教学目标：使学生初步建立牛顿第二定律的思维模型

教学过程：

一、 协助学生表达自己原有观念

素材：在黑板上画一个光滑水平面，水平面上有一个物体，并且在水平方向上有两个力F₁和F₂作用下匀速。

指令1：一提到匀速，你会想到什么？

反馈：

学生H说力不变，力越大速度越大，学生Z说，力要刚刚好，物体就会匀速。这让我很好奇，匀速状态下二力平衡是初中生熟悉的知识，可是两个孩子都没有按照二力平衡判断。这里追问了Z物体受到的推力如果在1——10之间变化，哪个是过大？哪个是更小？他表示10是很大，1是很小，但是回答刚刚好时，他犹豫了。

我追问H确认他的意思：如果是一直是1牛，那就是匀速，如果是1N逐渐减小至0，就是减速，如果1N开始一直增加，就是加速。

指令2：你们都说出了自己对于运动的观点，你们能为自己的观念举个例子吗？

反馈：

学生H说，假设我推着一个物体匀速往前运动，如果我增加推力，物体的速度就会增大，而且，跑得越快的车子的牵引力也越大。

学生Z说，假设我推着一个物体匀速向前运动，如果我增加推力，物体就会加速，如果我减少推力，物体就会减速。

【学习者按】

在学科学习之前，学生已经有了朴素的对这个世界的认识，只是处于无意识状态，如果我们不提供机会让学生意识到并表达出来，这些潜藏的观念会一直影响着孩子们，很明显的是这两个重点高中的孩子，在初中成绩也算是优秀，二力平衡的知识必然是掌握了的，但是他们原始的观念到今天这样一个特殊的情景中自然就浮现出来了。

而自然科学其实就是从简单的粗糙的模型，能够解释局部的现象，慢慢获得新的数据，打破原来的模型，建立更具有普适价值的模型，新模型的出现一定是能够解释原有模型面对的现象的。因此，我们的教学第一步，其实就是清理学生原有的属于学生自己的模型，具体操作就是在陌生情景中让学生判断、表达。教师协助学生澄清：事实——数据——两者之间的关联。

二、引入新数据

素材：在教室现场树立一根柱子。

指令3：如果向我这个方向是前方，当你感受到柱子给你的力向前时，你的姿势是怎样的？如果感受到的力是向后的，你的姿势又是如何的？

反馈：

学生Z在感受力向前迟疑了一下，但是当体验模拟后确认了。这个环节比较简单，但是很重要，否则后面会出现麻烦。

【学习者按】

在学生进入学科学习时，原有经验既是学生学习的资源，但是也会有很多的错觉，因为学术表达与生活表达的表达范式不一样，比如，我们要感受到柱子给我们的力向前，其实我们自己的身体是向后的，当我们感受到柱子给我们的力向后，其实我们的身体是向前倾的，在生活中，我们两者的表达会混淆。

指令4：现在请大家站起来，我们都在公交车上，我们都站在柱子边上，手握着柱子，我们一起模拟体验下我们坐公交车的过程：现在车子没动，我们自己什么感受？车子开始启动了，加速了——到了30km/h——现在车子匀速——前方进入大路，车子又加速了——到了60km/h——现在车子匀速——前方出现红灯，车子开始刹车。

反馈：

这个环节，学生模拟基本没有问题，学生也用惯性对这个现象进行了解释，我表示肯定之后，提醒学生把注意力集中到对力的感受上来。这个对力的感受经过指令3环节的铺垫，非常顺利。

指令5：刚才同学们的司机开车猛还是不猛？现在请同学们换个司机将刚才坐公交车的过程再重新感受一遍，把每一个感觉吃准了。（将来的补充设计：然后再想象自己在车子外面看着自己重新乘一遍，注意找到从外面看你每一段的运动是什么样子的。）

反馈：

这里很有趣的是一开始体验，学生都是选择猛的司机，所以这次完整感受是不猛的司机，两个同学都能意识到猛和不猛可以用加速度大小来衡量。之所以增加一个补充要感谢吴宝森老师的疑问：学生对于力的感受没有问题，但是对于运动的感受这节课没有提供支撑，事实上，学生对于加速和速度大之间的感受是一致的，当我们让学生用手指模拟加速过程时，学生模拟出来的都是速度很快的过程。

【学习者按】

物理学科是高中学生公认的困难学科，其中一个原因就是物理既需要学习者有身临其境感受的能力（结合能力），同时又要具备跳出出情景应用模型进行理性分析的能力（抽离能力）。缺乏结合能力，学生往往只学到一堆公式和规则，精彩的物理世界大门对学生而言是关闭的，学生即便可以考高分，但是物理观念并没有因为知识的学习得到提高；缺乏抽离能力，学生往往就是靠自然反应，比如多做题，凭着直觉和经验进行判断，而阻断了通过学习从自然脑向学院脑进化的路径。

