基于問題探究式教學(xué)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(xué)為例

耿宜宏 王志剛

（1.江蘇省前黃高級中學(xué)，江蘇 常州 213161；2.江蘇省華羅庚中學(xué)，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(xué)在物理課堂中的應(yīng)用.這節(jié)課是在學(xué)習(xí)牛頓第一、二定律和初中已有的物體間的相互作用力基礎(chǔ)上，通過實驗探究進(jìn)一步討論相互作用力的關(guān)系，從而總結(jié)出牛頓第三運(yùn)動定律.教學(xué)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(qū)別和聯(lián)系.教學(xué)以時尚的水上運(yùn)動視頻為背景，由5組探究問題貫穿教學(xué)全過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動圍繞這5組問題展開，在質(zhì)疑、釋疑的過程中達(dá)到了較為理想的教學(xué)效果.

1 設(shè)計思想

本節(jié)課以學(xué)生為主體，運(yùn)用“問題探究”模式進(jìn)行教學(xué).在課堂上鼓勵學(xué)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(dǎo)下進(jìn)行高效率學(xué)習(xí)，以充分體現(xiàn)探究的過程和實現(xiàn)對學(xué)生探究能力培養(yǎng)的過程.為此筆者從兩方面進(jìn)行了嘗試.

1.1 變演示實驗為實驗設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

課堂演示實驗一般以教師為主體，學(xué)生僅僅是旁觀者，沒有直接參與，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng).教材上“兩彈簧對拉”為課堂演示實驗，筆者在教學(xué)中將其改為探究性實驗，讓學(xué)生在課上設(shè)計利用所提供各種器材設(shè)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(shè)計，讓學(xué)生充分地動腦、動手、動口，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的激發(fā).

1.2 設(shè)計分組實驗，讓學(xué)生在親身體驗中探究問題

從學(xué)生的生活實際出發(fā)，感受和體驗相互作用力在生活實際中的應(yīng)用.我們在課上設(shè)計了4組實驗，充分體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念.

2 教學(xué)過程

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，讓探究猜想“有所依”

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

生：力的作用是相互的.

師：有關(guān)力的相互作用的游戲很多，男學(xué)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(jìn)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(nèi)扳手腕、擊掌、拔河.

生：真奇妙，兩位科學(xué)家的狀態(tài)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(xué)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(guān)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(yùn)動

2.2 問題引導(dǎo)，保障方案設(shè)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(chǔ)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(shù)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(diào)零，水平對拉，沿桿施加拉力，注意量程.

生：（每組發(fā)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??；（3）在運(yùn)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(fā)言，組1，組2交流實驗結(jié)果如表1所示，其他組的結(jié)論基本上與這兩組結(jié)論接近.

表1 兩組實驗現(xiàn)象交流

師：（演示實驗）用力傳感器探究運(yùn)動中作用力與反作用力的關(guān)系.

2.3 歸納總結(jié)，讓實驗探究“有所獲”

師：接下來請同學(xué)們利用提供的器材（如圖2所示），對作用力與反作用力的關(guān)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(chǎn)生？（2）作用力與反作用力的性質(zhì)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(jié)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(jī)拍攝一些活動細(xì)節(jié)）

師：展示拍攝的學(xué)生活動片段，請各個小組推選代表對活動進(jìn)行解說.

圖2

生：小組代表發(fā)言，交流總結(jié)實驗結(jié)果如表2所示.

表2 分組實驗總結(jié)

2.4 當(dāng)堂訓(xùn)練，讓探究教學(xué)“有所評”

師：旅游觀光時，環(huán)保馬車是很受歡迎的代步工具.若車是勻速運(yùn)動的，自然有馬拉車的力等于車?yán)R的力.問題是，在啟動時段，馬拉車的力與車?yán)R的力誰大呢？

生：（猜想）馬拉車的力大于車?yán)R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(guān)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(jìn)行受力分析，在水平方向馬受到車?yán)R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(guān)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(xiàn)）

生：在練習(xí)單（事先印發(fā)給學(xué)生）上作圖并回答問題.

圖4

2.5 課堂回看，讓探究結(jié)果“有所感”

師：有了這樣的認(rèn)識后，我們再來看課前的視頻截圖，其中蘊(yùn)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(xué)呢？就有人這樣探索過，大家請看這位武漢農(nóng)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(jīng)實現(xiàn)了離地.既然現(xiàn)在能離地了，以后就一定能升空.為此，有科學(xué)家已經(jīng)在構(gòu)思設(shè)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(xiàn)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(jīng)成功發(fā)射并回收了（播放火箭發(fā)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(xiàn)而不斷努力.

3 教學(xué)反思

新課程標(biāo)準(zhǔn)以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，大力倡導(dǎo)科學(xué)探究.探究是學(xué)生了解和認(rèn)識這個世界的重要途徑，探究有利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，有利于促使學(xué)生們學(xué)會合作，學(xué)會交流，學(xué)會傾聽，學(xué)會批判，學(xué)會反思，從而為民主品格的形成打下堅實的基礎(chǔ).筆者認(rèn)為，反思本節(jié)課的設(shè)計可以從以下幾個方面展開.

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)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(xiàn)出意義與價值.孔子曰：“不憤不啟，不悱不發(fā)，舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也.”孔子的這段話道出了啟發(fā)的要旨，更是強(qiáng)調(diào)啟發(fā)前進(jìn)入學(xué)習(xí)情境的重要性.本節(jié)課教師首先播放一段驚險刺激、時尚前衛(wèi)的水上運(yùn)動的視頻，學(xué)生驚嘆之時，好奇心頓時迸發(fā)，對這項運(yùn)動內(nèi)在本質(zhì)的探究就成了學(xué)生最直接最迫切的需要.這樣的新課引入直接自然，進(jìn)入到下一個教學(xué)環(huán)節(jié)便順理成章了.

