高中物理新課教學中有效性問題的研究及案例分析

高中物理新課教學是學生學習物理學的“敲門磚”，用什么樣的問題作為這塊激發學生學習興趣，激活學生理性思維并能夠有效建構知識體系的“金磚”呢？我們認為應該統整物理學習賴以需要的各種教學資源，包括生活中的物理現象，現代化工業和農業大生產中的諸多物理元素，現代化高科技領域中的物理內容，國際國內的重大新聞事件、能激發出問題的物理小實驗、學生分組實驗、大型演示實驗、無法用實驗演示但可模擬的動畫以及閱讀材料、網絡資源等等，以之來創設物理情景，展現并引入課堂教學中各個物理環節，并從這些物理素材中提取有價值的物理知識，通過模型的轉化來建構有效性物理問題，并通過對問題的探究分析，用精確的物理實驗，物理數據的處理與分析，物理規律的總結等，來實現有效的新課教學。

新課教學中，我們建構的物理問題是否有效，非常重要的就是要準確把握新課中物理知識的內涵與外延，要對物理知識進行深入的解剖和分析，在正確建立三維教學目標的基礎上，分析建構問題教學的“節點”，并通過對學生知識與能力現狀的分析，利用各種資源，運用各種方法創設物理情景，設置有效性問題，使物理知識與問題能有機聯系起來，使問題成為教師教學的主線，成為學生學習探究的主線，成為激發學生學習熱情，步步走向知識殿堂的主線。

1 新課有效性問題建構的基本原則

（1）刪繁從簡的原則；

（2）源自生活的原則；

（3）注重實驗的原則；

（4）承上啟下的原則。

2 案例分析

以《牛頓第一定律》作為“有效性問題的建構”案例：

2.1 教材分析 

從物理學發展歷程來看，牛頓第一定律是經典物理學得以建立的基石，是人類沖破宗教神學，探究自然現象并逐漸形成物理學知識體系的重要里程碑。因此，雖然僅從物理知識本身而言這一節的知識內容并不難，學生在初中時也已經有所知曉，但牛頓第一定律的研究過程、研究方法卻并不簡單，它的最終確立凝聚了許多科學家幾十年共同研究的成果，在當時的科學發展史中起著非常重要的作用。因此，這一節的教學，應著重于“過程與方法”、“情感態度與價值觀”等教學目標的培養與達成。

2.2 確立“三維”教學目標

2.2.1 知識與技能

（1）理解并掌握運動與力的關系——牛頓第一定律。

（2）掌握慣性的概念，理解慣性在日常工作及生活中的表現形式。

2.2.2 過程與方法

了解眾多科學家對“運動與力關系”的研究過程，理解并逐漸學會伽利略的理性思維方法——理想實驗與科學推理相結合的方法。

2.2.3 情感態度與價值觀

對學生進行愛國主義教育，讓學生愛科學、尊重科學家、逐漸養成嚴謹的科學研究態度和習慣。

2.3 教學重、難點分析

本課的重點是教學目標中的過程與方法及情感態度與價值觀目標的達成，即要通過對物理現象、實驗及模擬動畫的研究，培養學生把“理想實驗與科學推理相結合起來”的思維方法。

本課的難點是如何進行理想實驗的設計；如何進行物理思維的層層提升；如何正確理解牛頓第一定律，而不是簡單把它看成是對“運動和力關系”的描述。

2.4 教學“節點”分析

根據對教學目標及教學重、難點的分析，本節課應包含以下“節點”：

（1）教學引入；

（2）亞里士多德觀點的敘述與討論；

（3）伽利略的理想實驗、理性推理及結論、學生兩人小組實驗、模擬動畫分析、物理思維過程培養；

（4）中世紀其他科學家對“運動與力關系”的研究；研究成果的對比分析；

（5）牛頓的卓越貢獻——牛頓第一定律、牛頓的科學魅力；

（6）對慣性的深入探究；

（7）綜述及物理知識運用與思維能力訓練。

從以上教學“節點”中我們可以看出，本節課的重要節點是“教學引入”，“伽利略的理想實驗、小組實驗、動畫分析”，“中世紀其他科學家的研究成果與對比分析”，“牛頓的卓越貢獻——牛頓第一定律”，“對慣性的深入探究”。

教學引入是本節課第一個節點，應該選擇能體現時代特征的內容，并通過構建相應的有效性問題來迅速抓住學生的心理、激發學生的學習熱情。本節課的知識內容雖然是牛頓第一定律，但實際上，在研究這一問題時，伽利略和其他科學家起到了非常重要的作用，特別是伽利略的思維方法和推理更是起著關鍵性的作用。因此，針對伽利略的研究，通過教師設計的精準的有效性問題去加以探究就顯得非常必要；緊接著對眾多科學家的研究成果進行歸納總結，這同樣需要設計相應的有效性問題；對牛頓的卓越貢獻——牛頓第一定律的闡述與討論也應設計針對性問題，而且這一教學過程的問題應該站得更高。對慣性問題的深入研究，特別是探究“決定慣性的因素”這一問題時，需要從生活現象中總結出規律才能有效達成。因此，在這一節點同樣需要精彩的有效性問題才能完成本節課的最后教學內容。

2.5 有效性問題的建構

2.5.1 在教學引入階段提出有效性問題

選擇我國第一顆探月衛星“嫦娥一號”發射成功的小部分錄像資料（圖1）作為新課的引入，這樣不但可以在潛移默化中進行愛國主義教育，更能通過錄像資料迅速抓住學生的注意力和學習激情。

