王丹鳳

(浙江省義烏中學(xué) 浙江 金華 322000)

1 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析

(1)作用力和反作用力規(guī)律除了能更好地幫助分析解決受力問題外，也是今后分析碰撞、反沖等問題的基礎(chǔ)，在整個高中階段的學(xué)習(xí)中，常把受力情況復(fù)雜的分析轉(zhuǎn)換到與之相互作用的物體上．而且牛頓第三定律在日常生活、社會生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)等方面應(yīng)用極其廣泛，學(xué)習(xí)它有重要的現(xiàn)實意義．

(2)教學(xué)重點是掌握牛頓第三定律的本質(zhì)含義，并能應(yīng)用它解決實際問題．教學(xué)難點是區(qū)分平衡力和相互作用力，解釋拔河比賽、馬拉車等容易產(chǎn)生困惑的典型案例．

(3)學(xué)生在初中已初步學(xué)習(xí)了力的相互性，但對牛頓第三定律還未涉及，所以對作用力反作用力的規(guī)律一知半解，高一新生對高中物理的學(xué)習(xí)方法掌握還不夠穩(wěn)定，針對這一點，教學(xué)中，必須采用適合學(xué)生特點的方法，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性．比較容易混淆的問題，讓他們在學(xué)習(xí)過程中體會到探究的樂趣．本節(jié)課的教學(xué)中，設(shè)計了學(xué)生的探究性實驗，激發(fā)學(xué)生的探究意識，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計探究方案的能力和歸納能力．通過動手實驗、同伴合作和組內(nèi)外交流，總結(jié)得出牛頓第三定律，完成從具體到抽象的過程，同時幫助學(xué)生達(dá)成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的素養(yǎng)．

應(yīng)用DIS數(shù)字信息系統(tǒng)進(jìn)行定量實驗，讓學(xué)生在感受作用力和反作用力不斷變化的同時，認(rèn)識到“總是”相等，加深對規(guī)律的認(rèn)識．

2 設(shè)計思路

“牛頓第三定律”教學(xué)設(shè)計思路如圖1所示.

圖1 “牛頓第三定律”教學(xué)設(shè)計思路

3 教學(xué)活動

任務(wù)1：探究力的作用是否具有相互性

問題情境：(1)如圖2所示，甲乙兩只氣球相互擠壓．

圖2 兩氣球相互擠壓

(2)如圖3所示，請兩位男生參與現(xiàn)場演示，分別站在滑板車上，甲同學(xué)用力推乙同學(xué)．設(shè)計問題和問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)如表1所示．

圖3 利用滑板車演示相互作用

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo) (1) 甲、乙兩只氣球如圖2所示,壓力是否是相互的?為什么? (2)甲、乙兩位同學(xué)如圖3所示,推力是否是相互的?為什么? 能從力的作用效果分析力的存在,認(rèn)識力的作用是相互的

教學(xué)建議：

(1)思維引導(dǎo)建議：作用力是否具有相互性，可以從力的作用效果來分析，即從形變和運動狀態(tài)是否發(fā)生改變上判斷．通過直觀的氣球擠壓和兩學(xué)生運動狀態(tài)均發(fā)生變化，認(rèn)識壓力和推力的相互性．

(2)實驗操作建議：采用顏色和大小不同的兩個氣球演示相互擠壓實驗，便于區(qū)分兩個不同受力物體．同樣，選取身材差距懸殊的兩位學(xué)生參與對推實驗，讓身材魁梧的學(xué)生用力推小個子學(xué)生，這樣既能針對兩個不同對象分析受力效果，又能增加課堂活躍度．

(3)教學(xué)活動建議：兩位學(xué)生演示實驗中，教師可以對兩學(xué)生的受力情況分別做采訪，再讓其他學(xué)生回答觀察所得．用已有的認(rèn)知分析力的相互性，從而提出探究的新問題．

