基于問題探究式教學在高中物理課堂的實踐與思考——以“牛頓第三定律”一課的教學為例

耿宜宏 王志剛

（1.江蘇省前黃高級中學，江蘇 常州 213161；2.江蘇省華羅庚中學，江蘇 金壇 213200）

本文以人教版必修1“牛頓第三定律”一課為例探討問題探究式教學在物理課堂中的應用.這節課是在學習牛頓第一、二定律和初中已有的物體間的相互作用力基礎上，通過實驗探究進一步討論相互作用力的關系，從而總結出牛頓第三運動定律.教學重點是一對相互作用力的特點，難點是一對相互作用力與一對平衡力的區別和聯系.教學以時尚的水上運動視頻為背景，由5組探究問題貫穿教學全過程，學生的學習活動圍繞這5組問題展開，在質疑、釋疑的過程中達到了較為理想的教學效果.

1 設計思想

本節課以學生為主體，運用“問題探究”模式進行教學.在課堂上鼓勵學生主動參與、主動探究、主動思考、主動實踐，在教師合理、有效的問題引導下進行高效率學習，以充分體現探究的過程和實現對學生探究能力培養的過程.為此筆者從兩方面進行了嘗試.

1.1 變演示實驗為實驗設計，培養學生的創新能力

課堂演示實驗一般以教師為主體，學生僅僅是旁觀者，沒有直接參與，不利于其創新能力的培養.教材上“兩彈簧對拉”為課堂演示實驗，筆者在教學中將其改為探究性實驗，讓學生在課上設計利用所提供各種器材設計探究一對相互作用力的特點，并思考“如果不受器材的限制你還想如何探究”.將演示實驗改為實驗設計，讓學生充分地動腦、動手、動口，發揮學生的主體作用，從而有利于學生創造性思維的激發.

1.2 設計分組實驗，讓學生在親身體驗中探究問題

從學生的生活實際出發，感受和體驗相互作用力在生活實際中的應用.我們在課上設計了4組實驗，充分體現新課程標準中提出的“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念.

2 教學過程

2.1 創設情境，讓探究猜想“有所依”

師：播放一段水上極限運動的視頻（如圖1所示），要求學生思考這項運動中蘊含的物理知識.

生：力的作用是相互的.

師：有關力的相互作用的游戲很多，男學生在課間玩的掰手腕，女生玩的拍拍手，以及拔河比賽等.這些活動在太空中進行會是怎樣的情景呢？請欣賞“太空中的游戲”.播放視頻，空間站內扳手腕、擊掌、拔河.

生：真奇妙，兩位科學家的狀態變化幾乎相同.

師：物體間的作用是相互的.我們把物體A對物體B的力稱為作用力，那么物體B對物體A的力就叫做反作用力.同學們對力的概念已有所了解，那么，你們能否猜想一下一對相互作用力之間會有怎樣的關系呢？

生：（討論，多人回答）大小相等、方向相反、作用在一條直線上、作用在不同物體上.

圖1 水上極限運動

2.2 問題引導，保障方案設計“有所思”

師：大家的這些猜想，是建立在已有知識和觀察基礎上的.是否正確呢？

生：可以做實驗驗證.

師：用什么實驗來驗證呢？需要什么器材？生：（略思）彈簧測力計.

師：（拿1只彈簧測力計，用手拉秤鉤）彈簧測力計示數反映的是誰對誰的力？

生：手對彈簧測力計的拉力.

師：手對彈簧測力計的拉力可在彈簧測力計上顯示出來.請問，彈簧測力計對手有拉力嗎？如何表示出來？手指能否顯示力的大??？怎么辦？

生：再用一只彈簧測力計，對拉.

師：如何使用呢？要注意什么？

生：調零，水平對拉，沿桿施加拉力，注意量程.

生：（每組發彈簧測力計2只、橡皮筋1根）分組實驗：（1）A彈簧測力計主動拉B彈簧測力計；（2）使A、B彈簧測力計同時拉，改變拉力的大?。唬?）在運動過程中再做一做（1）、（2）兩步，驗證自己的猜想.

生：小組代表發言，組1，組2交流實驗結果如表1所示，其他組的結論基本上與這兩組結論接近.

表1 兩組實驗現象交流

師：（演示實驗）用力傳感器探究運動中作用力與反作用力的關系.

2.3 歸納總結，讓實驗探究“有所獲”

師：接下來請同學們利用提供的器材（如圖2所示），對作用力與反作用力的關系再作討論.討論時請思考以下3個問題：（1）作用力與反作用力哪一個先產生？（2）作用力與反作用力的性質一定相同嗎？（3）作用力和反作用力的作用效果能夠相互抵消嗎？（教師結合4幅實驗器材圖加以簡要說明）

生：分組活動.（教師輪流參與每一組的活動，并用手機拍攝一些活動細節）

師：展示拍攝的學生活動片段，請各個小組推選代表對活動進行解說.

