例談《牛頓第一定律》實驗探究法教學

摘?要：物理學科教學的重點是實驗探究，而開展實驗的前提，是緊扣實驗教學內容、以學生為主體，進而通過小組合作來提高實驗探究的有效性，培養學生的實踐能力，提高學科素養。本文以高中物理“牛頓第一定律”課堂教學為例，探討了實驗探究在課堂教學中的應用。

關鍵詞：高中物理;課堂教學;實驗探究;牛頓第一定律

實驗是學習物理的重要手段，同時也是解決實際問題的主要方法。而互動性、開放性和多元化是當前高中物理實驗課教學的重要方向，也是在強化以學生為主體的課改精神下，對傳統物理實驗教學的優化與調整。在學習方法層面，伴隨著小組合作的組織與開展，契合了物理實驗的課程要求，同時也迎合了新課改精神與教學模式創新性改革的內在需求。具體來說，高中物理實驗課的主要特點是教學過程直觀、明了、生動，便于加深學生對有關學習內容的理解，加強學生對相關知識的記憶，以及能充分地調動學生的積極性，使學生主動地參與到學習過程中來。為此，在不斷加強實驗課趣味性的基礎上，教師還需著重突出實驗課的工具性和探究性，提高物理課堂的教學質量。本文以“牛頓第一定律”課堂教學為例，探討了實驗探究的實踐應用。

一、?實驗探究學習的基本原則

在高中物理實驗課上，受限于學生的個體學習能力和認知水平，以及課堂實驗的共通性和針對性，教師必須要掌控好學生實驗探究的過程，以提高課堂教學的有效性。具體來說，實驗探究學習主要原則體現在三個方面。

其一是緊扣教學內容。在實驗設計的方案中，突出學生的主體地位及其作用，引導學生在小組合作學習過程中參與實驗方案的設計，能夠幫助學生加深對知識的理解，通過實踐與理論的整合，充分運用所學的知識，借此掌握物理的思想方法，從而提高學習的有效性。其二是以學生為主體。實驗的組織開展是小組合作學習中的重點環節，也是實驗課的重要步驟。在實驗探究中，教師可將自己的角色定位為小組合作學習的促進者和疑惑的解答者，而各小組成員則依照自己的任務分工，逐步地開展實驗操作，并在實驗中針對問題展開小組討論，確保整個實驗過程都處于合作學習的狀態之下，完成實驗的自主探究和問題的自主解決，最后獲得實驗結果。其三是改變學生的意識形態，引導學生將實驗在潛意識里認定為“自己學習的任務”，而不是“教師布置的任務”，進而進行自評。在實驗課中實施小組合作學習，需要學生借助小組這一平臺，將實驗的整個流程納入合作學習的范疇，在設計實驗方案、自主開展實驗的基礎上，進一步自主設計實驗的評價方法。而教師的任務則由“對學生實驗的評價”轉化為“對學生試驗評價的評價”，將師生關系由“一名教師面對數十名學生”轉變為“一名教師面對數個小組”，從而實現教學關系的最優化，為打造高效課堂奠定基礎。

二、?實驗探究學習

積極的思維活動是課堂教學成功的關鍵，而富有啟發性的課堂導入可以激發學生的思維興趣，所以教師上課伊始就應當注意通過不同的導入方式來調動學生的思維，以引起學生對新知識的熱烈探求。一堂課導入的成與敗直接影響著整堂課的效果，而導入方法的選擇與授課內容存在著直接聯系。因此，在新授課環節的導入方法是多樣化的，僅就牛頓第一定律為例，引導學生開展實驗探究的關鍵在于實驗的“淺”嘗試。

在課堂開始，筆者在讓學生提前預習和準備實驗材料的基礎上，通過緊抓主題，精心設計，來助力高中生開展課堂探究，運用實驗突破重難點知識，提高學習的有效性。首先導入問題：我們之前學習了怎樣描述物體的運動，但并沒學習物體為何會做運動，那么，我們如何證實力與運動的關系？