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此時，教師提出有效性問題：

（1）嫦娥一號為什么能騰空而起？

（2）嫦娥一號進入軌道后，發動機停止工作期間為什么還能繼續飛行？

這兩個問題都是直接針對牛頓第一定律設計的，作為教學的引入，教師不要急于對學生可能的回答進行判斷，指出“就讓我們帶著這兩個看似簡單的問題進入新課吧”。

在引入亞里士多德的觀點時，我們展示一個容易形成亞里士多德觀點的小實驗讓學生思考：老師與一個學生共同抬起一塊較長的寬木板，把一個小車倒扣過來，教師用力推小車，小車就運動；不用力推小車，小車就停止。教師提問“這個實驗與亞里士多德的觀點相符嗎？”（這實際上是從生活現象中提取有效性問題）。然后，話峰一轉，“亞里士多德的觀點有問題嗎？”

設計這樣的小實驗，就是要告訴學生不能從簡單的生活現象中盲目得出結論，必須經過深入的科學研究才能得到真知。

2.5.2 從對伽利略的理想實驗中，通過小組實驗、動畫分析提出有效性問題

這部分設計的有效性問題必須謹慎，不能太多，要緊扣主題：

（1）伽利略的理想實驗是怎樣設想的？

（2）你在小組實驗中觀察到了什么？你觀察后得到了什么結論？

（3）伽利略通過理想實驗和推理得到了怎樣的結論？

（4）伽利略的推理過程反映出的是怎樣的思維過程？

對第（1）個問題的解決是通過學生對教材的閱讀來理解伽利略的設想。在此基礎上，教師再進行動畫模擬并進行過程分析。

學生在教師指導下帶著第（2）個問題來完成伽利略的模擬實驗，這個問題非常關鍵，是本節課的重點有效性問題，教師應該用一定的時間與學生進行深度互動交流，它能有效促進學生對運動與力關系的本質認識，能有效的培養學生的觀察能力和思維能力。

第（3）個問題實際上是形成正確研究結論的過程，是對伽利略研究的綜述。

第（4）個問題是本問題鏈的升華，學生也許不能有效回答，教師可以通過講解來提升學生的思維能力。即在伽利略理想實驗中體現了“對現象的一般觀察”到“提出假設”到“邏輯推斷”到“實驗對推論驗證”再到“對假設進行修正和推廣”的一系列探究過程（圖2）。這一探究過程體現了科學研究的基本方法。

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2.5.3 從對中世紀其他科學家研究成果的對比分析中發現有效性問題

對知識進行對比教學能有效的建立起學生的知識系統。因此，教師要盡量把關于在對運動和力關系的研究過程中其他科學家的成果進行類比，讓學生通過分析去發現科學研究的歷史進程。

（1）法國科學家笛卡爾的研究在伽利略基礎上有哪些進步？

（2）荷蘭科學家惠更斯的研究在笛卡爾基礎上又有哪些進步？

這兩個問題能進一步培養學生對問題的深入研究精神，使學生的思維一步步得到螺旋式向上發展。

2.5.4 牛頓的卓越貢獻——牛頓第一定律教學節點中的有效性問題

在對伽利略、笛卡爾、惠更斯等科學家的研究成果學習之后，對牛頓第一定律的講解就水到渠成了，這時教師提出的有效性問題應站得更高：

（1）牛頓的研究成果--牛頓第一定律到底與前幾位科學家有哪些不同？闡述并詳細說明（圖3）。

（2）牛頓第一定律給你以哪些“美”的感受？

讓學生找出牛頓的結論與前三位科學家的區別非常重要，否則，我們學習的就不是牛頓第一定律，而是伽利略或笛卡爾定律了。在第（2）個問題中，牛頓用“一切”兩字概括了自然界的所有物體；用一個“總”字闡述了“慣性”的存在；又用“或”字概括出自然界兩種基本慣性運動狀態；再用“直到”兩字描述了運動狀態改變不可缺少的根本原因。這些簡明扼要的語言不但高度闡述了自然界普遍存在的物理規律，更讓我們感受到了物理世界里各種運動的“美”。

圖3 牛頓第一定律的形成

2.5.5 對慣性的深入探究中提出有效性問題

（1）你從牛頓第一定律里面還發現了什么？

（2）殲擊機在投入戰斗前為什么要丟掉副油箱？（設計一個flash動畫片）

第（1）個問題要學生從牛頓的敘述中進一步挖掘出慣性的概念，實際上就是第一句話中概括的內容。這樣可以順勢而然地進入到慣性問題的討論之中。

在回答第（2）個問題時，教師先放殲擊機丟掉副油箱的動畫，讓學生觀察飛機丟掉油箱后運動狀態的變化，總結出決定慣性的因素就是物體的質量。慣性只與物體的質量有關，質量越大的物體越容易保持慣性。

2.5.6 處理以上“有效性問題”時需注意的重要環節

（1）在處理教學引入階段的有效性問題時要把握時機，不可拖延。

（2）在處理理想實驗階段的有效性問題時要敢于展開，要通過學生動手探究，形成小組意見，并充分互動交流。教師要善于抓住學生對實驗觀察的閃光點進行深入解剖、討論，要鼓勵學生敢于突破實驗設想。

（3）在處理其它科學家研究成果階段的有效性問題時要指導學生注意文字描述，并從描述中體會科學家的研究成果，并找到研究的不足。

（4）在處理牛頓第一定律階段的有效性問題時應進一步詳細分析科學家的研究成果，要展開進行對比分析，并進而體現出牛頓研究成果的卓越。這不是簡單的對比研究，而是要從對比中發現完整的科學規律。

（5）在處理問題時要順其自然，把動畫與生活中的現象巧妙結合起來，一氣呵成。

(欄目編輯鄧 磊)