以牛顿第三定律为例探究高中物理课程培养学生核心素养的策略

叶 新

(江苏省常熟市梅李高级中学 215511)

牛顿第三定律作为高中物理核心教学内容之一，不仅是促成学生相互作用观形成的重要基础，更与培养学生科学的思维及探究等能力的重要载体.可见，学习牛顿第三定律对学生物理学科核心素养的培养有着不可或缺的积极作用.如今，随着我国教育事业的不断发展，越来越多的教学方法也被广泛运用到了各学科教学，经大量的教学实践表明，这些教学方法均有其独到之处.对此，教师亦当积极运用这些教学方法，一方面响应我国基础教育改革的号召，另一方面则是要致力于学生物理核心素养的发展，为学生今后的学习及生活打下牢固基础.

1 巧设物理课堂教学问题，引导探究方向

鉴于课堂教学时间并非无穷无尽，故教师若不注重教学中的指引而仍由学生信马由缰式的进行探索，势必难以达成探究目的，且也无法培养学生的探究能力.对此，若教师能设计出兼顾开放性与指导性的问题，则势必能让学生的主体性及教师的指导性均得以充分、有效的发挥.更重要的是，高中物理各章节本就涉及众多探究活动，而探索活动的开展效果又将决定课堂教学效益能否实现.对此，若每一个探究环节均能基于若干问题的指引，以此使得探究任务及目的均能得以具体化，则能为学生明确探究过程需注意的事项，由此将避免陷入盲目性探究.

如针对“作用力与反作用力关系”的具体探究，教师便可提出如下三个问题来指引学生，如“你们在探究过程中开展过哪些实验？”、“在实验中观察到了怎样的现象？”、“实验解决了哪些问题？倘若器材充分，你们还想进行哪些实验呢？”基于上述问题的提出，将为学生的探究过程指明方向，继而在避免了探索的盲目性同时也确保了理想的教学成效.

如图1所示，创设之情境为三夹板上铺放几根玻璃管以及一辆自重较大的玩具小车，将玩具小车启动后，玩具小车会向前运动.且将三角板向后运动时，其移动的距离要大于玩具小车.

图1

问题一：该过程包含了怎样的物理现象，这些现象又分别是何原因所导致？

学生经过讨论认为小车是受到了三夹板的向前摩擦力，故会出现向前运动的现象；而当三夹板向后运动时，小车也会同时产生向后的摩擦力，故放置在三夹板之下的玻璃管，最主要的作用亦是为了增加小车与三夹板之间的摩擦力.

同样针对上述实验过程，部分学生还可能会提出这样的问题.如是何原因导致小车的运动速度不一样？基于学生思路，教师亦可顺势提到“在小车与三夹板处于运动状态后，三夹板的运动速度要明显快于小车，而导致速度差异的原因是两者收到的摩擦力不相等吗？”

对于上述提到的现象，不少学生表现得较为吃惊.原因便在于此前接触过牛顿第二定律的相关内容，但在实践中的运用尚需经历较长的过程方能完全理解.故针对物体间力大小相等这一概念引起的质疑亦将激起他们的探索兴趣.至此，教师亦可顺势提出引导性的问题，如“物体在相互作用时，其力大小是否相等？”

反思：在《普通高中物理课程标准》中，就科学探究的四个基本环节予以了明确，分别是问题、论证、解释及交流.由此可见，探究的起点当是提出问题，且相较于问题解答，能提出问题显得更为重要.原因便在于，学生能提出问题，说明其在学习中发挥了自主权，且在求知欲的驱使下，学生也更能融入到科学探究中.当然，该如何唤醒学生的问题意识，不仅需要教师就学生当前的知识水平及能力来创设适宜的教学情景，同时亦需找准学生兴趣所在，避免打击学生的学习积极性.

2 结合实际生活创设物理实验，优化课堂教学内容

物理本是一门源于生活的学科，诸多的物理知识也均是自生活实践及应用中提炼而来，故在生活的各个角落也均能窥见物理知识的身影.对此，针对学生物理核心素养的培养，不仅要让学生认清物理科学的本质，具体教学过程还需基于物理课堂与实验的介质，将教学与学生的日常生活紧密联系到一起，以此方有助于提高学生学习积极性与有效性，并为学生之后的学习及生活打下牢固基础.

