应用“非常规物理实验”资源的一节课例
——力的作用是相互的

(江苏省苏州市振华中学，江苏 苏州 215006)

江苏省基础教育课程网站《教学新时空》名师课堂：申洁"力的作用是相互的"点播网址：http://im.jssjys.com。相关教案请在《物理之友》群文件中下载。

1 什么是非常规物理实验

非常规物理实验，一般是指利用学生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人体或人体局部以及儿童玩具等开发的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验.

非常规物理实验的优点在于，学生对生活中经常使用或身边随处可见的材料和物品很熟悉，利用它们呈现物理现象，探究其物理属性或原理，会使学生感到物理学亲近、真实、可靠，容易引起学生的兴趣、好奇心和认知动机.由于非常规物理实验所用材料、物品在生活中容易取得，使学生课后自主体验、亲身实践成为可能，从而能让学生切身体会到物理与生活、技术、社会的密切关系.非常规物理实验的自创性、体验性、简易性、生活化等特点对于实现物理课程标准提出的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维课程目标具有独特的教育价值，是常规实验无法替代的.同时，对于促进物理教师专业水平的提升也有着不可忽视的积极意义.

2 为什么在“力的作用是相互的”一课中采用“非常规物理实验”资源

“力的作用是相互的”是苏科版初中物理教材第八章的第四节，这节课的特点是：(1)表面上看内容单调，总体上是定性要求，不易引起学生的兴趣；(2)这节课的结论是用归纳法获得的，需要学生经历丰富的感性体验作为学习和理解概念及原理的基础；(3)在学习这节课的具体内容之前，多数学生的前概念已形成，即普遍存在对力的概念的模糊认识，顽固地认为力的作用是单向的，即施力者不会成为受力者；(4)“力的作用是相互的”在日常生活和科学技术领域有大量和重要的应用，但原理相对复杂.针对上述特点，笔者选择应用和开发低成本的“非常规物理实验”进行本节课的教学.采用这一策略主要是基于以下几点：

(1)“非常规物理实验”现象新奇、有趣，容易激发学生的兴趣和动机

一般情况下，实验的目的是为了验证结果，或是展示物理现象、或是探寻物理规律，让学习者通过实验掌握相关科学知识.但实验又不能仅限于常规的流程，如果能利用学生身边熟悉的物品来展示现象或体验尝试，新奇的实验现象更加生动有趣，更容易激发学生的兴趣和动机.如通过“长气球尾部喷彩色纸屑”模拟反冲运动，说明“力的作用是相互的”，学生课上的体验性非常深刻，不仅学习兴趣得到了激发，并且有效引导了学生学会对物理现象进行深入细致的观察与思考(如图1).

图1

(2)“非常规物理实验”材料简易、成本低廉，易于学生自己设计制作

如学生利用橡皮筋和小气球做形变实验，可操作性强，合作程度高，实验很容易成功，能直观、清晰的说明“力的作用是相互的”(如图2).这样的过程能让学生在设计制作中充分发挥自己的长处，获得成就感，培养其创新意识和实践能力.同时体现丰富的物理内涵，凸现科学探究的价值，让学生在创设问题情景中，与同伴合作，不断试探，分享经验，共同提高.

图2

(3)“非常规物理实验”对掌握概念、拓展知识有独到的教学功效

根据学生存在的错误前科学概念，教师可以针对性地开发和应用实验过程，不断激发学生的认知冲突，有效地建构科学概念，理解科学原理.如设计“用手指压笔尖”，“直升机模型与纸风车运动”实验，较好的处理了概念构建与认知冲突的关系，拓展提升了学生的认知水平，让学生在“动手做”的过程中有所见识，掌握问题研究的科学方法(如图3).

图3

3 如何有效发挥“非常规物理实验”在本节课教学中的作用

本节课教学设计是以“力的作用是相互的”为主线，分两个阶段开展教学活动：一是在教师指导下自主建构对“力的作用是相互的”概念认识；二是师生共同设计和讨论“力的作用是相互的”原理的应用实例.

(1)建构科学概念中的实验教学设计

在课堂教学的第一阶段，学生活动围绕施力的物体是否同时受到受力物体的作用(或受力的物体是否同时对施力物体作用)的问题进行.在播放视频“拳击”和“足球比赛”的情景后，提出问题，引发学生思考(如图4).

