高中物理新課教學(xué)中有效性問題的研究及案例分析

高中物理新課教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的“敲門磚”，用什么樣的問題作為這塊激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生理性思維并能夠有效建構(gòu)知識體系的“金磚”呢？我們認(rèn)為應(yīng)該統(tǒng)整物理學(xué)習(xí)賴以需要的各種教學(xué)資源，包括生活中的物理現(xiàn)象，現(xiàn)代化工業(yè)和農(nóng)業(yè)大生產(chǎn)中的諸多物理元素，現(xiàn)代化高科技領(lǐng)域中的物理內(nèi)容，國際國內(nèi)的重大新聞事件、能激發(fā)出問題的物理小實驗、學(xué)生分組實驗、大型演示實驗、無法用實驗演示但可模擬的動畫以及閱讀材料、網(wǎng)絡(luò)資源等等，以之來創(chuàng)設(shè)物理情景，展現(xiàn)并引入課堂教學(xué)中各個物理環(huán)節(jié)，并從這些物理素材中提取有價值的物理知識，通過模型的轉(zhuǎn)化來建構(gòu)有效性物理問題，并通過對問題的探究分析，用精確的物理實驗，物理數(shù)據(jù)的處理與分析，物理規(guī)律的總結(jié)等，來實現(xiàn)有效的新課教學(xué)。

新課教學(xué)中，我們建構(gòu)的物理問題是否有效，非常重要的就是要準(zhǔn)確把握新課中物理知識的內(nèi)涵與外延，要對物理知識進(jìn)行深入的解剖和分析，在正確建立三維教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析建構(gòu)問題教學(xué)的“節(jié)點(diǎn)”，并通過對學(xué)生知識與能力現(xiàn)狀的分析，利用各種資源，運(yùn)用各種方法創(chuàng)設(shè)物理情景，設(shè)置有效性問題，使物理知識與問題能有機(jī)聯(lián)系起來，使問題成為教師教學(xué)的主線，成為學(xué)生學(xué)習(xí)探究的主線，成為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，步步走向知識殿堂的主線。

1 新課有效性問題建構(gòu)的基本原則

（1）刪繁從簡的原則；

（2）源自生活的原則；

（3）注重實驗的原則；

（4）承上啟下的原則。

2 案例分析

以《牛頓第一定律》作為“有效性問題的建構(gòu)”案例：

2.1 教材分析 

從物理學(xué)發(fā)展歷程來看，牛頓第一定律是經(jīng)典物理學(xué)得以建立的基石，是人類沖破宗教神學(xué)，探究自然現(xiàn)象并逐漸形成物理學(xué)知識體系的重要里程碑。因此，雖然僅從物理知識本身而言這一節(jié)的知識內(nèi)容并不難，學(xué)生在初中時也已經(jīng)有所知曉，但牛頓第一定律的研究過程、研究方法卻并不簡單，它的最終確立凝聚了許多科學(xué)家?guī)资旯餐芯康某晒诋?dāng)時的科學(xué)發(fā)展史中起著非常重要的作用。因此，這一節(jié)的教學(xué)，應(yīng)著重于“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”等教學(xué)目標(biāo)的培養(yǎng)與達(dá)成。

2.2 確立“三維”教學(xué)目標(biāo)

2.2.1 知識與技能

（1）理解并掌握運(yùn)動與力的關(guān)系——牛頓第一定律。

（2）掌握慣性的概念，理解慣性在日常工作及生活中的表現(xiàn)形式。

2.2.2 過程與方法

了解眾多科學(xué)家對“運(yùn)動與力關(guān)系”的研究過程，理解并逐漸學(xué)會伽利略的理性思維方法——理想實驗與科學(xué)推理相結(jié)合的方法。

2.2.3 情感態(tài)度與價值觀

對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育，讓學(xué)生愛科學(xué)、尊重科學(xué)家、逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度和習(xí)慣。

2.3 教學(xué)重、難點(diǎn)分析

本課的重點(diǎn)是教學(xué)目標(biāo)中的過程與方法及情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)的達(dá)成，即要通過對物理現(xiàn)象、實驗及模擬動畫的研究，培養(yǎng)學(xué)生把“理想實驗與科學(xué)推理相結(jié)合起來”的思維方法。

本課的難點(diǎn)是如何進(jìn)行理想實驗的設(shè)計；如何進(jìn)行物理思維的層層提升；如何正確理解牛頓第一定律，而不是簡單把它看成是對“運(yùn)動和力關(guān)系”的描述。

2.4 教學(xué)“節(jié)點(diǎn)”分析

根據(jù)對教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重、難點(diǎn)的分析，本節(jié)課應(yīng)包含以下“節(jié)點(diǎn)”：