任務(wù)2：探究力的相互性是否是普遍規(guī)律

問題情境：如圖4，圖5，圖6所示的演示實驗，包含彈力、摩擦力、電磁力等不同性質(zhì)的力．設(shè)計問題和問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)如表2所示．

圖4 玩具飛機

圖5 玩具小車

圖6 磁鐵與通電導(dǎo)線間的相互作用演示

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo) (1)玩具飛機起飛時螺旋槳受到向上的力是誰給的?它的反作用力作用在何處? (2)車輪懸空的玩具小車能前進(jìn)嗎?小車前進(jìn)的力是誰給的?它的反作用力作用在何處?能顯示出來嗎? (3)通電導(dǎo)線擺開的力是誰給的?它的反作用力作用在何處?能顯示出磁鐵受到的力嗎?改變電流方向后,導(dǎo)線反向擺動,磁鐵將會如何運動呢? (4)你還能舉出生活實例來說明力是成雙成對出現(xiàn)的嗎? 能找出任意一個力的反作用力,能通過實驗總結(jié)歸納作用力和反作用力的概念

教學(xué)建議：

(1)思維引導(dǎo)建議：根據(jù)力作用的相互性判斷反作用力的受力物體，通過實驗觀察該受力物體的運動狀態(tài)變化，確定反作用力的存在，證實自己的判斷．多次實驗的結(jié)果，更加相信力的作用是相互的．

(2)實驗操作建議：圖4演示螺旋槳和空氣之間的作用力，可用在桌面上撒上碎紙片的方法，也可以將飛機盤旋在學(xué)生頭頂讓其感受到空氣流動．圖5和圖6，首先演示汽車和馬蹄形磁鐵直接放置桌面，這樣觀察不到它們受反作用力而后退，從而提出“反作用力是否不存在”的疑問，再通過把汽車放在可滑動的薄板及把磁鐵放小車上來呈現(xiàn)它們受力后的運動，讓學(xué)生豁然開朗，從而強化反作用力一定存在的認(rèn)知．讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象并分析相互作用力來提升歸納的能力，從而引出基本概念——作用力和反作用力．

任務(wù)3：探究作用力和反作用力之間的關(guān)系

問題情境：(1)如圖7所示，提供每個探究小組兩個彈簧測力計和一條細(xì)線，自行設(shè)計實驗來研究作用力和反作用力之間存在的關(guān)系．

圖7 利用彈簧測力計設(shè)計實驗探究相互作用力

(2)如圖8所示，利用提供的力傳感器探究作用力和反作用力之間的關(guān)系．設(shè)計問題和問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)如表3所示．

圖8 利用力傳感器探究相互作用力

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo) (1)作用力和反作用力有什么關(guān)系? (2)要探究作用力和反作用力的關(guān)系,實驗器材選擇與操作上需要注意什么? 會通過彈簧測力計和傳感器收集實驗數(shù)據(jù),分析圖像意義,探究作用力和反作用力的關(guān)系 (3)是否只需在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行探究,你能想到的不同運動狀態(tài)有哪些?不同狀態(tài)(勻速、加速、減速、直線、曲線)作用力和反作用力是否都存在大小相等的關(guān)系? 認(rèn)識作用力和反作用力的關(guān)系不受物體運動狀態(tài)和參考系等影響,進(jìn)一步深化相互作用觀. 理解牛頓第三定律的內(nèi)容 (4)從彈簧測力計總結(jié)得到的結(jié)論是否也適用于液體和固體之間的相互作用? (5)如圖9所示,當(dāng)瓶子浸入水中后,彈簧測力計示數(shù)如何變?變了多少?臺秤示數(shù)如何變?變了多少?你能解釋變化間的關(guān)系嗎? 會用牛頓第三定律確定受力分析中的相互作用力問題. 通過對牛頓第三定律的實驗研究,認(rèn)識到實驗探究越豐富,獲得結(jié)論的概括性越大 (6)在馬拉車向前加速度運動時,馬拉車的力和車?yán)R的力是否還是大小相等?你如何用傳感器來進(jìn)行模擬研究? (7)從兩只傳感器的圖線,你總結(jié)得到的相互作用力之間的關(guān)系有哪些? (8)是否能夠從圖線上看出兩力方向相反?力的方向之間的關(guān)系應(yīng)該從哪觀察? 能從實驗數(shù)據(jù)或傳感器圖像中分析、總結(jié)出作用力與反作用力的關(guān)系. 能從相互作用力的實驗結(jié)果領(lǐng)悟自然界中的對稱之美

