巧設實驗情境 探究教學難點
——以“牛頓第三定律”一課為例

任虎虎

(江蘇省太倉高級中學 江蘇 蘇州 215411)

在教學過程中總會出現這樣的場景：當教師在呈現精彩的實驗情境時，學生都興高采烈，而當教師拋出問題時，有一部分學生就開始沉默了，究其原因，不是教師設置的問題不好，而是問題的梯度有時太大.不妨換個角度，在情境之后問“大家在這里有什么問題需要問老師的”，再進行引導，生成有效問題，促進學生主動學習.

1 巧設趣味化實驗情境——探究作用力和反作用力的概念

設置情境1：用如圖1所示的實驗裝置演示；兩個完全相同的彈性小球A和B在軌道同一高度同時由靜止釋放，觀察兩小球的運動情況.

圖1 兩球彈性碰撞的演示實驗

師：兩小球運動到最低點時被彈回去，在這里有什么疑惑需要問老師的？

生1：兩小球的運動方向為什么都發生了改變？

生2：(基礎好的同學)兩小球都受到力的作用.

師：對小球A或B來說誰給它了施加了彈回去的作用力？

生：應該是相互施加的.

設計意圖：這個實驗旨在通過直觀的觀察幫助學生理解力的作用是相互的并且相互作用力發生在兩個物體之間.

設置情境2：讓同學用手用力將豎直的筆尖向下壓.

師：同學們有何感覺？現象能說明什么問題？

生：手壓筆尖手有痛的感覺，說明自己對筆尖施力，同時筆尖對手也有力的作用.

師：你覺得剛才的事實反映了力定義中的那個詞？

生：“相互”.

設計意圖：通過學生的親自體驗和幫助學生理解力的作用是相互的.

學生活動：常言道“一個巴掌拍不響”，請大家比賽拍巴掌，看誰拍的最響.

師：拍的最響的甲同學談談感受.

生：兩只手都有疼痛感.

師：這說明了什么問題？

生：說明兩只手相互施加了作用力.

設計意圖：通過激發學生的熱情和真實感受幫助學生理解力作用的相互性.

教學感悟：對于學生有基礎、有能力解決的問題，教師千萬不要包辦代替；尤其對于難點問題，能通過創設情境引導學生自主解決的，教師千萬不要直接告訴學生結論，要相信學生“能”，目的是幫助學生自主學習.

2 巧設層次化實驗情境——探究作用力和反作用力間的關系

設置情境3：再次拍巴掌.

師：兩只手的疼痛感是否一樣？

生：差不多.

師：這說明了什么問題？

生：作用力和反作用力大小可能相等.

設置情境4：連接好實驗裝置后，讓學生來做實驗，讓一傳感器的固定在墻上，另一傳感器握在手中，適度拉動手中的傳感器，可以多讓幾位學生上來體驗.

圖2

師：對于圖2大家有什么問題需要問的嗎？

生甲：在圖2中，為什么作用力和反作用力的圖像在t軸上下兩側？

生乙：為什么圖像是曲線？

師：其他同學可以幫我回答一下這兩個問題？

生丙：作用力和反作用力的圖像在t軸上下兩側說明作用力、反作用力的方向是相反的，曲線說明物體在運動.

生丁：不對，物體明顯是靜止的，曲線說明手在抖.

師：其他同學可以討論一下誰的說法準確.

大多數學生都認同后者.

師：從作用力和反作用力的F-t圖像可以得出哪些結論？

生：兩個靜止物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上.

設計意圖：這樣設置的目的是通過DIS實驗定量地探究靜止的物體之間作用力和反作用力滿足的關系.

設置情境5：把一個傳感器系在一個物體上，另一個握在手中.當通過傳感器用力拉物體時，物體的運動狀態可隨著力的變化而變化.

師：通過觀察，當物體運動狀態發生變化時，作用力和反作用力的F-t圖像有什么特點？

生：特點主要有兩個：變化、對稱.

師：從這兩個特點你可以得出那些結論？

生：變化，力的大小在變化，說明產生作用力和反作用力的兩個物體的運動狀態在變化. 對稱？(學生講不出)

師：注意觀察圖3中任意兩對稱點的縱坐標,同學們現在就此問題進行小組討論.

學生活動：學生開始討論，根據圖像學生很容易得出：當物體處于運動狀態下，任何時刻，作用力和反作用力始終滿足：等大、反向(t軸的上下兩側)、共線，這與物體處于靜止狀態下的規律相同.