比如这个补充的对于运动的再观察，学生就要将自己从刚才有深刻体验的场景中抽离出来，但是对于运动的感受又需要结合进入，这个地方目前我也觉得很有挑战。这个设计补充在这里只是提醒自己下次要注意，希望有兴趣的朋友一起参与这个设计。

素材：在黑板上建立一个表格

指令6：请同学们回忆刚才的过程，将相关数据整理出来填入表格（我示范左边第一栏）

反馈：

这个环节比较顺利。

三、协助学生搭建新模型。

指令7：结合刚才的过程，看着黑板上整理出的数据，我们今天是探讨力和运动的关系，运动涉及到：速度、速度变化、加速度。请大家自己分别判断下力和速度、力和速度变化、力和加速度有没有关系？有的话是什么关系？每个判断用一句话写在纸上。

反馈：

学生H写下的是：1力和速度没有关；2力和速度变化有关系，3力越大速度变化越大；力和加速度有关系，力越大加速度越大。

这个记录，我发现我的指令出现了问题，在我脑海里所谓力和速度变化的关系，就是力和速度方向一致，就是加速，方向不一致，就是减速。而学生H脑海里速度变化是一个物理量，所以他凭自己的经验就做了个判断。我提醒他注意时间，他意识到了自己将速度变化和加速度混一起了。

学生Z写下的是：1力和速度有关系；2力和速度变化有关系，力越大速度越大；3力和加速度有关系，力的方向和加速度方向一致，力越大加速度越大。

这里追问了Z关于第1条的意思，Z说，当匀速时没有力，当力和速度方向一样时，加速，当力和速度反向时，减速。第二条和H一样。说明Z脑海里的牛顿第二定律初步经验是正确的。

两个学生在建立力和运动关系的过程中，都不由自主的关注了自己原来的判断，嘴巴恍然大悟般发出“哦”的声音，紧接着好像又哪里不对劲，然后又想说什么发出“哦”的声音，不时抬头低头，或者用手模拟自己想到的场景，这让我非常的开心。这是真的发生了学习，那种痒痒感觉到了，挠又挠不着的感受，是学习中最美妙的体验之一。

之后，我把牛顿第二定律的三角形摆出来，让他们判断哪部分重要，他们自己说力和速度变化之间的关系更重要。

【学习者按】

自然科学的学习，学习前人的规律重要，如果在学习前人的规律的时候，训练学生这种建立模型的能力，是摆在科学老师面前的难题，这节课，我努力通过学生参与新体验，获得新数据，然后给出一些格式和关键词，协助孩子们能够将自己的经验表达出来，最后后学生自己搭建自己的模型。这个过程，训练的过程比结果更重要。

素材：1光滑水平面物体受到向右的拉力；2光滑水平面物体有初速度，没有力；3粗糙水平面物体有初速度；4粗糙水平面有速度，且受到拉力。这些素材依次呈现。

指令8：看到这样的情景，你会想到什么？同时看看能不能和刚才公交车的感觉对应上。

反馈：

这次两个学生都能准确的做出判断，特别是第4个他们能够意识到只有知道拉力和摩擦力的大小关系，才能知道物体是加速减速还是匀速。这个判断将抽象的一个力让孩子们意识到了是合力。

【学习者按】

这一步是初步强化孩子刚刚形成的模型，所以情景特征和公交车差不多。

四、新模型的初步应用：

指令9：回头看看一开始自己的判断和例子，看看能不能用新理论去解释。

反馈：

俩孩子都注意到了原来自己没有考虑摩擦力，把摩擦力考虑进来后，就可以解释清楚了。

力越大，速度越大，我做了讲解和澄清。

这里最有意思的是，当我指出初中已经学习过匀速状况下二力平衡，可是在刚才的讨论中他们都没有意识到，俩孩子都笑了，这个笑，非常的有味道。

素材：弹簧秤下面挂一个物体

指令10：请判断下以下几种情形中，重力和弹力的大小关系：匀速上升、匀速下降、加速上升、加速下降、减速上升、减速下降。

反馈：

大多数没问题，但是在减速上升和减速下降出现困扰，对于减速上升，他们认为不管如何物体上升总要力向上，下降力总要向下。

于是我通过向上抛出一个物体，试图让他们接受，但是他们虽然知道了自己错了，但是明显不舒服。此时，我从天体运动、血液循环、分子运动等角度协助他们意识到运动是绝对的、静止是相对的观念，然后指出：物理学只解释物体为什么会加速、减速、匀速、拐弯，不解释物体为什么会动。然后再回头梳理这个例子，他们相对就感觉好多了。之后进行实验。最后探讨了人从高楼落下为什么会摔死，把运动分为两个阶段：加速下落，这个阶段不会死，落地减速，这个阶段正是支持力远大于重力，这个支持力把人给压死的。

