例談《牛頓第一定律》實驗探究法教學(xué)

摘?要：物理學(xué)科教學(xué)的重點是實驗探究，而開展實驗的前提，是緊扣實驗教學(xué)內(nèi)容、以學(xué)生為主體，進而通過小組合作來提高實驗探究的有效性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，提高學(xué)科素養(yǎng)。本文以高中物理“牛頓第一定律”課堂教學(xué)為例，探討了實驗探究在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理;課堂教學(xué);實驗探究;牛頓第一定律

實驗是學(xué)習(xí)物理的重要手段，同時也是解決實際問題的主要方法。而互動性、開放性和多元化是當前高中物理實驗課教學(xué)的重要方向，也是在強化以學(xué)生為主體的課改精神下，對傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的優(yōu)化與調(diào)整。在學(xué)習(xí)方法層面，伴隨著小組合作的組織與開展，契合了物理實驗的課程要求，同時也迎合了新課改精神與教學(xué)模式創(chuàng)新性改革的內(nèi)在需求。具體來說，高中物理實驗課的主要特點是教學(xué)過程直觀、明了、生動，便于加深學(xué)生對有關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，加強學(xué)生對相關(guān)知識的記憶，以及能充分地調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動地參與到學(xué)習(xí)過程中來。為此，在不斷加強實驗課趣味性的基礎(chǔ)上，教師還需著重突出實驗課的工具性和探究性，提高物理課堂的教學(xué)質(zhì)量。本文以“牛頓第一定律”課堂教學(xué)為例，探討了實驗探究的實踐應(yīng)用。

一、?實驗探究學(xué)習(xí)的基本原則

在高中物理實驗課上，受限于學(xué)生的個體學(xué)習(xí)能力和認知水平，以及課堂實驗的共通性和針對性，教師必須要掌控好學(xué)生實驗探究的過程，以提高課堂教學(xué)的有效性。具體來說，實驗探究學(xué)習(xí)主要原則體現(xiàn)在三個方面。

其一是緊扣教學(xué)內(nèi)容。在實驗設(shè)計的方案中，突出學(xué)生的主體地位及其作用，引導(dǎo)學(xué)生在小組合作學(xué)習(xí)過程中參與實驗方案的設(shè)計，能夠幫助學(xué)生加深對知識的理解，通過實踐與理論的整合，充分運用所學(xué)的知識，借此掌握物理的思想方法，從而提高學(xué)習(xí)的有效性。其二是以學(xué)生為主體。實驗的組織開展是小組合作學(xué)習(xí)中的重點環(huán)節(jié)，也是實驗課的重要步驟。在實驗探究中，教師可將自己的角色定位為小組合作學(xué)習(xí)的促進者和疑惑的解答者，而各小組成員則依照自己的任務(wù)分工，逐步地開展實驗操作，并在實驗中針對問題展開小組討論，確保整個實驗過程都處于合作學(xué)習(xí)的狀態(tài)之下，完成實驗的自主探究和問題的自主解決，最后獲得實驗結(jié)果。其三是改變學(xué)生的意識形態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生將實驗在潛意識里認定為“自己學(xué)習(xí)的任務(wù)”，而不是“教師布置的任務(wù)”，進而進行自評。在實驗課中實施小組合作學(xué)習(xí)，需要學(xué)生借助小組這一平臺，將實驗的整個流程納入合作學(xué)習(xí)的范疇，在設(shè)計實驗方案、自主開展實驗的基礎(chǔ)上，進一步自主設(shè)計實驗的評價方法。而教師的任務(wù)則由“對學(xué)生實驗的評價”轉(zhuǎn)化為“對學(xué)生試驗評價的評價”，將師生關(guān)系由“一名教師面對數(shù)十名學(xué)生”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙幻處熋鎸?shù)個小組”，從而實現(xiàn)教學(xué)關(guān)系的最優(yōu)化，為打造高效課堂奠定基礎(chǔ)。

二、?實驗探究學(xué)習(xí)

積極的思維活動是課堂教學(xué)成功的關(guān)鍵，而富有啟發(fā)性的課堂導(dǎo)入可以激發(fā)學(xué)生的思維興趣，所以教師上課伊始就應(yīng)當注意通過不同的導(dǎo)入方式來調(diào)動學(xué)生的思維，以引起學(xué)生對新知識的熱烈探求。一堂課導(dǎo)入的成與敗直接影響著整堂課的效果，而導(dǎo)入方法的選擇與授課內(nèi)容存在著直接聯(lián)系。因此，在新授課環(huán)節(jié)的導(dǎo)入方法是多樣化的，僅就牛頓第一定律為例，引導(dǎo)學(xué)生開展實驗探究的關(guān)鍵在于實驗的“淺”嘗試。

在課堂開始，筆者在讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)和準備實驗材料的基礎(chǔ)上，通過緊抓主題，精心設(shè)計，來助力高中生開展課堂探究，運用實驗突破重難點知識，提高學(xué)習(xí)的有效性。首先導(dǎo)入問題：我們之前學(xué)習(xí)了怎樣描述物體的運動，但并沒學(xué)習(xí)物體為何會做運動，那么，我們?nèi)绾巫C實力與運動的關(guān)系？

