基于问题探究式教学在高中物理课堂的实践与思考——以“牛顿第三定律”一课的教学为例

耿宜宏 王志刚

（1.江苏省前黄高级中学，江苏 常州 213161；2.江苏省华罗庚中学，江苏 金坛 213200）

本文以人教版必修1“牛顿第三定律”一课为例探讨问题探究式教学在物理课堂中的应用.这节课是在学习牛顿第一、二定律和初中已有的物体间的相互作用力基础上，通过实验探究进一步讨论相互作用力的关系，从而总结出牛顿第三运动定律.教学重点是一对相互作用力的特点，难点是一对相互作用力与一对平衡力的区别和联系.教学以时尚的水上运动视频为背景，由5组探究问题贯穿教学全过程，学生的学习活动围绕这5组问题展开，在质疑、释疑的过程中达到了较为理想的教学效果.

1 设计思想

本节课以学生为主体，运用“问题探究”模式进行教学.在课堂上鼓励学生主动参与、主动探究、主动思考、主动实践，在教师合理、有效的问题引导下进行高效率学习，以充分体现探究的过程和实现对学生探究能力培养的过程.为此笔者从两方面进行了尝试.

1.1 变演示实验为实验设计，培养学生的创新能力

课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养.教材上“两弹簧对拉”为课堂演示实验，笔者在教学中将其改为探究性实验，让学生在课上设计利用所提供各种器材设计探究一对相互作用力的特点，并思考“如果不受器材的限制你还想如何探究”.将演示实验改为实验设计，让学生充分地动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发.

1.2 设计分组实验，让学生在亲身体验中探究问题

从学生的生活实际出发，感受和体验相互作用力在生活实际中的应用.我们在课上设计了4组实验，充分体现新课程标准中提出的“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念.

2 教学过程

2.1 创设情境，让探究猜想“有所依”

师：播放一段水上极限运动的视频（如图1所示），要求学生思考这项运动中蕴含的物理知识.

生：力的作用是相互的.

师：有关力的相互作用的游戏很多，男学生在课间玩的掰手腕，女生玩的拍拍手，以及拔河比赛等.这些活动在太空中进行会是怎样的情景呢？请欣赏“太空中的游戏”.播放视频，空间站内扳手腕、击掌、拔河.

生：真奇妙，两位科学家的状态变化几乎相同.

师：物体间的作用是相互的.我们把物体A对物体B的力称为作用力，那么物体B对物体A的力就叫做反作用力.同学们对力的概念已有所了解，那么，你们能否猜想一下一对相互作用力之间会有怎样的关系呢？

生：（讨论，多人回答）大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在不同物体上.

图1 水上极限运动

2.2 问题引导，保障方案设计“有所思”

师：大家的这些猜想，是建立在已有知识和观察基础上的.是否正确呢？

生：可以做实验验证.

师：用什么实验来验证呢？需要什么器材？生：（略思）弹簧测力计.

师：（拿1只弹簧测力计，用手拉秤钩）弹簧测力计示数反映的是谁对谁的力？

生：手对弹簧测力计的拉力.

师：手对弹簧测力计的拉力可在弹簧测力计上显示出来.请问，弹簧测力计对手有拉力吗？如何表示出来？手指能否显示力的大小？怎么办？

生：再用一只弹簧测力计，对拉.

师：如何使用呢？要注意什么？

生：调零，水平对拉，沿杆施加拉力，注意量程.

生：（每组发弹簧测力计2只、橡皮筋1根）分组实验：（1）A弹簧测力计主动拉B弹簧测力计；（2）使A、B弹簧测力计同时拉，改变拉力的大小；（3）在运动过程中再做一做（1）、（2）两步，验证自己的猜想.

生：小组代表发言，组1，组2交流实验结果如表1所示，其他组的结论基本上与这两组结论接近.

表1 两组实验现象交流

师：（演示实验）用力传感器探究运动中作用力与反作用力的关系.

2.3 归纳总结，让实验探究“有所获”

师：接下来请同学们利用提供的器材（如图2所示），对作用力与反作用力的关系再作讨论.讨论时请思考以下3个问题：（1）作用力与反作用力哪一个先产生？（2）作用力与反作用力的性质一定相同吗？（3）作用力和反作用力的作用效果能够相互抵消吗？（教师结合4幅实验器材图加以简要说明）

生：分组活动.（教师轮流参与每一组的活动，并用手机拍摄一些活动细节）

师：展示拍摄的学生活动片段，请各个小组推选代表对活动进行解说.

