牛頓第二定律應(yīng)用教學(xué)引入過(guò)程的改進(jìn)

牛頓第二定律的應(yīng)用一課，許多年下來(lái)基本形成了固定的教學(xué)模式：即就具體題目的解題過(guò)程進(jìn)行展開(kāi)，以加速度為橋梁，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)力與運(yùn)動(dòng)之間的已知量轉(zhuǎn)化的熟練度。誠(chéng)然，對(duì)于學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握公式的具體應(yīng)用，將本章節(jié)習(xí)題完成并擁有一定解題技巧，這樣做是無(wú)可厚非的。但我想，我們是否在同時(shí)錯(cuò)過(guò)了一個(gè)讓學(xué)生自我建構(gòu)物理知識(shí)體系、完善物理思維模式的過(guò)程？要知道，牛頓定律是經(jīng)典物理學(xué)大廈的基石，學(xué)生腦海中這塊基石的穩(wěn)定程度、學(xué)生對(duì)于這塊基石的各個(gè)側(cè)面的理解程度，直接決定了他這座大廈的高度和牢固等特性。

加速度是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，以往我們?cè)诖蠖鄶?shù)時(shí)候都試圖讓學(xué)生利用題目來(lái)鞏固這一印象，即重現(xiàn)我們教師的思維過(guò)程。而對(duì)于普通學(xué)生來(lái)說(shuō)，沒(méi)來(lái)得及深入思考，僅僅從題目當(dāng)中訓(xùn)練出來(lái)的固定解題模式，只不過(guò)增加了其“熟練度”。在考試中遇到同類(lèi)型題，尤其是計(jì)算題，能夠比沒(méi)做題的同學(xué)更快更準(zhǔn)確的完成題目；但一碰到涉及到涵義、概念的文字類(lèi)選擇題，所需要的解題時(shí)間和正確率往往很差。甚至于高一上學(xué)期的學(xué)生，考察牛頓第二定律知識(shí)點(diǎn)的文字類(lèi)選擇題的得分率，有時(shí)還不如最后一道壓軸性的計(jì)算題。

教書(shū)十年，從其它學(xué)校的同行也了解到，這類(lèi)現(xiàn)象是普遍存在的。從小處說(shuō)，這影響的是選擇題的正確率，或復(fù)雜動(dòng)力學(xué)計(jì)算題的分析能力；但從大處說(shuō)，這影響到學(xué)生對(duì)于經(jīng)典物理的基石，及其前因后果的深入理解。

如何深入地理解教材上這句話“力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因”、 “力是物體產(chǎn)生加速度的原因”？我想，我們要做的是讓學(xué)生深入理解而不是記憶和背誦教師講授內(nèi)容。以前有句話叫“讀書(shū)百遍其意自見(jiàn)”，放在這里，也就是題目做多了學(xué)生自然就會(huì)了。題海戰(zhàn)術(shù)固然可靠可信，但其代價(jià)也是頗為巨大的，相當(dāng)一部分學(xué)生會(huì)因掙扎在題海中遲遲無(wú)法領(lǐng)悟，而喪失了對(duì)于物理的學(xué)習(xí)興趣，真正依靠題海深刻領(lǐng)會(huì)了牛頓第二定律的學(xué)生只占一小部分。這從高三第一輪復(fù)習(xí)時(shí)，有太多同學(xué)在這個(gè)章節(jié)里磕磕絆絆就可以看出些問(wèn)題了。

讓學(xué)生深入理解“力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因”，需要從學(xué)生的認(rèn)知特性入手。被動(dòng)記憶不會(huì)長(zhǎng)久，這里我利用建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)方法：

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得。

首先，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

牛頓第二定律的例子很難舉，又或者說(shuō)太容易舉。因?yàn)椤傲ψ屛矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生變化”的例子，實(shí)在太多了，人的坐、站、行、走，小車(chē)小球等抽象物體在外力參與下的運(yùn)動(dòng)，例子真是不勝枚舉。但問(wèn)題就在于這些例子實(shí)在是太常見(jiàn)了，不經(jīng)過(guò)大腦思考也都能夠給出正確答案，無(wú)法引起學(xué)生思考，引導(dǎo)其建構(gòu)出物理思維模式。真正需要些日常經(jīng)驗(yàn)，要想幾秒鐘的例子，比如剎車(chē)時(shí)的摩擦力方向，卻跟前面“牛頓第一定律”的聯(lián)系更大些。可見(jiàn)，想要達(dá)到“激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)”的目的不是那么好完成的。

我的做法是這樣，將一只剝?nèi)ド虡?biāo)的透明礦泉水瓶中盛滿水，先塞入一只大玻璃球，讓學(xué)生猜測(cè)，當(dāng)我讓礦泉水瓶加速前進(jìn)時(shí)，玻璃球相對(duì)于瓶子的運(yùn)動(dòng)方向。之后換成塞入彩色空心塑料球，重復(fù)猜測(cè)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。最后將玻璃球和彩色空心塑料球一起塞入，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，分組討論現(xiàn)象及原因。

