高中物理课堂中教学情景创设的研究

王胜华+侯恕

摘 要：物理概念和规律具有抽象性，由于在生活中学生可能接触不到相关的事物和情景，缺少相应的感性认识，导致很难理解其本质，接受起来有一定的难度。而恰当的物理教学情境可以使一些抽象的物理概念、规律形象化。本文以“牛顿第一定律”为例，探究物理教学情景创设在物理课堂中的应用。

关键词：物理概念；规律；教学情境；牛顿第一定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）2-0019-3

1 问题提出

在初中，学生已经知道了“牛顿第一定律”的有关内容。但是，由于他们对身边的生活现象的本质认识只是从直接经验得出直觉结论，缺乏理性的思考。因此，对“力是维持物体运动的原因还是改变物体运动状态的原因”容易产生错误的认识。又因为“牛顿第一定律”是无法用实验直接验证的，只能在近似实验的基础上，进行逻辑推理分析。这对学生来说比较抽象，在理解上有一定的困难。但是，通过创建合适的教学情境，使抽象的概念、规律更加形象化，可以使学生理解更加容易。下面以“牛顿第一定律”为例，通过对教学过程进行设计，研究物理教学情景创设在物理课堂中的应用。

2 教学过程设计

2.1 创建问题情境，导入新课

让学生思考如何使课桌上静止的物理书运动。教师演示用手推课本，课本运动，撤去推力，课本又恢复静止。让学生讨论思考：力和运动之间可能有什么样的关系？

学生猜想：只有在物体上施加力的作用时，物体才能运动；没有力时，物体静止。进而总结为“力是维持物体运动的原因”。

将学生分成小组讨论亚里士多德的观点，并举出生活实例加以说明。

教师演示用手推课桌上的小车，小车运动；撤去推力后，小车并没有立即停止，反而运动一段距离后静止。激发学生对“力与运动关系”的再思考。

学生猜想：撤去推力后小车仍运动，说明运动不需要力来维持。

提出问题：小车最终还是停止运动，这又是为什么呢？

学生猜想：小车受到摩擦力的作用。

提出问题：如果小车没有受到摩擦力的影响，又该怎样运动呢？

学生猜想：当没有摩擦力时，小车将一直运动或者先运动后静止。

设计意图：从学生的前概念出发，利用生活中常见的小实验，创设合适的问题情境，激发学生的认知冲突，启发学生对“力和物体运动的关系”的再思考。

2.2 借助理想实验，还原真实的物理情景

2.2.1 单摆等高实验

伽利略在实验中观察到：当小球沿着斜面向下滚动时，速度增大；小球沿着斜面向上滚动时，速度减小。那么，如果让一个小球从斜面上某一个高度下滑，它必然会冲上另一个斜面的某高度，这两个高度之间存在什么关系呢？

伽利略猜想“静止物体不论是沿着竖直方向还是沿不同斜面从同一高度下落，到达末端时具有相同的速度”。后来，伽利略用一个单摆实验检验了这个假设，这就是著名的“单摆等高实验”。

如图1所示，将一小球拉至M点由静止开始释放，小球会升高到对面同一水平高度上。如果在E或F点钉上小钉子，小球仍会沿着不同圆弧上升到同一水平高度上的各点。反过来，如果将小球从这些点由静止释放，它会同样上升到原高度的M点。

如果将一个斜面和若干不同倾角的斜面底部圆滑连接，如图2所示，无论斜面的倾斜角的大小，从同一高度由静止释放的小球总会上升到同一高度处。但是，在实际实验中发现，小球不会上升到原来的高度。

提出问题：那么原因是什么呢？

学生猜想：摩擦阻力的作用。

如果将斜面都换成摩擦较小的斜面，小球将会接近原来的高度。假设摩擦特别小或者没有摩擦，小球将非常接近原来的高度或者甚至达到原来的高度。这是一种理想的实验情景：小球沿着光滑的斜面下降，一定会上升到原来的高度。如果将实验中第二个斜面的倾角逐渐减小，为达到同样的高度，小球的位移将逐渐增大。

