摘 要：本文以“牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)課為例子，介紹廣西南寧市普通高中物理課堂教學(xué)案例開發(fā)情況，并反思其對(duì)類似層次學(xué)校物理課堂教學(xué)案例開發(fā)的意義。

關(guān)鍵詞：物理;教學(xué)設(shè)計(jì);案例教學(xué)

一、牛頓第二定律教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）用定性實(shí)驗(yàn)引入的方法導(dǎo)入新課。

1.簡單復(fù)習(xí)牛頓第一定律的內(nèi)容，明確物體在不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，提出問題：物體受外力后發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，這個(gè)變化過程是否可以做更仔細(xì)的研究呢？

2.做引入實(shí)驗(yàn)：讓小車在滑軌上保持靜止，調(diào)節(jié)墊板高度，輕輕推動(dòng)小車讓它可以做勻速運(yùn)動(dòng)。把細(xì)繩放在小車的左端，跨過定滑輪，右端掛一個(gè)鉤碼，小車做加速運(yùn)動(dòng)，也就產(chǎn)生了加速度。初步結(jié)論：拉力改變了小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。

3.對(duì)比實(shí)驗(yàn)：在小車上加放四個(gè)鉤碼。小車的啟動(dòng)明顯變慢，加速度會(huì)受到影響。初步結(jié)論：小車的加速度大小不僅與力有關(guān)，還與物體本身的質(zhì)量有關(guān)。向?qū)W生提出思考的問題：加速度與力和物體的質(zhì)量關(guān)系如何？這是我們本節(jié)要研究的問題，下面通過精細(xì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量研究。

通過進(jìn)行定性的實(shí)驗(yàn)，先讓學(xué)生建立基本的定性概念，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變和物體的受力及其本身的質(zhì)量有關(guān)，為后續(xù)的定量關(guān)系實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。以前在這個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)中很多時(shí)候都是進(jìn)行視頻引入，看上去學(xué)生表現(xiàn)比較熱鬧，但是終究不是實(shí)物實(shí)驗(yàn)，對(duì)于幫助學(xué)生建立定性概念的效果較差，帶來后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程比較突兀，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要注意不要使實(shí)驗(yàn)復(fù)雜化，不要引入定量概念，只需要說更大的力，更大的質(zhì)量這樣的定性概念，及其結(jié)果即可[1]。更仔細(xì)的定量實(shí)驗(yàn)在后續(xù)的新課教學(xué)中分層次引入，減緩學(xué)習(xí)的梯度。

（二）通過分組實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行新課教學(xué)，保證學(xué)生有足夠的發(fā)現(xiàn)和探索過程

1.試驗(yàn)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的理論分析，進(jìn)一步鞏固概念，并利用希沃系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)再次導(dǎo)入新課。

（1）學(xué)生自主活動(dòng)：對(duì)運(yùn)動(dòng)的小車進(jìn)行受力分析

利用希沃實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)做出小車在滑板上運(yùn)動(dòng)的模型，注意此時(shí)滑板是水平狀態(tài)。

物體受到重力、摩擦力、支持力和拉力的作用（提問學(xué)生）

提出實(shí)驗(yàn)中摩擦力如何處理的問題讓學(xué)生思考。受力分析環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，這個(gè)環(huán)節(jié)在以往的教學(xué)中經(jīng)常被忽視，不做詳細(xì)說明，也沒有進(jìn)行明確的板書，學(xué)生容易在做實(shí)驗(yàn)的最開始環(huán)節(jié)就對(duì)問題的情況產(chǎn)生模糊，盲目地進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)操作中去，特別是對(duì)是否進(jìn)行平衡摩擦力的問題不明確，通過在黑板仔細(xì)地受力分析，明確了操作的要點(diǎn)（通過改變滑板傾角平衡摩擦力）[2]。再次利用希沃實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行電腦模擬實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)中進(jìn)行摩擦力修正的必要性。改變滑板的傾斜角度，并利用系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出下車進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)效果。（同時(shí)學(xué)生組裝儀器）

（2）師生討論改變小車的受力的方法，并利用希沃實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

通過改變懸掛鉤碼的個(gè)數(shù)，提示學(xué)生：拉力和鉤碼的重力可以認(rèn)為相等，但實(shí)際上有偏差，這個(gè)內(nèi)容在后續(xù)課程中再學(xué)習(xí)。這個(gè)環(huán)節(jié)中涉及到一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)誤差問題，在之前的教學(xué)中沒有進(jìn)行主次處理，在這個(gè)環(huán)節(jié)用時(shí)過多，并且將問題復(fù)雜化，使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的可靠性和真實(shí)性有了懷疑，使得試驗(yàn)效果大打折扣，在平行班教學(xué)中這個(gè)環(huán)節(jié)可以做完全不提及處理。