（1）教學(xué)引入；

（2）亞里士多德觀點(diǎn)的敘述與討論；

（3）伽利略的理想實驗、理性推理及結(jié)論、學(xué)生兩人小組實驗、模擬動畫分析、物理思維過程培養(yǎng)；

（4）中世紀(jì)其他科學(xué)家對“運(yùn)動與力關(guān)系”的研究；研究成果的對比分析；

（5）牛頓的卓越貢獻(xiàn)——牛頓第一定律、牛頓的科學(xué)魅力；

（6）對慣性的深入探究；

（7）綜述及物理知識運(yùn)用與思維能力訓(xùn)練。

從以上教學(xué)“節(jié)點(diǎn)”中我們可以看出，本節(jié)課的重要節(jié)點(diǎn)是“教學(xué)引入”，“伽利略的理想實驗、小組實驗、動畫分析”，“中世紀(jì)其他科學(xué)家的研究成果與對比分析”，“牛頓的卓越貢獻(xiàn)——牛頓第一定律”，“對慣性的深入探究”。

教學(xué)引入是本節(jié)課第一個節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該選擇能體現(xiàn)時代特征的內(nèi)容，并通過構(gòu)建相應(yīng)的有效性問題來迅速抓住學(xué)生的心理、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本節(jié)課的知識內(nèi)容雖然是牛頓第一定律，但實際上，在研究這一問題時，伽利略和其他科學(xué)家起到了非常重要的作用，特別是伽利略的思維方法和推理更是起著關(guān)鍵性的作用。因此，針對伽利略的研究，通過教師設(shè)計的精準(zhǔn)的有效性問題去加以探究就顯得非常必要；緊接著對眾多科學(xué)家的研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，這同樣需要設(shè)計相應(yīng)的有效性問題；對牛頓的卓越貢獻(xiàn)——牛頓第一定律的闡述與討論也應(yīng)設(shè)計針對性問題，而且這一教學(xué)過程的問題應(yīng)該站得更高。對慣性問題的深入研究，特別是探究“決定慣性的因素”這一問題時，需要從生活現(xiàn)象中總結(jié)出規(guī)律才能有效達(dá)成。因此，在這一節(jié)點(diǎn)同樣需要精彩的有效性問題才能完成本節(jié)課的最后教學(xué)內(nèi)容。

2.5 有效性問題的建構(gòu)

2.5.1 在教學(xué)引入階段提出有效性問題

選擇我國第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”發(fā)射成功的小部分錄像資料（圖1）作為新課的引入，這樣不但可以在潛移默化中進(jìn)行愛國主義教育，更能通過錄像資料迅速抓住學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)激情。



此時，教師提出有效性問題：

（1）嫦娥一號為什么能騰空而起？

（2）嫦娥一號進(jìn)入軌道后，發(fā)動機(jī)停止工作期間為什么還能繼續(xù)飛行？

這兩個問題都是直接針對牛頓第一定律設(shè)計的，作為教學(xué)的引入，教師不要急于對學(xué)生可能的回答進(jìn)行判斷，指出“就讓我們帶著這兩個看似簡單的問題進(jìn)入新課吧”。

在引入亞里士多德的觀點(diǎn)時，我們展示一個容易形成亞里士多德觀點(diǎn)的小實驗讓學(xué)生思考：老師與一個學(xué)生共同抬起一塊較長的寬木板，把一個小車倒扣過來，教師用力推小車，小車就運(yùn)動；不用力推小車，小車就停止。教師提問“這個實驗與亞里士多德的觀點(diǎn)相符嗎？”（這實際上是從生活現(xiàn)象中提取有效性問題）。然后，話峰一轉(zhuǎn)，“亞里士多德的觀點(diǎn)有問題嗎？”

設(shè)計這樣的小實驗，就是要告訴學(xué)生不能從簡單的生活現(xiàn)象中盲目得出結(jié)論，必須經(jīng)過深入的科學(xué)研究才能得到真知。

2.5.2 從對伽利略的理想實驗中，通過小組實驗、動畫分析提出有效性問題

這部分設(shè)計的有效性問題必須謹(jǐn)慎，不能太多，要緊扣主題：

（1）伽利略的理想實驗是怎樣設(shè)想的？

（2）你在小組實驗中觀察到了什么？你觀察后得到了什么結(jié)論？

（3）伽利略通過理想實驗和推理得到了怎樣的結(jié)論？

（4）伽利略的推理過程反映出的是怎樣的思維過程？

對第（1）個問題的解決是通過學(xué)生對教材的閱讀來理解伽利略的設(shè)想。在此基礎(chǔ)上，教師再進(jìn)行動畫模擬并進(jìn)行過程分析。

學(xué)生在教師指導(dǎo)下帶著第（2）個問題來完成伽利略的模擬實驗，這個問題非常關(guān)鍵，是本節(jié)課的重點(diǎn)有效性問題，教師應(yīng)該用一定的時間與學(xué)生進(jìn)行深度互動交流，它能有效促進(jìn)學(xué)生對運(yùn)動與力關(guān)系的本質(zhì)認(rèn)識，能有效的培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和思維能力。

