方案。經實驗可得到F1、F2及F的圖示如圖3所示。圖34．啟發思考，民主互動觀察圖3中F1、F2及F的大小和方向，并猜想F1、F2之和與F之間可能遵守什么規律？部分同學的猜想可能不著邊際，還有一部分同學感到問題棘手，不知道解決問題的突破口在哪里。此時，教師參與學生的猜想和討論，可以以自言自語的方式給學生一些提示：“在學習平面幾何時，可以利用添加輔助線的方法，重新構建幾何圖形，使得已知量和未知量之間建立聯系。我們能否通過添加輔助線的方法構成一些簡單圖形如三角形、四邊形等，使得F1、F2與F之間建立某種聯系？”在老師的引導下，利用添加輔助線的方法，學生可能形成如下的探究方案：方案1：方案2：方案3：和方案2類似，用虛線連接F2和F的末端B、E，BOE就構成一個三角形，要想知道F1、F2和F之間的關系，則需確定BE與F1之間的聯系或者確定AE與F2之間的聯系。另外，有的小組將A、B相連，AOB構成一個三角形；有的將A、E相連，B、E相連，AOBE構成一個四邊形等等。教師適當評價。請同學們認真觀察一下四邊形AOBE，并猜想四邊形AOBE有什么特點？經觀察、實驗和分析，發現AOBE為近似平行四邊形，于是猜想出合力與分力的關系所滿足的平行四邊形定則。為驗證平行四邊形定則，比較用平行四邊形定則得到的合力與實際合力的誤差。總結結論，用重錘在黑板上驗證兩個彈簧秤對小水桶的拉力的合力是否豎直。并用力的圖示法求出合力大小，比較它與F的大小。5．延伸拓展，鞏固提高用自制教具形象演示合力隨分力的變化情景6．課后鞏固練一練：作用在物體上的兩個力，F1=10N，F2=2N。若它們之間的夾角可任意，那么它們的合力可能是（）想一想、動一動：（1）兩個大小不變的力F1、F2，它們之間的夾角θ由00增大到1800的過程中，合力F的大小怎樣變化？（2）實際生活中物體往往受到多個力，怎樣求多個共點力的