圖9 探究固體液體間的相互作用

教學(xué)建議：

(1)思維引導(dǎo)建議：引導(dǎo)學(xué)生將實驗探究從特殊到一般，呈現(xiàn)不同運動狀態(tài)下的實驗結(jié)論，從而認(rèn)識牛頓第三定律是自然界普遍規(guī)律．

(2)實驗操作建議：彈簧測力計使用前應(yīng)該調(diào)零，使用時應(yīng)該平拉，若實驗時發(fā)現(xiàn)兩只彈簧測力計讀數(shù)并不相等(即使已調(diào)零)，教師可讓學(xué)生分析這種“反?！爆F(xiàn)象，并提出引入第三只彈簧測力計進(jìn)行“校對”．做運動時的實驗，因彈簧測力計讀數(shù)困難，從而引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計更為精確的傳感器實驗，力的傳感器前端加軟橡皮管,如圖10(a)所示，可以操作壓力的情況．

探究馬車在啟動時拉力是否相等，可以請學(xué)生先討論判斷，再用DIS力傳感器模擬，用圖像來突破認(rèn)知上的難點,如圖10(b)所示．

圖10 用力傳感器不同運動狀態(tài)下的相互作用力

學(xué)生很容易從傳感器圖像的對稱性得出力的方向相反這個結(jié)論．教師可演示斜拉定滑輪兩側(cè)細(xì)繩所呈現(xiàn)的圖像，讓學(xué)生認(rèn)識輸入的信息只是大小，沒有方向信息輸入，方向關(guān)系需在真實狀態(tài)下觀察．

(3)教學(xué)活動建議：在問題(1)～(3)中，讓學(xué)生先有猜想和討論，再通過實驗探究、分析、論證、歸納，最后進(jìn)行分組匯報交流，準(zhǔn)確表述結(jié)果并得出規(guī)律．問題(4)～(6)中，讓學(xué)生通過演示實驗和分組操作，將規(guī)律推廣到不同物態(tài)、不同運動狀態(tài)等情境．這樣不僅讓學(xué)生充分了解規(guī)律的建立過程，而且強化了證據(jù)意識，體會到科學(xué)本質(zhì)，達(dá)成科學(xué)態(tài)度養(yǎng)成．

任務(wù)4：辨析平衡力和相互作用力之間的異同

問題情境：如圖11所示，彈簧測力計豎直懸掛一個墨水瓶A處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測力計讀數(shù)為2.00 N.設(shè)計問題和問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)如表4所示．

圖11 彈簧測力計懸掛墨水瓶

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo) (1)A受哪些力作用?畫出它的受力圖,并分別指出這些力的反作用力 會用牛頓第三定律確定受力分析中的相互作用力問題 (2)作用力與反作用力能相互平衡嗎? (3)作用力、反作用力與一對平衡力相比,有哪些異同點? 能區(qū)分一對作用力和反作用力與一對平衡力

教學(xué)建議：

(1)思維引導(dǎo)建議：通過一個具體問題來作受力分析，并且找出每個力的反作用力，引出對作用力和反作用力與一對平衡力之間的綜合比較．從施力物體和受力物體角度，理解作用力和反作用力的本質(zhì)．

(2)教學(xué)活動建議：對問題(3)，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合表5從相同點和不同點分別比較，列表格歸納．