第（3）個問題實際上是形成正確研究結(jié)論的過程，是對伽利略研究的綜述。

第（4）個問題是本問題鏈的升華，學(xué)生也許不能有效回答，教師可以通過講解來提升學(xué)生的思維能力。即在伽利略理想實驗中體現(xiàn)了“對現(xiàn)象的一般觀察”到“提出假設(shè)”到“邏輯推斷”到“實驗對推論驗證”再到“對假設(shè)進(jìn)行修正和推廣”的一系列探究過程（圖2）。這一探究過程體現(xiàn)了科學(xué)研究的基本方法。



2.5.3 從對中世紀(jì)其他科學(xué)家研究成果的對比分析中發(fā)現(xiàn)有效性問題

對知識進(jìn)行對比教學(xué)能有效的建立起學(xué)生的知識系統(tǒng)。因此，教師要盡量把關(guān)于在對運(yùn)動和力關(guān)系的研究過程中其他科學(xué)家的成果進(jìn)行類比，讓學(xué)生通過分析去發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究的歷史進(jìn)程。

（1）法國科學(xué)家笛卡爾的研究在伽利略基礎(chǔ)上有哪些進(jìn)步？

（2）荷蘭科學(xué)家惠更斯的研究在笛卡爾基礎(chǔ)上又有哪些進(jìn)步？

這兩個問題能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對問題的深入研究精神，使學(xué)生的思維一步步得到螺旋式向上發(fā)展。

2.5.4 牛頓的卓越貢獻(xiàn)——牛頓第一定律教學(xué)節(jié)點(diǎn)中的有效性問題

在對伽利略、笛卡爾、惠更斯等科學(xué)家的研究成果學(xué)習(xí)之后，對牛頓第一定律的講解就水到渠成了，這時教師提出的有效性問題應(yīng)站得更高：

（1）牛頓的研究成果--牛頓第一定律到底與前幾位科學(xué)家有哪些不同？闡述并詳細(xì)說明（圖3）。

（2）牛頓第一定律給你以哪些“美”的感受？

讓學(xué)生找出牛頓的結(jié)論與前三位科學(xué)家的區(qū)別非常重要，否則，我們學(xué)習(xí)的就不是牛頓第一定律，而是伽利略或笛卡爾定律了。在第（2）個問題中，牛頓用“一切”兩字概括了自然界的所有物體；用一個“總”字闡述了“慣性”的存在；又用“或”字概括出自然界兩種基本慣性運(yùn)動狀態(tài)；再用“直到”兩字描述了運(yùn)動狀態(tài)改變不可缺少的根本原因。這些簡明扼要的語言不但高度闡述了自然界普遍存在的物理規(guī)律，更讓我們感受到了物理世界里各種運(yùn)動的“美”。

圖3 牛頓第一定律的形成

2.5.5 對慣性的深入探究中提出有效性問題

（1）你從牛頓第一定律里面還發(fā)現(xiàn)了什么？

（2）殲擊機(jī)在投入戰(zhàn)斗前為什么要丟掉副油箱？（設(shè)計一個flash動畫片）

第（1）個問題要學(xué)生從牛頓的敘述中進(jìn)一步挖掘出慣性的概念，實際上就是第一句話中概括的內(nèi)容。這樣可以順勢而然地進(jìn)入到慣性問題的討論之中。

在回答第（2）個問題時，教師先放殲擊機(jī)丟掉副油箱的動畫，讓學(xué)生觀察飛機(jī)丟掉油箱后運(yùn)動狀態(tài)的變化，總結(jié)出決定慣性的因素就是物體的質(zhì)量。慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大的物體越容易保持慣性。

2.5.6 處理以上“有效性問題”時需注意的重要環(huán)節(jié)

（1）在處理教學(xué)引入階段的有效性問題時要把握時機(jī)，不可拖延。

（2）在處理理想實驗階段的有效性問題時要敢于展開，要通過學(xué)生動手探究，形成小組意見，并充分互動交流。教師要善于抓住學(xué)生對實驗觀察的閃光點(diǎn)進(jìn)行深入解剖、討論，要鼓勵學(xué)生敢于突破實驗設(shè)想。

（3）在處理其它科學(xué)家研究成果階段的有效性問題時要指導(dǎo)學(xué)生注意文字描述，并從描述中體會科學(xué)家的研究成果，并找到研究的不足。

（4）在處理牛頓第一定律階段的有效性問題時應(yīng)進(jìn)一步詳細(xì)分析科學(xué)家的研究成果，要展開進(jìn)行對比分析，并進(jìn)而體現(xiàn)出牛頓研究成果的卓越。這不是簡單的對比研究，而是要從對比中發(fā)現(xiàn)完整的科學(xué)規(guī)律。

（5）在處理問題時要順其自然，把動畫與生活中的現(xiàn)象巧妙結(jié)合起來，一氣呵成。

(欄目編輯鄧 磊)