基于高阶思维培养与深度学习的受力分析复习课教学

张夫坚

【摘 要】本文以“抓住科学本质，建构受力分析方法”一课为例，培养学生抓住科学本质，培养逆向思维，提高受力分析能力。迁移受力分析方法，解决高阶问题，促进深度学习。

【关键词】高阶思维;深度学习;复习教学

在教学中，学生在受力分析时抓住科学本质，建构受力分析方法。遇到新情境问题或者复杂问题时，抓住科学本质，真正系统掌握受力分析的方法。迁移受力分析方法，解决问题。

—、教學目标

1. 建立受力分析的知识结构。

2. 掌握受力分析基本程序和方法。

3. 根据物体的运动状态，分析物体受到的力。

二、立足学情现状，搭建梯度阶梯

传统的初中科学复习课，老师通常以梳理知识和讲解习题的方式进行课堂教学，以老师为主体进行知识灌输和方法讲解的单向教学学生被动接受和简单模仿。学生的学习缺乏主动性，缺乏对科学原理的理解，主要以低阶思维（记忆、领会）为主，难以生成学科关键能力和必备品格。学生的学习还停留在浅层，没有进行深度学习，遇到新情境时，往往会被表象所迷惑，抓不到问题的本质，不能建构方法解决问题。中考复习阶段，学生受力分析的能力仍然停留在原有的水平，这样的复习课没有培养学生的高阶思维。

九年级的中考复习阶段，根据学生已有的认知水平，虽然有的学生还没有真正系统掌握受力分析的方法，只会简单情况下的受力分析，但由于物体的数量少，物体受到的力少，学生根据二力平衡和牛顿第一定律的知识，对大部分只涉及到两个物体的还是能做出正确的受力分析。但对涉及到3个及以上物体的受力分析时，特别是涉及到摩擦力的分析是受力分析的重点和难点，尤其是有关静摩擦力的分析，由于学生没有真正系统掌握受力分析的方法，只能解决一些低阶思维的题目，遇到一些具有一定思维深度的题目，就有一定的困难。

因此科学复习课要求创设能激发学生的学习热情并有一定思维深度的真实情境，搭建有梯度并符合思维逻辑顺序的问题阶梯，帮助学生“拾级而上”，在不断的认知冲突中让科学思维得到纵深的发展。

三、优化教学设计，促进深度学习

1、创设真实情境，激发高阶思维

例1 如图所示，科学老师使用磁铁块（简称磁块）把纸片固定在黑板上。磁块的质量是M，纸片的质量是m，请分析纸片受力情况，判断出各个力的大小和方向。

学生进行受力分析，一段时间以后，只有少数学生完全正确进行了受力分析并画出了力的示意图，其他学生都存在各种各样的一些问题。

师 （找一位没有完全正确的同学提问）你觉得受力难在什么地方？

生 由于学生没有真正系统掌握受力分析的方法，物体数量变多了，涉及到的力也就多了，思路就乱了，不知道从哪个物体开始分析，确定了物体，不知道该按照什么顺序分析。

2、归纳学习方法，培养高阶思维

传统的初中科学复习课，老师往往直接画出力的示意图进行讲解找一位受力分析正确的同学讲一下解题思路，但通过多年的教学实践可知，对大部分同学而言，这样做并不能有效激发学生的学习热情和提高受力分析能力，所以可以采用先通过逆向思维倒推解题思路，再按照正向思维归纳受力分析的方法和一般步骤及注意事项。

（1）降阶处理，通过逆向思维倒推解题思路

先降阶成只有两个物体的情况，从最简单的受力分析的模型着手，降低了难度，提高学生参与的积极性。先让学生说出结果，再让学生梳理解题思路，先通过逆向思维倒推解题思路会呈现出来以下逆向思维。