導(dǎo)入課件：在騎自行車時，鏈條傳動與剎車過程中力與運動的對應(yīng)項。

設(shè)問：為什么用力蹬則自行車的速度快，慢慢蹬則自行車的速度慢？什么是影響速度的關(guān)鍵因素？

學(xué)生通過小組合作實驗探究：影響自行車速度的主要因素包括車輪與地面的摩擦力、勻變速直線運動的位移與速度的關(guān)系等等。

設(shè)問：自行車的運動是靠力來維持的嗎？

學(xué)生分析問題：不用力蹬自行車不會移動，因此，運動是靠力來維持的。

設(shè)問：同學(xué)們可以用實驗來驗證運動與力的另一種關(guān)系，即運動不需要力來維持。

導(dǎo)入實驗：做一個風車，將紙疊成輪狀風車，套在鉛筆上，輕輕撥動，紙風車開始轉(zhuǎn)動;用手阻擋，紙風車保持靜止。

設(shè)問：這一實驗說明了什么？

學(xué)生合作探究：外力影響物體的運動。

導(dǎo)入課件：亞里士多德的物理觀點。

如此，通過在課堂開始階段導(dǎo)入課件，創(chuàng)設(shè)出了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境;在此基礎(chǔ)上，通過不斷地提出問題，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)思路始終立足在正確的方向，進而通過實驗的“淺”嘗試，形成了“運動不需要力來維持”這一結(jié)論，最后運用亞里士多德的物理觀點總結(jié)，以消除他們的錯誤思路，為進一步探究打下基礎(chǔ)。

在授課過程中，教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生運用實驗突破重難點知識。如在上一環(huán)節(jié)的實驗基礎(chǔ)上，筆者再次追問：我們已知道了運動不需要力來維持，那么，外力是影響物體運動的唯一動力嗎？

導(dǎo)入課件，如下圖所示。

設(shè)問：試想，在甲、乙、丙三個斜面中，小球分別會出現(xiàn)哪些運動狀態(tài)？

根據(jù)圖片導(dǎo)入實驗：找一個斜面（用書或課本傾斜），分別將它們折疊成圖中的形狀，將鉛筆置于斜面頂端，讓它自然滾落下來，觀察三次實驗的結(jié)果。

設(shè)問：通過實驗可知，哪一個斜面會使小球無線運動？

學(xué)生分析問題：丙的斜面會讓球保持無線運動。

設(shè)問：那么，為什么甲、乙不能使球保持無線運動？

學(xué)生合作探究：在甲、乙兩個斜面中，小球在運動中分別會受到另一斜面的反作用力，影響了小球的滾動。

設(shè)問：外力是影響物體運動的唯一動力嗎？

學(xué)生合作探究：鉛筆與物體斜面的摩擦，影響物體的運動速度和軌跡。

導(dǎo)入課件：伽利略的理想斜面實驗。

設(shè)問：外力和摩擦力是影響物體運動的重點因素，除此之外，還包括哪些？

在問題情境下，讓學(xué)生再次實驗：將玻璃球放在教室的地上，觀察它的運動軌跡。

設(shè)問：除外力和摩擦力之外，還有哪些因素影響物體的運動速度和軌跡？

學(xué)生合作探究：速度的矢量性。

導(dǎo)入課件：笛卡爾的物理實驗。

設(shè)問：那么，通過之前的實驗探究，同學(xué)們能否歸納出牛頓第一定律的基本概念？

學(xué)生合作探究：物體始終在勻速直線運動或靜止中，外力是迫使它改變這種狀態(tài)的唯一手段。

再次導(dǎo)入課件：如圖所示。

根據(jù)上圖進行演示實驗：用小木棒、圓環(huán)和繩子組成上圖形狀，讓學(xué)生們嘗試于D點扯動繩子，感知力量大小與繩子的不同變化。

實驗1：用力扯動D點，觀察哪一段繩子會先斷掉。實驗2：輕輕扯動D點，觀察哪一段繩子會先斷掉。

通過實驗，師生共同概括總結(jié)：其一，牛頓第一定律廣泛存在于生活中，反映在各種狀態(tài)下力與運動的相互聯(lián)系層面;其二，上述實驗中都出現(xiàn)了一個隱含條件，即慣性，因此，牛頓第一定律也可概括為慣性定律。

綜上，筆者在本課中引導(dǎo)學(xué)生們采用了“分析問題→合作探究→實驗驗證→歸納總結(jié)”的學(xué)習(xí)方法。其中，首先以問題為導(dǎo)引，激發(fā)學(xué)生的探究欲望;其次以實驗為解答問題的主要手段，讓學(xué)生進行實驗驗證;再次用課件點明“牛頓第一定律”的發(fā)展演變過程;最后通過概括，對牛頓第一定律形成客觀認識。如此，則充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，并有效提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

作者簡介：

孟鶴翔，江蘇省常熟市，江蘇省常熟市王淦昌中學(xué)。