例谈《牛顿第一定律》实验探究法教学

摘 要：物理學科教学的重点是实验探究，而开展实验的前提，是紧扣实验教学内容、以学生为主体，进而通过小组合作来提高实验探究的有效性，培养学生的实践能力，提高学科素养。本文以高中物理“牛顿第一定律”课堂教学为例，探讨了实验探究在课堂教学中的应用。

关键词：高中物理;课堂教学;实验探究;牛顿第一定律

实验是学习物理的重要手段，同时也是解决实际问题的主要方法。而互动性、开放性和多元化是当前高中物理实验课教学的重要方向，也是在强化以学生为主体的课改精神下，对传统物理实验教学的优化与调整。在学习方法层面，伴随着小组合作的组织与开展，契合了物理实验的课程要求，同时也迎合了新课改精神与教学模式创新性改革的内在需求。具体来说，高中物理实验课的主要特点是教学过程直观、明了、生动，便于加深学生对有关学习内容的理解，加强学生对相关知识的记忆，以及能充分地调动学生的积极性，使学生主动地参与到学习过程中来。为此，在不断加强实验课趣味性的基础上，教师还需着重突出实验课的工具性和探究性，提高物理课堂的教学质量。本文以“牛顿第一定律”课堂教学为例，探讨了实验探究的实践应用。

一、 实验探究学习的基本原则

在高中物理实验课上，受限于学生的个体学习能力和认知水平，以及课堂实验的共通性和针对性，教师必须要掌控好学生实验探究的过程，以提高课堂教学的有效性。具体来说，实验探究学习主要原则体现在三个方面。

其一是紧扣教学内容。在实验设计的方案中，突出学生的主体地位及其作用，引导学生在小组合作学习过程中参与实验方案的设计，能够帮助学生加深对知识的理解，通过实践与理论的整合，充分运用所学的知识，借此掌握物理的思想方法，从而提高学习的有效性。其二是以学生为主体。实验的组织开展是小组合作学习中的重点环节，也是实验课的重要步骤。在实验探究中，教师可将自己的角色定位为小组合作学习的促进者和疑惑的解答者，而各小组成员则依照自己的任务分工，逐步地开展实验操作，并在实验中针对问题展开小组讨论，确保整个实验过程都处于合作学习的状态之下，完成实验的自主探究和问题的自主解决，最后获得实验结果。其三是改变学生的意识形态，引导学生将实验在潜意识里认定为“自己学习的任务”，而不是“教师布置的任务”，进而进行自评。在实验课中实施小组合作学习，需要学生借助小组这一平台，将实验的整个流程纳入合作学习的范畴，在设计实验方案、自主开展实验的基础上，进一步自主设计实验的评价方法。而教师的任务则由“对学生实验的评价”转化为“对学生试验评价的评价”，将师生关系由“一名教师面对数十名学生”转变为“一名教师面对数个小组”，从而实现教学关系的最优化，为打造高效课堂奠定基础。

二、 实验探究学习

积极的思维活动是课堂教学成功的关键，而富有启发性的课堂导入可以激发学生的思维兴趣，所以教师上课伊始就应当注意通过不同的导入方式来调动学生的思维，以引起学生对新知识的热烈探求。一堂课导入的成与败直接影响着整堂课的效果，而导入方法的选择与授课内容存在着直接联系。因此，在新授课环节的导入方法是多样化的，仅就牛顿第一定律为例，引导学生开展实验探究的关键在于实验的“浅”尝试。

在课堂开始，笔者在让学生提前预习和准备实验材料的基础上，通过紧抓主题，精心设计，来助力高中生开展课堂探究，运用实验突破重难点知识，提高学习的有效性。首先导入问题：我们之前学习了怎样描述物体的运动，但并没学习物体为何会做运动，那么，我们如何证实力与运动的关系？