師：從圖像中你還可以得出哪些結論？

生：？(想不到)

圖3

師：(讓學生注意觀察圖3上的起始點、終止點和拐點)同一時刻？

生：作用力和反作用力是總是同時產生、同時變化、同時消失.

設計意圖：這樣設置的目的是通過DIS實驗定量的研究運動狀態變化的物體之間作用力和反作用力滿足的關系.

設置情境6：拔河比賽是一項很有趣的娛樂活動，為探究雙方作用力的情況，把兩隊運動員簡化為兩個人，一個高大強壯的男生與一個瘦小柔弱的女生.讓他們各自拿著一個完全相同的測力計對拉.將實驗過程分成如下步驟讓學生仔細觀察：

師：讓女生“主動”施力，兩測力計的示數情況如何？

生：兩測力計都有示數，且相等.

師：讓男生“主動”施力，兩測力計的示數情況如何？

生：兩測力計都有示數，且相等.

師：實驗中我們能得到什么結論？

生：力的作用總是相互的，在數值上近似相等.

設計意圖：通過學生的觀察，幫助學生破除對主動力與被動力大小不相等的錯誤認識.

設置情境7：作用力和反作用力與一對平衡力的有很多相似的地方.

師：它們一樣嗎？

生：不一樣.

師：區別在什么方面？

生：區別是作用力、反作用力總是作用在兩個不同的物體上，而平衡力作用在同一個物體上.(學生基本只能講到這里)

師：作用力和反作用力總是同時產生、同時變化、同時消失，而一對平衡力呢？試舉例說明，同學們可以小組討論.

學生活動：這里學生可以舉出很多例子.總之，其中一個可以離開另一個而單獨存在，比如放在桌子上的水杯，重力和支持力是一對平衡力，當把水杯拿起后，重力仍在，但支持力消失.

教師可以通過列表格進行詳細比較.

設計意圖：通過新舊知識對比，引導學生自己舉實例說明作用力和反作用力與一對平衡力的區別.

教學感悟：學生對DIS的好奇心遠遠超出了教師的預料，教師需要將DIS實驗的趣味性轉化為學生的探究作用力和反作用力F-t圖像的興趣.借助DIS定量呈現難點問題，通過引導學生合作學習，交流討論逐層分析難點.要敢于向學生放權，給學生一個機會，學生將還你一個驚喜.

3 巧設系列化實驗情境——探究非接觸性質的作用力和反作用力間的關系

設置情境8:用細線懸掛一根鐵釘，然后用一磁鐵靠近鐵釘，讓同學們仔細觀察鐵釘的運動情況.

師：鐵釘和磁鐵并沒有相互接觸，鐵釘為什么會偏向磁鐵？

生：鐵釘受到了磁鐵對它的磁力作用.

設計意圖：通過對鐵釘運動的認識幫助學生理解磁力是一種非接觸力.

設置情境9：現在用細線把磁鐵懸掛起來，然后用鐵釘靠近磁鐵，讓同學們仔細觀察磁鐵的運動情況.

師：磁鐵為什么會偏向鐵釘？

生：磁鐵受到了鐵釘對它的磁力作用.

師：磁力是一種非接觸力，通過上面的實驗，你可以得到什么結論？

生：非接觸力間的作用也是相互的.

師：猜想鐵釘和磁鐵間的相互作用力滿足怎樣的定量關系？

生：等大、反向、共線、異物.

設計意圖：通過對磁力的進一步認識幫助學生理解非接觸力間的作用也是相互的.

設置情境10：連接好如圖4所示的實驗裝置，將兩個靜力傳感器固定起來并連接到計算機，兩個細線豎直.

圖4 用細線懸掛兩條形磁鐵，探究非接觸性的力也是相互作用的

師：分析F-t圖像的特點，可以得出哪些結論？

生：和前面的結論相同.

設計意圖：非接觸力是力的重要組成部分，通過學生對這個實驗的分析，幫助學生理解非接觸性質的作用力、反作用力滿足與接觸力相同的規律.

教學感悟：課堂教學離不開學生的真情實感.情感是知識傳授的“高速公路”.如果將15 g鹽放在你面前，無論如何你都難以下咽，但當將15 g鹽放入一碗美味可口的湯中，你在享用佳肴時，將15 g鹽也全部吸收了.巧設實驗情境是解決教學難點的靈丹妙藥，根據需要創設恰當的實驗情境，通過引導學生自主學習、合作討論、師生互動任何教學難點都會迎刃而解.