提出问题：如果将第二个斜面放置水平，如图2所示，小球该如何运动？

学生猜想：将沿着水平面一直运动下去。

2.2.2 大胆猜想，得出结论

小球沿着斜面下滑，速度增大；小球沿着斜面上滑，速度减小。伽利略猜想到：如果小球沿着水平面运动，速度将不增不减。但是，实际情况却是，小球沿着水平面运动速度越来越慢，最后停下来。

提出问题：这是为什么呢？

学生猜想：摩擦阻力的作用。

由于摩擦阻力的存在，小球不能上升到原来的高度；由于摩擦阻力的存在，小球在水平面上的速度越来越慢。

提出问题：如果没有摩擦阻力的影响。从斜面上下滑的小球，在水平面上将如何运动？

学生猜想：小球将保持某速度一直运动下去。

提出问题：通过这个实验，你认为“力和运动是什么关系”？

学生猜想：物体的运动不需要力的维持。力不是维持物体运动的原因。

最后，教师用伽利略理想实验演示仪演示实验过程。

在这个研究过程中，伽利略创造性地提出了“理想实验”这种科学方法。虽然伽利略的理想斜面实验是不能在现实中实现的，但是它反映了一种物理思想。物理规律并不是凭空臆造，而是建立在可靠的事实基础之上。理想实验以事实为依据，以科学抽象为方法，运用逻辑推理深刻地揭示了自然规律，这就是科学研究的重要方法。

设计意图：结合物理学史，还原真实的物理情景，结合恰当的问题，让学生经历科学探究过程，启发思维，锻炼其科学思维能力。同时，教学过程展现了严密的逻辑推理过程，使学生更容易理解“牛顿第一定律”的内容。通过实验观察再加以逻辑推理，使得猜想得以验证，同时使学生错误的前概念得到顺应。同时，渗透了科学方法的教育，启发学生在研究科学问题时，大胆猜想、假设。

2.3 总结归纳，得出结论

与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，指出：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而是保持在直线上运动。英国科学家牛顿在伽利略、笛卡儿等前辈研究的基础上，总结成“牛顿第一定律”：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。“牛顿第一定律”揭示了力和运动的关系，即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

2.4 利用近似实验，验证猜想

虽然在现实生活中没有绝对光滑的水平面，但是，我们现在的实验仪器已经能实现近似光滑。由教师简单介绍气垫导轨的原理，引导学生通过对比滑块经过两个光电门的时间是否相等验证滑块的运动是否是匀速直线运动。

由教师播放气垫导轨上的滑块做匀速直线运动的视频。通过观察，在误差允许的范围内，滑块经过两个光电门的时间近似相等，滑块做匀速直线运动。说明物体在忽略摩擦力时，做匀速直线运动。

设计意图：运用气垫导轨，创建一个接近理想实验条件的真实的实验情景，进一步证明了结论的正确性，验证了理想实验的神奇之处，吸引了学生的兴趣。

3 总 结

在“牛顿第一定律”这节课中，结合物理学史，创设问题情境和实验情景，还原真实的物理环境，重演物理知识的探究过程，使“牛顿第一定律”的内容更加形象化，益于学生对“牛顿第一定律”本质的理解。通过创建合适的教学情境，引发学生的主动思考，增加了学生的学习兴趣。

在物理教学中，创设合适的教学情境，可以使抽象的物理概念和规律更加形象化，易于学生理解。但是，在教学过程中，教师要注重学生的主体地位，让学生亲身体验，获得直接经验，才能取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]王赛.基于科学方法教育的物理教学设计——以“牛顿第一定律”为例[J].物理通报，2016（1）：25-30.

[2]牛英申，关广菊，李新乡.《牛顿第一定律》一节的教學设计[J].物理教学探讨，2009，27（7）：29-32.

（栏目编辑 刘 荣）