學(xué)生對(duì)于猜測(cè)大玻璃球的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有任何嶂礙，并如前面提到的一樣，有些同學(xué)認(rèn)為實(shí)在簡(jiǎn)單，根本沒(méi)必要實(shí)驗(yàn)，畢竟這和牛頓第一定律的公交車(chē)起動(dòng)時(shí)，人的傾倒問(wèn)題沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。但之后換成彩色空心塑料球后，猜測(cè)就有了分歧并立刻引發(fā)激烈討論。因?yàn)橥瑢W(xué)們急于知道自身猜測(cè)正確與否，我并未給他們闡述自己看法理由的時(shí)間，而是隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)看到的現(xiàn)象并不十分明顯，這在備課的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)了，一是由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間過(guò)短；二是人手操作，先加速后減速，一些學(xué)生分辨不出應(yīng)該看哪一部分。為了解決這一問(wèn)題，我在手動(dòng)操作后，立刻通過(guò)投影播放了課前在實(shí)驗(yàn)室中，利用更為精密的實(shí)驗(yàn)裝置讓水瓶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的慢鏡頭視頻剪輯。看了之后教室中出現(xiàn)熱烈的討論過(guò)程，以及一些同學(xué)皺著眉頭思考的情形，同時(shí)另一些同學(xué)炫耀自己的回答并為其他同學(xué)講解的情形，我知道，“激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)”這一目的已經(jīng)完美達(dá)成了。而最后將玻璃球和彩色空心塑料球一起塞入，重復(fù)實(shí)驗(yàn)前，大部分同學(xué)已經(jīng)胸有成竹地給出自己的猜測(cè)了，只是點(diǎn)著頭等待我完成這一物理過(guò)程。

其次，通過(guò)創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境和提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系的線索，幫助學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義。

在成功激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣后，我請(qǐng)一些小組派代表作出實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)⒃谖业奶崾鞠轮鸩酵晟平Y(jié)論。同學(xué)們認(rèn)識(shí)到所用的知識(shí)其實(shí)都是上節(jié)課所學(xué)習(xí)過(guò)的，他們之前也完全擁有解釋現(xiàn)象的能力，只不過(guò)所需考慮的物理環(huán)境是現(xiàn)實(shí)物體而并非抽象，或思考不周詳導(dǎo)致猜測(cè)時(shí)舉棋不定。我看到一些同學(xué)在我說(shuō)“要知其然，更要知其所以然”時(shí)點(diǎn)頭了，便立刻將發(fā)現(xiàn)“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變”的事實(shí)，與“力是其原因”再次強(qiáng)調(diào)。并給出實(shí)驗(yàn)總結(jié)：“礦泉水瓶加速前進(jìn)時(shí)，瓶?jī)?nèi)的水和小球都‘想要’與之共同前進(jìn)，而如果它們想‘擁有同樣的加速度’這一結(jié)果，則各自‘需要’其自身質(zhì)量與加速度乘積的合外力這個(gè)‘原因’。這時(shí)，在同等體積的條件下，質(zhì)量最大的‘玻璃球’需要的力最大，‘水’需要的力居中，而‘空心塑料球’需要的力最小。由此，玻璃球不能滿足加速需求，相對(duì)后撤，而空心塑料球的加速需求被過(guò)分滿足，從而擁有了更大的加速度，相對(duì)礦泉水瓶前沖。”、“也可以認(rèn)為是‘水’相對(duì)向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將空心塑料球‘?dāng)D’到前面去了，這也不失為一種簡(jiǎn)單方法。”

這時(shí)，給出同類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行鞏固拓展是必要的，也是學(xué)生應(yīng)用自身剛學(xué)到的知識(shí)，獲得成就感和解題自信的最好時(shí)機(jī)，我立刻拋出問(wèn)題：

“如果是新買(mǎi)的礦泉水未打開(kāi)前，瓶?jī)?nèi)會(huì)有一些氣泡，水瓶減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣泡相對(duì)瓶子的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)是怎么樣呢？”

學(xué)生普遍都有水杯或礦泉水瓶放在課桌上，供他們課間在班級(jí)的飲水機(jī)取水。一些同學(xué)在思考后會(huì)拿著晃動(dòng)兩下以驗(yàn)證他的結(jié)論，看到這些，我覺(jué)得這堂課的教學(xué)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于了我的預(yù)期。

課后，我自己也覺(jué)得這堂課學(xué)生的聽(tīng)課效率，或者說(shuō)是他們的參與程度、學(xué)到的知識(shí)比以往講授新課時(shí)要多，從而結(jié)合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，對(duì)這堂課進(jìn)行了深入反思。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要考慮教學(xué)目標(biāo)分析，還要考慮有利于學(xué)生建構(gòu)意義的情境的創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，并把情境創(chuàng)設(shè)看作是教學(xué)設(shè)計(jì)的最重要內(nèi)容之一。在上這節(jié)課之前，我并未有如此深刻的理解，或者說(shuō)，并未將情境的創(chuàng)設(shè)想象得有這么重要。以往上課雖然也有引入環(huán)節(jié)，但往往不夠精彩，或者說(shuō)，不夠精挑細(xì)選。這次的引入準(zhǔn)備過(guò)程，自己想想都覺(jué)得不可思議。先是結(jié)合題目，挖空心思想出了一個(gè)看似與日常生活相矛盾的“礦泉水瓶中的氣泡”問(wèn)題。之后想到氣泡是透明的，后排同學(xué)看不清楚，便改成了空心塑料小球。卻又發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程過(guò)快，從而想到應(yīng)用錄像的慢鏡頭回放功能。再后來(lái)心想反正都拍錄像了，就拍得嚴(yán)格一些，去實(shí)驗(yàn)室組裝了較為嚴(yán)格的勻加速運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。真正實(shí)驗(yàn)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，由于絕大部分礦泉水瓶側(cè)壁都不是光滑平整的，而實(shí)驗(yàn)室能調(diào)節(jié)的加速度又偏小，效果不夠明顯甚至小球會(huì)被卡住，還特意去大超市買(mǎi)了一瓶瓶壁光滑平整的某品牌高級(jí)礦泉水。后來(lái)跟人家說(shuō)都覺(jué)得奇怪，為了要個(gè)瓶子特意跑去挑礦泉水……不過(guò)，也驗(yàn)證了一分耕耘一分收獲，錄像效果的確好，前面的準(zhǔn)備工作也值得了。