巧設(shè)實驗情境 探究教學(xué)難點
——以“牛頓第三定律”一課為例

任虎虎

(江蘇省太倉高級中學(xué) 江蘇 蘇州 215411)

在教學(xué)過程中總會出現(xiàn)這樣的場景：當(dāng)教師在呈現(xiàn)精彩的實驗情境時，學(xué)生都興高采烈，而當(dāng)教師拋出問題時，有一部分學(xué)生就開始沉默了，究其原因，不是教師設(shè)置的問題不好，而是問題的梯度有時太大.不妨換個角度，在情境之后問“大家在這里有什么問題需要問老師的”，再進(jìn)行引導(dǎo)，生成有效問題，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí).

1 巧設(shè)趣味化實驗情境——探究作用力和反作用力的概念

設(shè)置情境1：用如圖1所示的實驗裝置演示；兩個完全相同的彈性小球A和B在軌道同一高度同時由靜止釋放，觀察兩小球的運動情況.

圖1 兩球彈性碰撞的演示實驗

師：兩小球運動到最低點時被彈回去，在這里有什么疑惑需要問老師的？

生1：兩小球的運動方向為什么都發(fā)生了改變？

生2：(基礎(chǔ)好的同學(xué))兩小球都受到力的作用.

師：對小球A或B來說誰給它了施加了彈回去的作用力？

生：應(yīng)該是相互施加的.

設(shè)計意圖：這個實驗旨在通過直觀的觀察幫助學(xué)生理解力的作用是相互的并且相互作用力發(fā)生在兩個物體之間.

設(shè)置情境2：讓同學(xué)用手用力將豎直的筆尖向下壓.

師：同學(xué)們有何感覺？現(xiàn)象能說明什么問題？

生：手壓筆尖手有痛的感覺，說明自己對筆尖施力，同時筆尖對手也有力的作用.

師：你覺得剛才的事實反映了力定義中的那個詞？

生：“相互”.

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的親自體驗和幫助學(xué)生理解力的作用是相互的.

學(xué)生活動：常言道“一個巴掌拍不響”，請大家比賽拍巴掌，看誰拍的最響.

師：拍的最響的甲同學(xué)談?wù)劯惺?

生：兩只手都有疼痛感.

師：這說明了什么問題？

生：說明兩只手相互施加了作用力.

設(shè)計意圖：通過激發(fā)學(xué)生的熱情和真實感受幫助學(xué)生理解力作用的相互性.

教學(xué)感悟：對于學(xué)生有基礎(chǔ)、有能力解決的問題，教師千萬不要包辦代替；尤其對于難點問題，能通過創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生自主解決的，教師千萬不要直接告訴學(xué)生結(jié)論，要相信學(xué)生“能”，目的是幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí).

2 巧設(shè)層次化實驗情境——探究作用力和反作用力間的關(guān)系

設(shè)置情境3：再次拍巴掌.

師：兩只手的疼痛感是否一樣？

生：差不多.

師：這說明了什么問題？

生：作用力和反作用力大小可能相等.

設(shè)置情境4：連接好實驗裝置后，讓學(xué)生來做實驗，讓一傳感器的固定在墻上，另一傳感器握在手中，適度拉動手中的傳感器，可以多讓幾位學(xué)生上來體驗.

圖2

師：對于圖2大家有什么問題需要問的嗎？

生甲：在圖2中，為什么作用力和反作用力的圖像在t軸上下兩側(cè)？

生乙：為什么圖像是曲線？

師：其他同學(xué)可以幫我回答一下這兩個問題？

生丙：作用力和反作用力的圖像在t軸上下兩側(cè)說明作用力、反作用力的方向是相反的，曲線說明物體在運動.

生丁：不對，物體明顯是靜止的，曲線說明手在抖.

師：其他同學(xué)可以討論一下誰的說法準(zhǔn)確.

大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)同后者.

師：從作用力和反作用力的F-t圖像可以得出哪些結(jié)論？

生：兩個靜止物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上.

設(shè)計意圖：這樣設(shè)置的目的是通過DIS實驗定量地探究靜止的物體之間作用力和反作用力滿足的關(guān)系.

設(shè)置情境5：把一個傳感器系在一個物體上，另一個握在手中.當(dāng)通過傳感器用力拉物體時，物體的運動狀態(tài)可隨著力的變化而變化.

師：通過觀察，當(dāng)物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，作用力和反作用力的F-t圖像有什么特點？

生：特點主要有兩個：變化、對稱.

師：從這兩個特點你可以得出那些結(jié)論？

生：變化，力的大小在變化，說明產(chǎn)生作用力和反作用力的兩個物體的運動狀態(tài)在變化. 對稱？(學(xué)生講不出)

師：注意觀察圖3中任意兩對稱點的縱坐標(biāo),同學(xué)們現(xiàn)在就此問題進(jìn)行小組討論.

學(xué)生活動：學(xué)生開始討論，根據(jù)圖像學(xué)生很容易得出：當(dāng)物體處于運動狀態(tài)下，任何時刻，作用力和反作用力始終滿足：等大、反向(t軸的上下兩側(cè))、共線，這與物體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的規(guī)律相同.