表5 作用力和反作用力與一對平衡力相比較

任務(wù)5：牛頓第三定律應(yīng)用

問題情境：選取生活中的3個場景，如圖12～14所示.設(shè)計問題和問題指向的素養(yǎng)目標(biāo)如表6所示．

圖12 研究跳傘運動員與地球間的引力

圖13 研究汽車與地面間的摩擦力

圖14 拔河比賽中的相互作用

問題問題指向的素養(yǎng)目標(biāo) (1)你能確定圖12中跳傘運動員對地球的吸引力的大小和方向嗎?你能確定圖13中汽車對地面摩擦力的大小和方向嗎? (2)拔河時決定勝負(fù)的因素是什么?如圖14所示,為了將這一實際問題分析清楚,我們應(yīng)該做什么? (3)這些力中一定相等的力是哪幾個?拔河雙方受到的兩個摩擦力一定相等嗎? (4)拔河比賽時,兩隊的運動有什么特征?是否能夠作為一個整體看待?從整體看,決定勝負(fù)的因素是什么? 會用牛頓第三定律確定受力分析中的相互作用力問題. 能對生活情景中的物理問題進(jìn)行分析和建模,并獲得正確結(jié)論

教學(xué)建議：

(1)思維引導(dǎo)建議：拔河是學(xué)生很感興趣的比賽項目，這一實際問題只有先轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢韱栴}才能分析，將拔河雙方分別為研究對象進(jìn)行簡單的受力分析是建立正確模型的方法．

(2)教學(xué)活動建議:以太空拔河視頻作為提升，讓學(xué)生觀察太空拔河勝負(fù)情況，證實自己的猜想．以

開放性問題“拔河比賽技巧建議”作為課堂結(jié)尾，落實到生活實際應(yīng)用．

4 設(shè)計點評

作用力和反作用力是一節(jié)典型的規(guī)律教學(xué)課，本教學(xué)設(shè)計以物理規(guī)律探究的方法和過程為立足點，以一條條有效問題鏈為落腳點，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，突出展示了本節(jié)課對培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)方面的獨到作用．

從“物理觀念”維度看：通過任務(wù)1和任務(wù)2，以實驗為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生建立起“力的作用是相互的”等物理觀念，任務(wù)2和3中挖掘了不同物態(tài)和不同運動狀態(tài)下的實驗，深化了學(xué)生的物質(zhì)觀、運動觀和相互作用觀．

從“科學(xué)思維”維度看：在任務(wù)1，任務(wù)2和任務(wù)3的教學(xué)設(shè)計中，充分體現(xiàn)了定性分析、定量計算、邏輯推理、總結(jié)歸納、批判質(zhì)疑等科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生使用科學(xué)證據(jù)的意識、評估科學(xué)證據(jù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、形象思維和直覺思維．

從“科學(xué)探究”維度看：在任務(wù)3中先讓學(xué)生設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案、獲取證據(jù)的能力；再要求學(xué)生進(jìn)行實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生實施實驗方案、使用各種科技手段(DIS等)和方法收集信息和證據(jù)的能力；最后要求學(xué)生敘述實驗結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生分析證據(jù)、處理信息、描述解釋實驗結(jié)果和變化趨勢的能力．每個任務(wù)中的情境設(shè)置，教師充分挖掘?qū)嶒炈夭?，從不同物態(tài)不同運動狀態(tài)等方面引導(dǎo)學(xué)生實驗，體現(xiàn)了證據(jù)的多樣性、代表性和一般性．

從“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”維度看：本設(shè)計方案中，有大量來自生活的小實驗、趣味實驗和科學(xué)玩具實驗，激發(fā)了學(xué)生對研究作用力和反作用的好奇心和求知欲；很多實驗要求師生、生生合作完成，起到培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)術(shù)活動中主動與他人合作，尊重他人的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任；要求學(xué)生提出實驗設(shè)計方案、發(fā)表對別人方案的見解、得出實驗結(jié)果以及闡述實驗結(jié)果的普遍意義等，意在培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，實事求是，敢于質(zhì)疑，不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任．

綜觀本教學(xué)設(shè)計非常好地將對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實到了各教學(xué)環(huán)節(jié)中．