圖2

生：小組代表發言，交流總結實驗結果如表2所示.

表2 分組實驗總結

2.4 當堂訓練，讓探究教學“有所評”

師：旅游觀光時，環保馬車是很受歡迎的代步工具.若車是勻速運動的，自然有馬拉車的力等于車拉馬的力.問題是，在啟動時段，馬拉車的力與車拉馬的力誰大呢？

生：（猜想）馬拉車的力大于車拉馬的力.

圖3 用力傳感器拉滑塊

師：是這樣嗎？我們用DIS實驗來驗證.如圖3所示，用小滑塊代表馬車，手代表馬，讓它們動起來，電腦就記錄了車啟動過程中的兩個力是什么關系？

生：（驚訝）相等的.

師：既然相等，為何馬會拉著車跑起來呢？

生：對馬進行受力分析，在水平方向馬受到車拉馬的力向后，地面的摩擦力向前.車受到的馬拉車的力向前，地面的摩擦力向后.對車而言，馬拉車的力大于地面的摩擦力，所以車能加速跑.

師：分析得很透徹.了解了這種關系以后，請大家來思考這樣一個問題，冬季拔河比賽究竟比的是什么？是甲乙兩隊的相互作用力嗎？如何選拔隊員？

生：比的是兩隊受到的地面的摩擦力.因此，我會選派“重量級”選手參賽.

師：好的，這是一方面.另一方面，還要注意比賽用鞋，穿溜冰鞋比得過對手嗎？（生大笑）

師：接下來我們來研究剛才探究活動中涉及到的問題：（1）如圖4所示，重錘受哪些力的作用？畫出它的受力圖，并分別指出這些力的反作用力.（2）作用力與反作用力能相互抵消嗎？（3）作用力、反作用力與平衡力相比，有哪些相同點和不同點？（以上3個問題依次呈現）

生：在練習單（事先印發給學生）上作圖并回答問題.

圖4

2.5 課堂回看，讓探究結果“有所感”

師：有了這樣的認識后，我們再來看課前的視頻截圖，其中蘊含的物理知識你們都了解了嗎？

師：你們有沒有這樣一種想法，將這樣一種裝置用到陸地上來.以后乘坐這種飛行器上學呢？就有人這樣探索過，大家請看這位武漢農民的杰作，如圖5（a）所示.

生：驚訝，震撼.

師：雖然他的作品還未能升空，但是已經實現了離地.既然現在能離地了，以后就一定能升空.為此，有科學家已經在構思設計未來的單人飛行器了，如圖5（b）所示.

圖5

生：更驚訝，更震撼.

師：現實生活中的例子告訴我們，要敢于夢想.嫦娥奔月是個神話，也是國人千年的夢想.如今，我們的嫦娥5號試驗器已經成功發射并回收了（播放火箭發射視頻），這意味著載人登月的夢想更真切了.所以我們要敢于夢想，并圍繞夢想的實現而不斷努力.

3 教學反思

新課程標準以提高學生的科學素養為宗旨，大力倡導科學探究.探究是學生了解和認識這個世界的重要途徑，探究有利于培養學生實事求是的科學精神和科學態度，有利于促使學生們學會合作，學會交流，學會傾聽，學會批判，學會反思，從而為民主品格的形成打下堅實的基礎.筆者認為，反思本節課的設計可以從以下幾個方面展開.

3.1 創設情境，激發探究熱情

情境之于知識，猶如湯之于鹽.鹽溶于水中，方能被吸收.知識需要融入情境之中，才能顯現出意義與價值.孔子曰：“不憤不啟，不悱不發，舉一隅不以三隅反，則不復也.”孔子的這段話道出了啟發的要旨，更是強調啟發前進入學習情境的重要性.本節課教師首先播放一段驚險刺激、時尚前衛的水上運動的視頻，學生驚嘆之時，好奇心頓時迸發，對這項運動內在本質的探究就成了學生最直接最迫切的需要.這樣的新課引入直接自然，進入到下一個教學環節便順理成章了.

3.2 巧設問題，引導探究方向

課堂教學的時間是有限的，如果不加指引，讓學生探究活動信馬由韁，不僅探究目標難以達成，而且對學生探究能力的培養也不利.兼顧開放性與指導性的問題設計，是學生主體性和教師主導性綜合發力的有效載體，也是課堂探究效益得以實現的保障.本節課中教師設計的探究活動較多，每個探究環節都以若干個問題為指引，將探究任務和目的具體化，適時地提醒學生在探究活動中要注意的事項，規避了探究的盲目性.例如，在進行作用力和反作用力之間關系的探究過程中，教師不僅提出了3個需要解決的問題，更是細化到你們做了怎樣的實驗？實驗中觀察到了什么現象？你們的實驗解決了以上什么問題？如果器材不受限制，你們還想做怎樣的實驗？等等，使之產生理想的教學效果.