師：從圖像中你還可以得出哪些結(jié)論？

生：？(想不到)

圖3

師：(讓學(xué)生注意觀察圖3上的起始點、終止點和拐點)同一時刻？

生：作用力和反作用力是總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失.

設(shè)計意圖：這樣設(shè)置的目的是通過DIS實驗定量的研究運動狀態(tài)變化的物體之間作用力和反作用力滿足的關(guān)系.

設(shè)置情境6：拔河比賽是一項很有趣的娛樂活動，為探究雙方作用力的情況，把兩隊運動員簡化為兩個人，一個高大強(qiáng)壯的男生與一個瘦小柔弱的女生.讓他們各自拿著一個完全相同的測力計對拉.將實驗過程分成如下步驟讓學(xué)生仔細(xì)觀察：

師：讓女生“主動”施力，兩測力計的示數(shù)情況如何？

生：兩測力計都有示數(shù)，且相等.

師：讓男生“主動”施力，兩測力計的示數(shù)情況如何？

生：兩測力計都有示數(shù)，且相等.

師：實驗中我們能得到什么結(jié)論？

生：力的作用總是相互的，在數(shù)值上近似相等.

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的觀察，幫助學(xué)生破除對主動力與被動力大小不相等的錯誤認(rèn)識.

設(shè)置情境7：作用力和反作用力與一對平衡力的有很多相似的地方.

師：它們一樣嗎？

生：不一樣.

師：區(qū)別在什么方面？

生：區(qū)別是作用力、反作用力總是作用在兩個不同的物體上，而平衡力作用在同一個物體上.(學(xué)生基本只能講到這里)

師：作用力和反作用力總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，而一對平衡力呢？試舉例說明，同學(xué)們可以小組討論.

學(xué)生活動：這里學(xué)生可以舉出很多例子.總之，其中一個可以離開另一個而單獨存在，比如放在桌子上的水杯，重力和支持力是一對平衡力，當(dāng)把水杯拿起后，重力仍在，但支持力消失.

教師可以通過列表格進(jìn)行詳細(xì)比較.

設(shè)計意圖：通過新舊知識對比，引導(dǎo)學(xué)生自己舉實例說明作用力和反作用力與一對平衡力的區(qū)別.

教學(xué)感悟：學(xué)生對DIS的好奇心遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了教師的預(yù)料，教師需要將DIS實驗的趣味性轉(zhuǎn)化為學(xué)生的探究作用力和反作用力F-t圖像的興趣.借助DIS定量呈現(xiàn)難點問題，通過引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，交流討論逐層分析難點.要敢于向?qū)W生放權(quán)，給學(xué)生一個機(jī)會，學(xué)生將還你一個驚喜.

3 巧設(shè)系列化實驗情境——探究非接觸性質(zhì)的作用力和反作用力間的關(guān)系

設(shè)置情境8:用細(xì)線懸掛一根鐵釘，然后用一磁鐵靠近鐵釘，讓同學(xué)們仔細(xì)觀察鐵釘?shù)倪\動情況.

師：鐵釘和磁鐵并沒有相互接觸，鐵釘為什么會偏向磁鐵？

生：鐵釘受到了磁鐵對它的磁力作用.

設(shè)計意圖：通過對鐵釘運動的認(rèn)識幫助學(xué)生理解磁力是一種非接觸力.

設(shè)置情境9：現(xiàn)在用細(xì)線把磁鐵懸掛起來，然后用鐵釘靠近磁鐵，讓同學(xué)們仔細(xì)觀察磁鐵的運動情況.

師：磁鐵為什么會偏向鐵釘？

生：磁鐵受到了鐵釘對它的磁力作用.

師：磁力是一種非接觸力，通過上面的實驗，你可以得到什么結(jié)論？

生：非接觸力間的作用也是相互的.

師：猜想鐵釘和磁鐵間的相互作用力滿足怎樣的定量關(guān)系？

生：等大、反向、共線、異物.

設(shè)計意圖：通過對磁力的進(jìn)一步認(rèn)識幫助學(xué)生理解非接觸力間的作用也是相互的.

設(shè)置情境10：連接好如圖4所示的實驗裝置，將兩個靜力傳感器固定起來并連接到計算機(jī)，兩個細(xì)線豎直.

圖4 用細(xì)線懸掛兩條形磁鐵，探究非接觸性的力也是相互作用的

師：分析F-t圖像的特點，可以得出哪些結(jié)論？

生：和前面的結(jié)論相同.

設(shè)計意圖：非接觸力是力的重要組成部分，通過學(xué)生對這個實驗的分析，幫助學(xué)生理解非接觸性質(zhì)的作用力、反作用力滿足與接觸力相同的規(guī)律.

教學(xué)感悟：課堂教學(xué)離不開學(xué)生的真情實感.情感是知識傳授的“高速公路”.如果將15 g鹽放在你面前，無論如何你都難以下咽，但當(dāng)將15 g鹽放入一碗美味可口的湯中，你在享用佳肴時，將15 g鹽也全部吸收了.巧設(shè)實驗情境是解決教學(xué)難點的靈丹妙藥，根據(jù)需要創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膶嶒炃榫?，通過引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作討論、師生互動任何教學(xué)難點都會迎刃而解.