最后，让他们解释有人跳楼自杀时在下面放气垫的原因，他们都解释是因为减速的时间长了，加速度小了，所以力小了。

【学习者按】

学生在建立新观念的过程中，会出现很多原有负面经验不自觉的干扰，此时，直面学生的困惑，提供典型的素材和案例撑起新观念有重要的价值。

指令11：请同学们回忆自己坐升降式电梯的经历，自己划分运动阶段，自己寻找这个阶段中你自己的重力和支持力的大小关系。

反馈：

在划分过程时，H出现了麻烦，他无法感知到电梯减速的过程。现场通过交流解决了浅层次的理解，但是这说明了吴宝森老师指出的运动感受没有足够支撑，才会出现这样的问题。

当过程划分出来，力的判断没有问题。

指令12：同学们看我手上的黑板檫，我松手（没有真松），你会看到什么？想到什么？

反馈：

他们俩都在脑海里看到了黑板檫下落，都知道是加速。也随机的蹦出了力、重力加速度g之类。但是，很明显，新的牛顿模型他们并没有应用进来。于是我追问：考虑到今天的学习，你们还能说什么？

这个时候，他们能够尝试去解释一下力和加速的关系了。

之后，我呈现了物理学科思考问题模式：现象——用模型解释现象——用模型预测现象。

并且示范分析。然后让他们重复一遍，最后他们要求换个新情景练一个。于是呈现了车子上挂着的小球往后偏。这个时候，他们可以有意识的分析和解释了。有意识的用模型进行分析和解释也是下次课的重点。

五、课堂检测和布置作业

指令13：回忆今天这节课，数一数脑海里有多少个画面？

反馈：

H是8个，Z是12个，两个孩子画面内容都包括了坐公交车、电梯、弹簧秤、自己举的例子、跳楼、黑板檫、车上的小球等等。

【学习者按】

我们的观念都是由具体的经验支撑的，这样的检测就是检测孩子们学习效果的，通过这些经验，我们可以判断孩子这节课是否基本达到我们的教学目的。

指令14：回家的作业1、把今天课堂上的例子用牛顿第二定律的三角形进行整理写下来；2、每天一个简单的运动例子，按照刚才的标准进行分析。下周上课之前检查。

【学习者按】

脱离现场教学之后的练习对于学生意义非凡，但是值得注意的是，练习不是做题目那么简单，我们追求学生需要什么能力训练，就布置指向这个环节的练习，比如这个作业，有意识应用模型是训练核心，那么布置的练习就专门训练模型分析。

本节课，相比较原来的设计，有了几个突破：一是针对原有设计坐公交车找找力和运动感受之前，做了一个专门针对力的感受训练，为后面学生判断力扫清了障碍，遗憾之处是专门针对运动的感受支撑没有进入意识范畴。导致后面学生划分运动过程出现麻烦。二是在课堂上真正实现了学生自己搭建自己的分析模型，这节课为物理规律的教学在自己实践层面，打通了一个关键的节点。三是淡化了对一路会到低的追求，整个过程，一直在提供机会让学生意识到，并协助学生尽可能的把自己的经验表达出来，这才是真正的物理思维的训练。

附：易谷点评：

易谷
有2个重要的环节，1.朴素的认识：力越大，越快；牛二模型：力越大，加速度越大，需要将牛二模型“普适”掉朴素的认识（而不是简单推翻）；2.牛二是物理模型，物理建模需要从元素和规则出发，识别元素和锚定规则。
供参考】

宏哥
所谓普适掉：用牛顿第二定律依然解释了原来的力越大，物体越快。这一点在现场是做了的。不知道这算不算普适掉

第二点：从元素和规则出发，我的设计是元素就是力、速度、加速度，学生自己组织数据，建立规则。


我可能有意无意回避了加速度，但是我现在的认识是不影响牛顿第二定律本身的认识。

我目前的认识和你说的这两条之间差异在哪里？如果修订这个教学，可以如何修订？或者我关于教学的模型哪里需要修订？

易谷
第一个问题，算；第二个问题，元素都是你给的，学生没有参与“识别”