如针对“牛顿第三定律”中“力的作用”教学，教师便可提出如下生活化实例，如人们常说的“以卵击石”，意思便是利用鸡蛋攻击石头，鸡蛋破裂但石头仍完好无损.深入探究此现象是否能将此过程理解为鸡蛋与石头的作用力对比，石头的作用力大于鸡蛋？

对高中物理学科教学而言，实验还是发展学生动手实践、分析、观察等一众核心素养及能力的重要载体.因此，教师亦需注重实验与教学的有机结合.换言之，即教师需有意识地利用实验教学来增进学生对高中物理知识的理解与掌握，以此在端正学生的学习态度同时建立物理学习信心.如针对“运动描述”的基础知识教学，教师便可借由打点计数器工具来引导学生开展相关实验，而实验过程不仅可检验学生的知识掌握程度，且能深化学生对相关概念的认知并加深他们的学习记忆，这对学生科学意识及思维的建立均有莫大助益.

3 创新物理教学方法，锻炼学生科学研究能力

物理学科本对实际操作尤为看重，而实验又是物理教学不可或缺的重要基础.对此，若教师可借助物理实验的开展来促使学生了解并掌握物理学科的知识及诸多概念，势必能进一步强化学生的物理探究能力并促进学生科学探究能力的有效发展.至于实验教学的具体过程，首先，教师需打破传统仅有教师示范，而学生仅能被动观察的局面，将实验教学的主动权交于学生.而为让学生少走弯路，教师可在学生实验前首先讲述实验所包含的物理理论知识及实验过程应当重点关注的事项，而后提出与之相关的问题，一来为学生留下想象空间，二来则为学生进行实验假设提供方向.基于教师的指引，学生将明确自身实验的方向；其次则是要引导学生对此前的猜想加以验证；最后再指导学生自主整理并归纳实验结论.通过学生自主的实验及反思，将能让学生认清自身的不足并促进学生科学探究能力的提升.

4 师生合作探究，提高学科探究能力

探究作为人类了解自然科学最主要的方法，亦是培养学生问题意识最有效的途径.当然，基于任何结论均需辅以有力的证据方能得到广泛认可，故在提出问题后，便需设计相关实验来加以佐证.如针对牛顿对物体间相互作用的研究，其所设计的实验便是围绕了物体碰撞的问题.而笛卡尔作为较早研究碰撞问题的科学家，他的诸多做法及思想也深深影响了牛顿，也正是基于笛卡尔的研究，方为牛顿提供了诸多极具价值的研究思路.当然，两者研究亦有明显的差异，牛顿的研究主要围绕物体间的相互作用力，而非为动量及动量守恒.对此，教师在教学牛顿第三定律时，亦当为学生介绍演示实验的设计思路.

演示实验1：如图2所示，在气垫轨道的前端放置两个装有弹簧碰撞圈的滑块，后每隔一段距离放置两个光电门，通过拨动滑块，使其在轨道上相向运动，以此发生碰撞.

图2

问题1：两滑块在碰撞过程中受到的力分别来自于哪个方向？

教师引导：假设滑块于气垫上的运动不存在摩擦力，则两滑块碰撞时受到的力则等同于起各自受到的合力，而根据牛顿第二定律F=ma，故若要求出两滑块在滑动过程中分别收到的撞击力大小，仅需分别测出两滑块质量m以及碰撞瞬间的加速度a即可.其中，针对加速度a的求解，根据运动学设光条宽度为d，则可基于公式v=d/t得出碰撞后各自的速度.

实验原理，在借助加速度计算公式得出两滑块在滑动过程中各自的加速度后，再运用公式F=ma便可计算出两滑块在碰撞后各自将受到的撞击力大小，而后再比较撞击力便能得出最终结论.

表1

由于两滑块在相互碰撞后还将往反方向运动，故此间有关加速度的数学表达式也应为a=(d/t2+d/t1)/T，后因两滑块遮光条宽度d、碰撞时间T以及质量m相等，故次表达式最终可转化为md/T[(t1+t2)/t2t1].

总之，力是物体之间的相互作用，我们把物体间相互作用的这一对力叫做作用力与反作用力，它们之间的关系遵循牛顿第三定律.牛顿第三定律在我们的日常生活和工程技术中的应用非常广泛.学完本节知识后，我们一定要理论联系实际，让物理走进生活，会运用我们学过的这些物理知识科学地解释发生在我们身边的这些物理现象.