图2

生：小组代表发言，交流总结实验结果如表2所示.

表2 分组实验总结

2.4 当堂训练，让探究教学“有所评”

师：旅游观光时，环保马车是很受欢迎的代步工具.若车是匀速运动的，自然有马拉车的力等于车拉马的力.问题是，在启动时段，马拉车的力与车拉马的力谁大呢？

生：（猜想）马拉车的力大于车拉马的力.

图3 用力传感器拉滑块

师：是这样吗？我们用DIS实验来验证.如图3所示，用小滑块代表马车，手代表马，让它们动起来，电脑就记录了车启动过程中的两个力是什么关系？

生：（惊讶）相等的.

师：既然相等，为何马会拉着车跑起来呢？

生：对马进行受力分析，在水平方向马受到车拉马的力向后，地面的摩擦力向前.车受到的马拉车的力向前，地面的摩擦力向后.对车而言，马拉车的力大于地面的摩擦力，所以车能加速跑.

师：分析得很透彻.了解了这种关系以后，请大家来思考这样一个问题，冬季拔河比赛究竟比的是什么？是甲乙两队的相互作用力吗？如何选拔队员？

生：比的是两队受到的地面的摩擦力.因此，我会选派“重量级”选手参赛.

师：好的，这是一方面.另一方面，还要注意比赛用鞋，穿溜冰鞋比得过对手吗？（生大笑）

师：接下来我们来研究刚才探究活动中涉及到的问题：（1）如图4所示，重锤受哪些力的作用？画出它的受力图，并分别指出这些力的反作用力.（2）作用力与反作用力能相互抵消吗？（3）作用力、反作用力与平衡力相比，有哪些相同点和不同点？（以上3个问题依次呈现）

生：在练习单（事先印发给学生）上作图并回答问题.

图4

2.5 课堂回看，让探究结果“有所感”

师：有了这样的认识后，我们再来看课前的视频截图，其中蕴含的物理知识你们都了解了吗？

师：你们有没有这样一种想法，将这样一种装置用到陆地上来.以后乘坐这种飞行器上学呢？就有人这样探索过，大家请看这位武汉农民的杰作，如图5（a）所示.

生：惊讶，震撼.

师：虽然他的作品还未能升空，但是已经实现了离地.既然现在能离地了，以后就一定能升空.为此，有科学家已经在构思设计未来的单人飞行器了，如图5（b）所示.

图5

生：更惊讶，更震撼.

师：现实生活中的例子告诉我们，要敢于梦想.嫦娥奔月是个神话，也是国人千年的梦想.如今，我们的嫦娥5号试验器已经成功发射并回收了（播放火箭发射视频），这意味着载人登月的梦想更真切了.所以我们要敢于梦想，并围绕梦想的实现而不断努力.

3 教学反思

新课程标准以提高学生的科学素养为宗旨，大力倡导科学探究.探究是学生了解和认识这个世界的重要途径，探究有利于培养学生实事求是的科学精神和科学态度，有利于促使学生们学会合作，学会交流，学会倾听，学会批判，学会反思，从而为民主品格的形成打下坚实的基础.笔者认为，反思本节课的设计可以从以下几个方面展开.

3.1 创设情境，激发探究热情

情境之于知识，犹如汤之于盐.盐溶于水中，方能被吸收.知识需要融入情境之中，才能显现出意义与价值.孔子曰：“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也.”孔子的这段话道出了启发的要旨，更是强调启发前进入学习情境的重要性.本节课教师首先播放一段惊险刺激、时尚前卫的水上运动的视频，学生惊叹之时，好奇心顿时迸发，对这项运动内在本质的探究就成了学生最直接最迫切的需要.这样的新课引入直接自然，进入到下一个教学环节便顺理成章了.

3.2 巧设问题，引导探究方向

课堂教学的时间是有限的，如果不加指引，让学生探究活动信马由缰，不仅探究目标难以达成，而且对学生探究能力的培养也不利.兼顾开放性与指导性的问题设计，是学生主体性和教师主导性综合发力的有效载体，也是课堂探究效益得以实现的保障.本节课中教师设计的探究活动较多，每个探究环节都以若干个问题为指引，将探究任务和目的具体化，适时地提醒学生在探究活动中要注意的事项，规避了探究的盲目性.例如，在进行作用力和反作用力之间关系的探究过程中，教师不仅提出了3个需要解决的问题，更是细化到你们做了怎样的实验？实验中观察到了什么现象？你们的实验解决了以上什么问题？如果器材不受限制，你们还想做怎样的实验？等等，使之产生理想的教学效果.