（3）師生討論如何測(cè)定加速度的大小

利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)出時(shí)間和運(yùn)動(dòng)位移，在初速度為零的情況下可以用a=2S/t2測(cè)定。提示學(xué)生：小車作初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中，保持小車的位移S不變，由S=1/2at2導(dǎo)出a=2S/t2，測(cè)出時(shí)間可以直接對(duì)比加速度的大小關(guān)系。這個(gè)環(huán)節(jié)其實(shí)是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)于將加速度和位移進(jìn)行直接聯(lián)系是有疑問的，所以可以的話，可以在黑板上進(jìn)行板書演算講解，而不是口頭告訴學(xué)生結(jié)果。在其他的課程開發(fā)案例中，對(duì)這個(gè)環(huán)節(jié)也進(jìn)行過模擬表格數(shù)據(jù)對(duì)比處理，從之前課例開發(fā)的反饋情況看，學(xué)生對(duì)通過模擬表格數(shù)據(jù)的效果其實(shí)不好，更多作用是建立模糊的定量概念，這與這個(gè)環(huán)節(jié)要進(jìn)行的精細(xì)定量實(shí)驗(yàn)的目的相違和。

2.進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行小組展示。

把班級(jí)分組6—8人一個(gè)小組進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)

利用控制變量法，保持力f和質(zhì)量m其中的一個(gè)不變，研究加速度a與另一個(gè)物理量間的關(guān)系?？刂谱兞糠◤某踔虚_始已經(jīng)學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)有相當(dāng)程度的掌握，此處可以一句話帶過，其他案例中分配大量時(shí)間進(jìn)行的分析意義不大，但是要對(duì)分別如何控制變量，控制哪一個(gè)都要進(jìn)行明確。分組實(shí)驗(yàn)要對(duì)學(xué)生的操作步驟進(jìn)行細(xì)化，分配組員的工作任務(wù)，不操作的組員要做測(cè)量，并要求輪換操作讓每位組員都有動(dòng)手機(jī)會(huì)。

（1）保持質(zhì)量m相同，測(cè)定加速度a與力f的關(guān)系。

試驗(yàn)中通過改變鉤碼數(shù)量改變力f的大小，此時(shí)測(cè)定加速度與力的定量關(guān)系。

通過改變懸掛鉤碼的數(shù)量，開始先掛一個(gè)懸掛，到懸掛四個(gè)鉤碼，逐漸增加鉤碼數(shù)量。讓一部分學(xué)生將力f的數(shù)值記錄到課前準(zhǔn)備設(shè)計(jì)好的表格中去，另一部分同學(xué)馬上用直尺測(cè)量紙帶上的點(diǎn)的距離，將推算的加速度的數(shù)值填寫到表格中去。

（2）保持力f相同，加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系。

試驗(yàn)中通過改變放在小車上的鉤碼數(shù)量改變小車總重m的大小，在這個(gè)步驟之前要讓學(xué)生用天平測(cè)量每一輛小車的質(zhì)量。此時(shí)測(cè)定加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系，通過改變放置鉤碼的數(shù)量，開始先放一個(gè)懸掛，到放四個(gè)鉤碼，逐漸增加鉤碼數(shù)量。讓一部分學(xué)生將質(zhì)量m的數(shù)值記錄到課前準(zhǔn)備設(shè)計(jì)好的表格中去，另一部分同學(xué)馬上用直尺測(cè)量紙帶上的點(diǎn)的距離，將推算的加速度的數(shù)值填寫到表格中去。

從歷次課例開發(fā)分析的反饋來看，進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是時(shí)間的控制，學(xué)生由于學(xué)習(xí)能力水平的差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理、器材使用能力的差異，造成了試驗(yàn)中各個(gè)組之間的差異，一個(gè)小組內(nèi)的差異，時(shí)間上太容易出現(xiàn)超時(shí)的情況，并且實(shí)驗(yàn)效果的差異也比較大。要克服這些差異，需要細(xì)心做好課前工作，分配小組成員時(shí)要按照能力高低進(jìn)行搭配，個(gè)別動(dòng)手能力比較弱的同學(xué)可以在課前或者課中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，安排展示成果的同學(xué)也先行指定。經(jīng)過比較仔細(xì)的課前準(zhǔn)備，進(jìn)行學(xué)生分組活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間得到了控制，不會(huì)打亂其他教學(xué)環(huán)節(jié)。