导入课件：在骑自行车时，链条传动与刹车过程中力与运动的对应项。

设问：为什么用力蹬则自行车的速度快，慢慢蹬则自行车的速度慢？什么是影响速度的关键因素？

学生通过小组合作实验探究：影响自行车速度的主要因素包括车轮与地面的摩擦力、匀变速直线运动的位移与速度的关系等等。

设问：自行车的运动是靠力来维持的吗？

学生分析问题：不用力蹬自行车不会移动，因此，运动是靠力来维持的。

设问：同学们可以用实验来验证运动与力的另一种关系，即运动不需要力来维持。

导入实验：做一个风车，将纸叠成轮状风车，套在铅笔上，轻轻拨动，纸风车开始转动;用手阻挡，纸风车保持静止。

设问：这一实验说明了什么？

学生合作探究：外力影响物体的运动。

导入课件：亚里士多德的物理观点。

如此，通过在课堂开始阶段导入课件，创设出了良好的学习环境;在此基础上，通过不断地提出问题，让学生的学习思路始终立足在正确的方向，进而通过实验的“浅”尝试，形成了“运动不需要力来维持”这一结论，最后运用亚里士多德的物理观点总结，以消除他们的错误思路，为进一步探究打下基础。

在授课过程中，教学的核心是引导学生运用实验突破重难点知识。如在上一环节的实验基础上，笔者再次追问：我们已知道了运动不需要力来维持，那么，外力是影响物体运动的唯一动力吗？

导入课件，如下图所示。

设问：试想，在甲、乙、丙三个斜面中，小球分别会出现哪些运动状态？

根据图片导入实验：找一个斜面（用书或课本倾斜），分别将它们折叠成图中的形状，将铅笔置于斜面顶端，让它自然滚落下来，观察三次实验的结果。

设问：通过实验可知，哪一个斜面会使小球无线运动？

学生分析问题：丙的斜面会让球保持无线运动。

设问：那么，为什么甲、乙不能使球保持无线运动？

学生合作探究：在甲、乙两个斜面中，小球在运动中分别会受到另一斜面的反作用力，影响了小球的滚动。

设问：外力是影响物体运动的唯一动力吗？

学生合作探究：铅笔与物体斜面的摩擦，影响物体的运动速度和轨迹。

导入课件：伽利略的理想斜面实验。

设问：外力和摩擦力是影响物体运动的重点因素，除此之外，还包括哪些？

在问题情境下，让学生再次实验：将玻璃球放在教室的地上，观察它的运动轨迹。

设问：除外力和摩擦力之外，还有哪些因素影响物体的运动速度和轨迹？

学生合作探究：速度的矢量性。

导入课件：笛卡尔的物理实验。

设问：那么，通过之前的实验探究，同学们能否归纳出牛顿第一定律的基本概念？

学生合作探究：物体始终在匀速直线运动或静止中，外力是迫使它改变这种状态的唯一手段。

再次导入课件：如图所示。

根据上图进行演示实验：用小木棒、圆环和绳子组成上图形状，让学生们尝试于D点扯动绳子，感知力量大小与绳子的不同变化。

实验1：用力扯动D点，观察哪一段绳子会先断掉。实验2：轻轻扯动D点，观察哪一段绳子会先断掉。

通过实验，师生共同概括总结：其一，牛顿第一定律广泛存在于生活中，反映在各种状态下力与运动的相互联系层面;其二，上述实验中都出现了一个隐含条件，即惯性，因此，牛顿第一定律也可概括为惯性定律。

综上，笔者在本课中引导学生们采用了“分析问题→合作探究→实验验证→归纳总结”的学习方法。其中，首先以问题为导引，激发学生的探究欲望;其次以实验为解答问题的主要手段，让学生进行实验验证;再次用课件点明“牛顿第一定律”的发展演变过程;最后通过概括，对牛顿第一定律形成客观认识。如此，则充分发挥了学生的主体作用，并有效提高了课堂教学质量。

作者简介：

孟鹤翔，江苏省常熟市，江苏省常熟市王淦昌中学。