3.2 巧設(shè)問題，引導(dǎo)探究方向

課堂教學(xué)的時間是有限的，如果不加指引，讓學(xué)生探究活動信馬由韁，不僅探究目標(biāo)難以達(dá)成，而且對學(xué)生探究能力的培養(yǎng)也不利.兼顧開放性與指導(dǎo)性的問題設(shè)計，是學(xué)生主體性和教師主導(dǎo)性綜合發(fā)力的有效載體，也是課堂探究效益得以實現(xiàn)的保障.本節(jié)課中教師設(shè)計的探究活動較多，每個探究環(huán)節(jié)都以若干個問題為指引，將探究任務(wù)和目的具體化，適時地提醒學(xué)生在探究活動中要注意的事項，規(guī)避了探究的盲目性.例如，在進(jìn)行作用力和反作用力之間關(guān)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(xì)化到你們做了怎樣的實驗？實驗中觀察到了什么現(xiàn)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(chǎn)生理想的教學(xué)效果.

3.3 精選實驗，注重探究過程

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)活動不是由教師向?qū)W生傳遞知識，而是學(xué)生根據(jù)外在信息，通過自己擁有的背景知識，建構(gòu)自己知識的過程.因此，教師不是知識的傳送帶，而是教學(xué)環(huán)境的設(shè)計者、學(xué)生學(xué)習(xí)活動的組織者和指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的合作者和促進(jìn)者.［1］這堂課執(zhí)教教師對于作用力和反作用力的關(guān)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(xì)線、重錘、盛水的燒杯、臺秤；第4組是兩只氣球.讓學(xué)生自主探究作用力與反作用力之間的關(guān)系.能做易懂的小實驗便于學(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)習(xí)是新課程倡導(dǎo)的重要學(xué)習(xí)方式之一，小組合作更是教師在探究式教學(xué)過程中經(jīng)常采用的一種重要組織形式和教學(xué)策略.本節(jié)課教師安排了學(xué)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(xué)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(jìn)的問題，學(xué)生討論的結(jié)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(jié)點上，教師放慢節(jié)奏，設(shè)計了DIS實驗讓學(xué)生真切地看到了兩力的大小關(guān)系，然后引導(dǎo)學(xué)生分組討論，很好地突破了這個教學(xué)的難點.

3.5 導(dǎo)而有法，促進(jìn)深入探究

建構(gòu)主義認(rèn)為，教師要從前臺退到幕后，要從“演員”變成“導(dǎo)演”.而杰出的“導(dǎo)演”總是能在“演員”最需要的時刻，提供適度的支持.本節(jié)課，教師以“引”的方式助學(xué)生“上路”：水上運(yùn)動的視頻、太空游戲的視頻將學(xué)生引入了探究的“場域”中；以“扶”的方式助學(xué)生“學(xué)走路”：用彈簧測力計研究一對相互作用力之間的關(guān)系時，用手拉秤鉤，問學(xué)生彈簧測力計的示數(shù)是誰對誰的拉力大小，給學(xué)生分組探究以有力支撐；再以“放”的方式讓學(xué)生自己“奔跑”：學(xué)生兩人一組用兩只彈簧測力計互拉，改變示數(shù)，調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)，進(jìn)而交流實驗結(jié)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(xué)生的學(xué)術(shù)顧問.學(xué)生始終處在思維的最前沿，良好的心境與愉悅的學(xué)習(xí)情緒，使探究活動“向青草更青處漫溯”.

3.6 合理評價，強(qiáng)化探究活力

課堂教學(xué)評價對學(xué)生的活動有導(dǎo)向、診斷、激勵、改進(jìn)和交流協(xié)調(diào)等功能.要將這些功能發(fā)揮出來，需要合理的評價.傳統(tǒng)的課堂是評價一元化的課堂，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，對自己、對學(xué)習(xí)同伴幾乎沒有評價權(quán).建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)，在教學(xué)過程中，師生之間是一種平等、互動的關(guān)系，在評價這個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)也是如此.縱覽本節(jié)課，教師鼓勵學(xué)生自評、引導(dǎo)學(xué)生互評、結(jié)合總結(jié)性師評，打出了有效的“組合拳”.由于學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性被充分調(diào)動起來了，探究或?qū)W習(xí)就得到了深入發(fā)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(fā)性、鼓勵性的語言以及肢體語言的巧妙運(yùn)用，強(qiáng)化了探究的活力，從中也實現(xiàn)了評價的價值.

3.7 學(xué)以致用，升華探究結(jié)果

學(xué)生在經(jīng)歷了充分的身心體驗之后，究竟發(fā)生了怎樣的認(rèn)知變化，由于新舊經(jīng)驗的沖突而引發(fā)的觀念轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)重組有沒有達(dá)到相應(yīng)知識的合理建構(gòu)，需要診斷.在應(yīng)用中學(xué)習(xí)和在應(yīng)用中診斷所學(xué)也是探究式教學(xué)的特點之一，本節(jié)課教師設(shè)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(yùn)動的分析和未來飛行器的構(gòu)思），在學(xué)以致用中促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)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(xué)精神與人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生們不由自主地被愛國情懷所感染，最終使探究學(xué)習(xí)的結(jié)果得到了升華.

1 顧明遠(yuǎn)，孟繁華.國際教育新理念［M］.海口：海南出版社，2006：236－240.

2 卞志榮，卞秋華.課要上得精彩 更應(yīng)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(xué)的GPS［J］.物理教師，2013（12）：16－19.