3.引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）讓各個(gè)小組上講臺(tái)展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找到共同的規(guī)律。注意試驗(yàn)中巡堂把實(shí)驗(yàn)效果比較成功的小組的數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)展示。

（2）分析數(shù)量關(guān)系：在m不變的情況下，加速度a和外力f基本成正比例關(guān)系;在拉力f不變的情況下，加速度a和質(zhì)量m基本成反比例。

（3）分析方向關(guān)系：加速度a的方向和外力f的方向相同。

4.形成最終的結(jié)論

牛頓第二定律內(nèi)容：（1）物體受到外力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生加速度;（2）加速度的大小與所受外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比;（3）加速度的方向與外力方向一致。

牛頓第二定律的意義：這個(gè)定律定量揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，告訴學(xué)生可以理解為加速度a是結(jié)果，外力f是外因，質(zhì)量m是內(nèi)因，牛頓第二定律也稱作加速度定律。

導(dǎo)出公式：a=f/m 或者f合=ma（板書）

說明使用的要點(diǎn)：

力、質(zhì)量、加速度是指同一物體，在同一時(shí)間這些都要采用國際單位。

公式中的力應(yīng)該理解成合外力，即f合。

（三）進(jìn)行知識(shí)歸納和拓展應(yīng)用

讓學(xué)生通過一些生活中的實(shí)際例子，體會(huì)加速度a和外力f，質(zhì)量m的關(guān)系（提問學(xué)生），做到學(xué)以致用，再次用生活化的實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)。

讓每個(gè)小組自由選取適合的案例，自由展示并用他們自己選擇的例子說明牛頓第二定律。可以選擇的例子：

1.競(jìng)速汽車為什么要安裝大馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，更輕的碳纖維車身。大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)意味著力f大，碳纖維車身意味著質(zhì)量m小，所以加速度大。

2.航天中，火箭必須獲得非常大的加速度，才能飛出大氣層。這么大的加速度，如何獲得，火箭需要攜帶大量燃料，所以殼體也很大。體積和重量都很大但是燃燒完畢的空殼體并沒用其他用處，按照牛頓第二定律質(zhì)量m越大，加速度越小。為了解決質(zhì)量對(duì)加速度的影響，科學(xué)家們想出了解決的辦法，就是把火箭做成分級(jí)的，每一級(jí)都有燃料，燃燒完一級(jí)就丟棄一級(jí)，這樣火箭就越飛越輕，速度也越來越快。

二、課堂教學(xué)案例開發(fā)的啟示

（一）實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)問題，難度的選擇性處理問題

1.牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)要求定量研究的實(shí)驗(yàn)，用鉤碼拉動(dòng)小車，實(shí)際情況是由于系統(tǒng)做的是加速運(yùn)動(dòng)，拉力小于重力，搞清楚這個(gè)系統(tǒng)誤差的要求比較高，因?yàn)閷W(xué)生還沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)牛頓第二定律的問題的解題方法，對(duì)連接體問題也沒有學(xué)習(xí)，在這個(gè)地方不做淡化處理會(huì)增加學(xué)習(xí)學(xué)生學(xué)習(xí)的難度[3]。

2.關(guān)于平衡摩擦力，為什么要平衡摩擦力，平衡摩擦力的問題可以選擇讓學(xué)生探索，但是要控制好深度和時(shí)間，不要影響這節(jié)課的主體。

3.數(shù)據(jù)處理中關(guān)于加速度的求解過程，直接處理紙帶求出加速度的方法過于煩瑣，案例選擇了設(shè)定初速度為零，加速度和位移直接成正比例的方法，這對(duì)于減低實(shí)驗(yàn)難度很有好處，所以這個(gè)可以作為選擇。如果學(xué)生的學(xué)習(xí)水平程度比較低，可以考慮用平均速度代替加速度的測(cè)量，這樣只需要直接測(cè)量總長度和時(shí)間即可對(duì)比加速度，這個(gè)方法在一般情況下不要全班同學(xué)都使用，可以在一些比較弱的小組中使用。

（二）實(shí)驗(yàn)的技能培養(yǎng)問題

1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論部分的要求包含了受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、系統(tǒng)誤差分析和數(shù)據(jù)處理，對(duì)于高一年級(jí)的同學(xué)來說，學(xué)習(xí)統(tǒng)籌規(guī)劃一個(gè)物理課題對(duì)于提升學(xué)生的系統(tǒng)分析、統(tǒng)籌規(guī)劃問題的能力幫助很大，這節(jié)課對(duì)于學(xué)生重在能系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，搞清楚次序，而不是要求學(xué)生能馬上有精確的結(jié)論和能力拓展。