3.3 精选实验，注重探究过程

建构主义认为，学习活动不是由教师向学生传递知识，而是学生根据外在信息，通过自己拥有的背景知识，建构自己知识的过程.因此，教师不是知识的传送带，而是教学环境的设计者、学生学习活动的组织者和指导者、意义建构的合作者和促进者.［1］这堂课执教教师对于作用力和反作用力的关系这一核心知识点，采用了实验探究法.所用器材分别为：第1组是两块自制的滑板；第2组是小圆柱、薄木板、遥控汽车；第3组是弹簧测力计、细线、重锤、盛水的烧杯、台秤；第4组是两只气球.让学生自主探究作用力与反作用力之间的关系.能做易懂的小实验便于学生分组探究，教师拍摄的活动小视频更是尔后分组交流的鲜活资料，这样就能有效地引导学生在互动交谈中逐步完成知识的重新编码.

3.4 分组讨论，交流探究得失

合作学习是新课程倡导的重要学习方式之一，小组合作更是教师在探究式教学过程中经常采用的一种重要组织形式和教学策略.本节课教师安排了学生分组活动2次，分组讨论3次.教师走下讲台参与其中，既与学生探讨，又适度加以点拨，保证了分组活动的扎实开展.例如教师提出的马拉车前进的问题，学生讨论的结果是马对车的力大于车对马的力，这是高一新生易错的问题.在这个思维节点上，教师放慢节奏，设计了DIS实验让学生真切地看到了两力的大小关系，然后引导学生分组讨论，很好地突破了这个教学的难点.

3.5 导而有法，促进深入探究

建构主义认为，教师要从前台退到幕后，要从“演员”变成“导演”.而杰出的“导演”总是能在“演员”最需要的时刻，提供适度的支持.本节课，教师以“引”的方式助学生“上路”：水上运动的视频、太空游戏的视频将学生引入了探究的“场域”中；以“扶”的方式助学生“学走路”：用弹簧测力计研究一对相互作用力之间的关系时，用手拉秤钩，问学生弹簧测力计的示数是谁对谁的拉力大小，给学生分组探究以有力支撑；再以“放”的方式让学生自己“奔跑”：学生两人一组用两只弹簧测力计互拉，改变示数，调整运动状态，进而交流实验结果.在这一系列的过程中，通过师生对话、师生共同参与实验探究，教师扮演的是学生的学术顾问.学生始终处在思维的最前沿，良好的心境与愉悦的学习情绪，使探究活动“向青草更青处漫溯”.

3.6 合理评价，强化探究活力

课堂教学评价对学生的活动有导向、诊断、激励、改进和交流协调等功能.要将这些功能发挥出来，需要合理的评价.传统的课堂是评价一元化的课堂，学生作为学习的主体，对自己、对学习同伴几乎没有评价权.建构主义理论强调，在教学过程中，师生之间是一种平等、互动的关系，在评价这个重要的教学环节也是如此.纵览本节课，教师鼓励学生自评、引导学生互评、结合总结性师评，打出了有效的“组合拳”.由于学生学习的主动性被充分调动起来了，探究或学习就得到了深入发展.例如，说得真好，我为你点赞；能说说你的理由吗？对于你同伴的观点，你有怎样的看法？等等一些启发性、鼓励性的语言以及肢体语言的巧妙运用，强化了探究的活力，从中也实现了评价的价值.

3.7 学以致用，升华探究结果

学生在经历了充分的身心体验之后，究竟发生了怎样的认知变化，由于新旧经验的冲突而引发的观念转变和结构重组有没有达到相应知识的合理建构，需要诊断.在应用中学习和在应用中诊断所学也是探究式教学的特点之一，本节课教师设计的问题解决思路为：从生活中来（马拉车实例的分析），到实验中去（探究活动中重锤和水相互作用的分析）、再到生活中来（水上运动的分析和未来飞行器的构思），在学以致用中促进学生对所学内容的不断编码与整合.通过“国人千年飞天梦、世代努力今日成”的视频播放，渗透着科学精神与人文素养的培养，学生们不由自主地被爱国情怀所感染，最终使探究学习的结果得到了升华.

1 顾明远，孟繁华.国际教育新理念［M］.海口：海南出版社，2006：236－240.

2 卞志荣，卞秋华.课要上得精彩 更应评得到位［J］.物理教师，2014（2）：13－15.

3 曹开铮.教师要成为探究教学的GPS［J］.物理教师，2013（12）：16－19.