導入課件：在騎自行車時，鏈條傳動與剎車過程中力與運動的對應項。

設問：為什么用力蹬則自行車的速度快，慢慢蹬則自行車的速度慢？什么是影響速度的關鍵因素？

學生通過小組合作實驗探究：影響自行車速度的主要因素包括車輪與地面的摩擦力、勻變速直線運動的位移與速度的關系等等。

設問：自行車的運動是靠力來維持的嗎？

學生分析問題：不用力蹬自行車不會移動，因此，運動是靠力來維持的。

設問：同學們可以用實驗來驗證運動與力的另一種關系，即運動不需要力來維持。

導入實驗：做一個風車，將紙疊成輪狀風車，套在鉛筆上，輕輕撥動，紙風車開始轉動;用手阻擋，紙風車保持靜止。

設問：這一實驗說明了什么？

學生合作探究：外力影響物體的運動。

導入課件：亞里士多德的物理觀點。

如此，通過在課堂開始階段導入課件，創設出了良好的學習環境;在此基礎上，通過不斷地提出問題，讓學生的學習思路始終立足在正確的方向，進而通過實驗的“淺”嘗試，形成了“運動不需要力來維持”這一結論，最后運用亞里士多德的物理觀點總結，以消除他們的錯誤思路，為進一步探究打下基礎。

在授課過程中，教學的核心是引導學生運用實驗突破重難點知識。如在上一環節的實驗基礎上，筆者再次追問：我們已知道了運動不需要力來維持，那么，外力是影響物體運動的唯一動力嗎？

導入課件，如下圖所示。

設問：試想，在甲、乙、丙三個斜面中，小球分別會出現哪些運動狀態？

根據圖片導入實驗：找一個斜面（用書或課本傾斜），分別將它們折疊成圖中的形狀，將鉛筆置于斜面頂端，讓它自然滾落下來，觀察三次實驗的結果。

設問：通過實驗可知，哪一個斜面會使小球無線運動？

學生分析問題：丙的斜面會讓球保持無線運動。

設問：那么，為什么甲、乙不能使球保持無線運動？

學生合作探究：在甲、乙兩個斜面中，小球在運動中分別會受到另一斜面的反作用力，影響了小球的滾動。

設問：外力是影響物體運動的唯一動力嗎？

學生合作探究：鉛筆與物體斜面的摩擦，影響物體的運動速度和軌跡。

導入課件：伽利略的理想斜面實驗。

設問：外力和摩擦力是影響物體運動的重點因素，除此之外，還包括哪些？

在問題情境下，讓學生再次實驗：將玻璃球放在教室的地上，觀察它的運動軌跡。

設問：除外力和摩擦力之外，還有哪些因素影響物體的運動速度和軌跡？

學生合作探究：速度的矢量性。

導入課件：笛卡爾的物理實驗。

設問：那么，通過之前的實驗探究，同學們能否歸納出牛頓第一定律的基本概念？

學生合作探究：物體始終在勻速直線運動或靜止中，外力是迫使它改變這種狀態的唯一手段。

再次導入課件：如圖所示。

根據上圖進行演示實驗：用小木棒、圓環和繩子組成上圖形狀，讓學生們嘗試于D點扯動繩子，感知力量大小與繩子的不同變化。

實驗1：用力扯動D點，觀察哪一段繩子會先斷掉。實驗2：輕輕扯動D點，觀察哪一段繩子會先斷掉。

通過實驗，師生共同概括總結：其一，牛頓第一定律廣泛存在于生活中，反映在各種狀態下力與運動的相互聯系層面;其二，上述實驗中都出現了一個隱含條件，即慣性，因此，牛頓第一定律也可概括為慣性定律。

綜上，筆者在本課中引導學生們采用了“分析問題→合作探究→實驗驗證→歸納總結”的學習方法。其中，首先以問題為導引，激發學生的探究欲望;其次以實驗為解答問題的主要手段，讓學生進行實驗驗證;再次用課件點明“牛頓第一定律”的發展演變過程;最后通過概括，對牛頓第一定律形成客觀認識。如此，則充分發揮了學生的主體作用，并有效提高了課堂教學質量。

作者簡介：

孟鶴翔，江蘇省常熟市，江蘇省常熟市王淦昌中學。