2.實(shí)驗(yàn)的操作技能部分

（1）第一平衡摩擦力的要求是讓小車可以在軌道上勻速滑行，但是小車一開始是沒有速度的，就算已經(jīng)墊高一端平衡了摩擦力，小車也不會(huì)運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)環(huán)節(jié)上，小車要以合適的力量推動(dòng)，讓他獲得一個(gè)合適大小的初速度，這個(gè)操作的難度是有的，學(xué)生要把握這個(gè)力度是要摸索的，太快了就看不出平衡摩擦力的效果，太慢了小車的運(yùn)動(dòng)很遲緩，個(gè)別地方會(huì)停止，使得實(shí)驗(yàn)無法驗(yàn)證。

（2）第二個(gè)技能上的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)紙帶的處理，對(duì)于一位第一次接觸打點(diǎn)機(jī)計(jì)時(shí)器的同學(xué)來說，通過打點(diǎn)記錄時(shí)間流逝是一個(gè)很新穎的體驗(yàn)，對(duì)如何利用一張紙帶就進(jìn)行速度甚至加速度的測(cè)量要細(xì)心指導(dǎo)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前已經(jīng)做過類似的實(shí)驗(yàn)，所以對(duì)這個(gè)方法實(shí)際上已經(jīng)做了鋪墊，但是在操作上的幾個(gè)細(xì)節(jié)要再明確。一是第一個(gè)點(diǎn)的選擇，紙帶在一開始的時(shí)候運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，打下的點(diǎn)不能使用，二是對(duì)于明顯錯(cuò)誤的點(diǎn)，屬于偶爾誤差要教會(huì)學(xué)生舍棄。教學(xué)實(shí)踐中，能很好地完成實(shí)驗(yàn)并做出準(zhǔn)確判斷的同學(xué)比例是有限的，要在課堂教學(xué)中善于判斷學(xué)生的完成度，并做好小組展示的準(zhǔn)備。

（三）思維方法的培養(yǎng)問題。高中物理知識(shí)本身有一定的難度，學(xué)習(xí)過程和初中區(qū)別比較大，學(xué)生感覺比較枯燥，厭學(xué)的同學(xué)比例比較大，這和學(xué)生不能掌握正確的思維方式有關(guān)。教學(xué)過程不是簡單的知識(shí)傳授和方法點(diǎn)撥，而是尊重學(xué)生的主體地位，積極參與到教學(xué)探索活動(dòng)中來。牛頓第二定律這一節(jié)課，最重要的一個(gè)點(diǎn)就是要學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)加速度與外力和質(zhì)量的定量關(guān)系，這個(gè)發(fā)現(xiàn)過程要進(jìn)行充分醞釀和思維風(fēng)暴，讓學(xué)生有獨(dú)立把他找出來的動(dòng)力，并且要發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神。遵循探究式思維，發(fā)現(xiàn)問題，提出解決方案，對(duì)方案進(jìn)行定性驗(yàn)證，量化研究方案，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律，總結(jié)理論成果和經(jīng)驗(yàn)，反思研究中的問題。

（四）學(xué)習(xí)過程中的學(xué)生自我評(píng)價(jià)。這是一個(gè)在多次課程開發(fā)中都容易忽視的問題。學(xué)生的認(rèn)知水平差異比較大，同一個(gè)研究過程和思維過程，對(duì)于不同的學(xué)生反饋是不一樣的。強(qiáng)調(diào)對(duì)于課堂的自我評(píng)價(jià)有時(shí)候比課堂教學(xué)更重要，參考其他案例的課程開發(fā)，很少有關(guān)注到學(xué)生自我評(píng)價(jià)的環(huán)節(jié)[4]。學(xué)生的自我評(píng)價(jià)可以用學(xué)習(xí)目標(biāo)量化表來完成，根據(jù)課堂教學(xué)的內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，了解自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)完成情況，按照從無幫助到初步了解、初步理解意義，能運(yùn)用、能遷移使用這幾個(gè)層次，衡量自己的學(xué)習(xí)反饋情況。

結(jié)束語

教師也可以根據(jù)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)調(diào)整教學(xué)的難度和重難點(diǎn)，這個(gè)還可以在不同小組進(jìn)行差異化教學(xué)實(shí)踐。

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作者簡介：黃語宣（1975— ），男，壯族，廣西南寧人，廣西壯族自治區(qū)南寧市第四十一中學(xué)，中學(xué)教師，本科。研究方向：物理課程教學(xué)研究。