3.3 精選實驗，注重探究過程

建構主義認為，學習活動不是由教師向學生傳遞知識，而是學生根據外在信息，通過自己擁有的背景知識，建構自己知識的過程.因此，教師不是知識的傳送帶，而是教學環境的設計者、學生學習活動的組織者和指導者、意義建構的合作者和促進者.［1］這堂課執教教師對于作用力和反作用力的關系這一核心知識點，采用了實驗探究法.所用器材分別為：第1組是兩塊自制的滑板；第2組是小圓柱、薄木板、遙控汽車；第3組是彈簧測力計、細線、重錘、盛水的燒杯、臺秤；第4組是兩只氣球.讓學生自主探究作用力與反作用力之間的關系.能做易懂的小實驗便于學生分組探究，教師拍攝的活動小視頻更是爾后分組交流的鮮活資料，這樣就能有效地引導學生在互動交談中逐步完成知識的重新編碼.

3.4 分組討論，交流探究得失

合作學習是新課程倡導的重要學習方式之一，小組合作更是教師在探究式教學過程中經常采用的一種重要組織形式和教學策略.本節課教師安排了學生分組活動2次，分組討論3次.教師走下講臺參與其中，既與學生探討，又適度加以點撥，保證了分組活動的扎實開展.例如教師提出的馬拉車前進的問題，學生討論的結果是馬對車的力大于車對馬的力，這是高一新生易錯的問題.在這個思維節點上，教師放慢節奏，設計了DIS實驗讓學生真切地看到了兩力的大小關系，然后引導學生分組討論，很好地突破了這個教學的難點.

3.5 導而有法，促進深入探究

建構主義認為，教師要從前臺退到幕后，要從“演員”變成“導演”.而杰出的“導演”總是能在“演員”最需要的時刻，提供適度的支持.本節課，教師以“引”的方式助學生“上路”：水上運動的視頻、太空游戲的視頻將學生引入了探究的“場域”中；以“扶”的方式助學生“學走路”：用彈簧測力計研究一對相互作用力之間的關系時，用手拉秤鉤，問學生彈簧測力計的示數是誰對誰的拉力大小，給學生分組探究以有力支撐；再以“放”的方式讓學生自己“奔跑”：學生兩人一組用兩只彈簧測力計互拉，改變示數，調整運動狀態，進而交流實驗結果.在這一系列的過程中，通過師生對話、師生共同參與實驗探究，教師扮演的是學生的學術顧問.學生始終處在思維的最前沿，良好的心境與愉悅的學習情緒，使探究活動“向青草更青處漫溯”.

3.6 合理評價，強化探究活力

課堂教學評價對學生的活動有導向、診斷、激勵、改進和交流協調等功能.要將這些功能發揮出來，需要合理的評價.傳統的課堂是評價一元化的課堂，學生作為學習的主體，對自己、對學習同伴幾乎沒有評價權.建構主義理論強調，在教學過程中，師生之間是一種平等、互動的關系，在評價這個重要的教學環節也是如此.縱覽本節課，教師鼓勵學生自評、引導學生互評、結合總結性師評，打出了有效的“組合拳”.由于學生學習的主動性被充分調動起來了，探究或學習就得到了深入發展.例如，說得真好，我為你點贊；能說說你的理由嗎？對于你同伴的觀點，你有怎樣的看法？等等一些啟發性、鼓勵性的語言以及肢體語言的巧妙運用，強化了探究的活力，從中也實現了評價的價值.

3.7 學以致用，升華探究結果

學生在經歷了充分的身心體驗之后，究竟發生了怎樣的認知變化，由于新舊經驗的沖突而引發的觀念轉變和結構重組有沒有達到相應知識的合理建構，需要診斷.在應用中學習和在應用中診斷所學也是探究式教學的特點之一，本節課教師設計的問題解決思路為：從生活中來（馬拉車實例的分析），到實驗中去（探究活動中重錘和水相互作用的分析）、再到生活中來（水上運動的分析和未來飛行器的構思），在學以致用中促進學生對所學內容的不斷編碼與整合.通過“國人千年飛天夢、世代努力今日成”的視頻播放，滲透著科學精神與人文素養的培養，學生們不由自主地被愛國情懷所感染，最終使探究學習的結果得到了升華.

1 顧明遠，孟繁華.國際教育新理念［M］.?？冢汉Ｄ铣霭嫔?，2006：236－240.

2 卞志榮，卞秋華.課要上得精彩 更應評得到位［J］.物理教師，2014（2）：13－15.

3 曹開錚.教師要成為探究教學的GPS［J］.物理教師，2013（12）：16－19.