图4

在接下来的探究过程中，教师设计了一系列学生自己易做易体验的非常规实验：

实验1：用手指压笔尖

如果用铅笔的笔尖压向另一手指，笔尖作为施力体对手指作用，学生很容易体验到施力体对受力体的作用，但反过来，笔尖是否受到手指对它的作用，学生就难以体验了.所以在这个实验中，以手指为施力体，让手指压笔尖，问学生：你的手指有什么感觉？说明什么问题？

实验2：甲同学站在一辆滑板小车上推另一辆滑板小车上的乙同学

图5

通常老师选用穿旱冰鞋的学生推墙的实验，墙推学生的现象也是很明显的，但学生可能认为墙推不动，因此才会把人推走.如果选用两学生对推的实验，谁是主动施力者也不明显，所以让甲同学用力推乙同学的背部(如图5)，通过猜想和现象观察，更有利于纠正错误的前概念.

实验3：磁体与铁块相互吸引

通常,学生对两磁铁间的相互作用是没有疑义的，但对铁吸磁铁却有些怀疑.因此，该实验选用铁块和磁铁，并且按下述步骤进行：

如图6所示，在两辆小车上分别固定一磁体和一铁块.先将固定铁块的小车向固定磁体的小车靠近，至一定距离后释放固定有铁块的小车，观察到吸引现象，说明“磁体能吸引铁”.再将固定磁体的小车向固定铁块的小车靠近，至一定距离后释放固定磁体的小车，观察到吸引现象，说明“铁同时也能吸引磁体”.然后将固定铁块的小车与固定磁体的小车相互靠近，至一定距离后同时释放，观察到吸引现象，说明“磁体与铁的吸引作用是同时发生的”.

图6

实验4：同种电荷互相排斥

取吸饮料的干燥吸管两根，用干燥的纸巾在吸管上摩擦，可观察到两吸管排斥，说明斥力作用是相互的.

实验5：体验摩擦力作用的相互性

让学生用右手摩擦左手，或用左手摩擦右手，体验摩擦过程中受的阻碍作用是相互的，同时发生的.

这组实验设计重点在于引导学生克服并消除存在的“主动施力者不会受力”的错误前概念，而且列举了弹力、摩擦力、磁力和静电力的实例，从而使学生通过归纳得出有说服力的结论：“一个物体对另一个物体有力的作用时，另一个物体也同时对这个物体有力的作用，即力的作用是相互的”.

在上述通过感性体验建构概念的基础上，笔者安排了一组学生自主性实验，即让学生自己设计，交流演示并讲解，进一步认识“力的作用是相互的”内涵(如图7).

图7

学生们设计的实验主要有：用一只气球去压另一只气球、用一根橡皮筋去拉另一根橡皮筋、用一只弹簧测力计去拉另一只弹簧测力计.

虽然上面实验的难度不大，但由于学生的可参与度高，不同层次的学生发挥的智慧潜能及各自得到的收获是不同的，在同伴互助与交流的过程中，他们学会彼此间的合作与取长补短，共同提高，课堂的生成性效应是精彩的.

(2)应用科学知识过程中的实验教学设计

在这一阶段的教学中，笔者考虑围绕生活中“力的作用是相互的”应用实例以及现代科技领域的相关应用实例进行教学，穿插随手取材的实验，使学生直观而通俗地了解知识应用的原理.教学安排由浅入深，例如，从游泳、划船，到直升飞机和火箭等.

为使学生更好地感悟知识应用中的创造思想，笔者设计了如图8所示的活动.

①让学生阅读课本中的“奇思妙想”，从解决问题的情景中感受知识的应用.

②在气球反冲的实验中，选择了长气球，并在球内放入一些小纸屑，将打足气的长气球放手，可以明显看到纸屑

图8

随气流向后方喷出，同时，气球向前方飞去.

③由两位学生合作玩“玩具直升机”模型，引导学生观察直升机模型与纸风车的运动情况，了解直升机升空的原理是“力的作用是相互的”性质的应用.

④在小结阶段，展示了往届学生制作的动力小车和动力小船模型，鼓励学生课外动手探究，发挥自己的聪明才智.

这些活动让学生获得了一种身临其境的感受，他们在课后不仅会用心关注类似的物理现象，一些兴趣和积极性高的学生还会自己动手去做，去探究更深层次的知识应用，如制作“水火箭”之类，进而在亲身实践的基础上发现科学的无穷魅力.

总之，这节课采用开发非常规物理实验的资源来组织教学，精心设计了实验的内容与方式，学生参与实验的的积极性很高，教学效果也较理想.

参考文献：

张伟，郭玉英，刘炳昇.“非常规”物理实验概念探讨.物理教师，2006，(8).

刘炳昇.中学理科实验教学指导——初中物理分册.南京：江苏科技出版社，2012.