师 小磁块受到的摩擦力的方向和大小？

生 摩擦力方向：竖直向下，摩擦力大小等于Mg。

师 怎么分析出来的？

生 画出力的示意图。

师 （教师观察学生画出力的示意图顺序并提问）你为什么按照这个顺序画力的示意图？

生 学生解释顺序画力的理由，其他学生补充完善。

师 你选择什么方向进行受力分析，为什么这样选择？

生 选择竖直分析受力分析，根据题意，只需分析竖直方向上的力。

师 这里有几个物体，你选择对哪个物体进行受力分析

生 黑板和小磁块两个物体，选择对小磁块进行受力分析。

逆向思维过程如下：

（2）再按正向思维归纳出解题步骤及注意事项：

正向思维过程如下：

师 这里有几个物体，你选择对哪个物体进行受力分析

生 黑板和小磁块两个物体，选择对小磁块进行受力分析。

师 你选择什么方向进行受力分析，为什么这样选择？

生 选择竖直分析受力分析，根据题意，只需分析竖直方向上的力

师 你按照什么顺序画力的进行受力分析？

生 学生解释顺序分析受力的理由，其他学生补充完善。

师 接下来怎么办？

生 画出力的示意图。

师 怎样得出摩擦力的大小和方向？

生 根据二力平衡的知识，得出f=G磁块。

（3）升阶处理，还原题目本来面貌

在降阶处理阶段，学生已经初步学会了正确进行受力分析，现在把题目恢复到原来的难度。

师 该怎样进行受力分析呢？

生 按照受力分析的步骤进行受力分析。

师 说一说你受力分析过程。

生 第一步，明确第一个受力分析的对象是小磁块，所以先对磁块进行受力分析。

师 很好，那第二步呢

生 第二步选择分析方向，根据题意选择在竖直方向上进行受力分析。

师 那接下来呢？

生 接下来就是第三步，按照顺序分析受力，首先分析了磁块受到竖直向下重力G磁块，磁块静止，受到一对平衡力，所以磁块受到竖直向上的摩擦力f纸对磁块。

师 那第四步呢？

生 第四步畫出力的示意图

师 好的，展示一下你画的力的示意图，也可以直接在电子白板上画。

生 学生上来在电子白板上画出了力的示意图。

师 那这个摩擦力的大小是多少呢

生 那这就是受力分析的第五步了，列式求解，由于f纸对磁块与G磁块是平衡力，大小相等，f纸对磁块=G磁块。

师 很好，思路非常清晰，接下来要对哪个物体进行受力分析？

生 第二个要进行受力分析的物体是纸片。

师 好的，纸片该怎样进行受力分析？

生 按照顺序，先分析到纸片受到竖直向下的重力G纸。

生 由于磁扣受到摩擦力f纸对磁块，根据相互作用力，纸片受到竖直向下的摩擦力f磁块对纸。

生 纸片处于静止状态，根据二力平衡的相关知识，目前已经分析出受到G纸和f纸对磁块两个力，这两个力的方向都是竖直向下的，如果要保持平衡，所以在纸片还要受到摩擦力f板对纸。f板对纸=G纸+f扣对纸，方向上竖直向上。

生 又因为f扣对纸=G扣，所以f板对纸=G纸+G扣=mg+Mg。

师 很好，你已经熟练掌握了正确的受力分析的方法了，还有其他的方法吗？

生 我有一个方法，磁扣的受力分析和磁扣和纸片之间的受力分析，方法和第一种方法一样，在分析纸片和黑板之间受力的时候，我把小磁块和纸片看成一个整体进行受力分析。

师 受力分析的对象是什么？

生 研究对象就是小磁块和纸片这个整体（以下称整体）。

师 说一下具体分析过程。

生 整体受到竖直向下重力G整体，G整体=G纸+G扣

生 整体处于静止状态，在竖直方向上受到平衡力的作用，

生 在整体和黑板之间，这个整体受到竖直向上的摩擦力f板对整体。

生 根据二力平衡，大小和整体的重力相等，f板对整体=G整体=G纸+G扣。

3、迁移受力分析方法，实践应用高阶思维

例2 小金看到校园里施工区域内工人用搬砖工具一次搬三块砖，小金了解到每块砖的质量是3kg，求第二块砖右侧受到的摩擦力大小和方向。

师 这道题该怎样受力分析

生 第一步，把三块砖看成一个整体，受力分析的对象就是这个整体。

生 第二步，选择竖直方向上进行受力分析。

生 第三步，按顺序分析整体的受力情况，这个整体受到竖直向下的重力G整体，G整体=90N。

生 这个整体处于静止状态，受到竖直方向上平衡力的作用，所以整个整体还受到竖直向上

的摩擦力f整体。

师 上来在电子白板上画出力的示意图。

生 学生画出力的示意图。

师 那摩擦力为什么这么画？

生 按道理应该画在这个整体的重心，但是如果这样画，后来用隔离法的时候，就不好分析每一个物体的受力情况了。所以我把摩擦力画在了整体的左侧和整体的右侧，并说一说你的解题思路。

生 这个整体的左侧（也就是A的左侧）和这个整体的右侧（也就是C的右侧）都分别受到

竖直向上大小是45N的摩擦力。

生 总的摩擦力与重力平衡，大小相等，f整体=G整体=90N。因为这个整体两侧是对称的，左右两侧受到摩擦力是相等的，且总和是90N，所以f左=f右=45N。

师 那接下来呢？

生 再用隔离法按照从左到右的顺序分别对A、B、C分别进行受力分析。

师 很好，先用整体法，再用隔离法，按照受力分析的步骤进行受力分析;那如果整体法分析以后，对A、B、C进行受力分析的时候，从左向右的顺序进行分析可以吗？

生 也是可以的，左右是对称的。

本节科学复习课的设计，没有传统科学复习课模式中的把知识罗列一遍，再做题讲题，而是通过创设校园里的真实情境学生激发学生学习的兴趣，搭建有梯度并符合思维逻辑顺序的问题阶梯，帮助学生“拾级而上”，在不断的认知冲突中让科学思维得到纵深的发展。重在让学生归纳学习方法，培养高阶思维，使学生学生在受力分析时能抓住科学本质，建构受力分析方法，遇到新情境问题或者复杂问题时，迁移受力分析方法，解决问题。培养学生的逆向思维，提高受力分析能力，迁移受力分析方法，把所学知识迁移到新情境中，解决高阶问题，促进深度学习，对提升高阶思维能力起到积极作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准[M]北京：北京师范大学出版集团，2013：2-3.

[2]朱清时.科学七年级下册[M]杭州：浙江教育出版社，2014：106-116.

（作者单位：浙江省杭州市文海实验学校）