“牛顿第三定律”教学设计

“牛顿第三定律”教学设计

张艳艳

贵州师范大学物理与电子科学学院    550025

摘 要：以牛顿第三定律为例，探究作用力与反作用力的大小与方向关系，辨析平衡力与相互作用力，并在教学过程中渗透物理课程思政观念，落实物理学科核心素养。

关键词：牛顿第三定律；作用力与反作用力；平衡力；核心素养；教学设计

一、教学内容分析

1.课标分析

《2011版义务教育物理课程标准》指出：“通过常见事例或实验，了解重力、弹力和摩擦力，认识力的作用效果”；而《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》要求：“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题”。显然初高中在“牛顿第三定律”这一知识点上的课标要求有所差别，初中并没有把牛顿第三定律写在课标中，而是通过谈力的作用效果，渗透牛顿第三定律的知识点；高中明确提出牛顿运动定律。初高中认知目标分别为“认识”、“理解”，适应学生的认知发展阶段。

2.教材分析

“牛顿第三定律”一节位于新教材人教版高中物理必修第一册第四章第5节。教科书第一章、第二章主要涉及运动学相关内容，尚未探究运动的原因。第三章开始讲解力的知识，建立运动与相互作用的联系，该章节在高中物理教学中扮演重要角色，学生学习了重力、弹力、摩擦力之后，需要学生运用牛顿第三定律来进行初步受力分析，这有利于培养学生的物理学科核心素养。同时加深了学生对力的物质性和相互性的理解。

3.教学重难点分析

重点：掌握牛顿第三定律，并运用于实际生活中。

难点：明白相互作用力与运动状态之间没有必然联系，辨析平衡力与相互作用力。

4.学情分析

在初中阶段，学生只知道力的作用是相互的，对相互作用力的理解只停留在表面，还未深入学习。在高中阶段，学生需要从力的性质、作用的同时性等方面切入，掌握相互作用力的规律。

二、教学目标分析

1.物理观念：

（1）知道相互作用力的概念，理解力的作用是相互的。

（2）知道牛顿第三定律，并运用于实际生活中。

（3）知道平衡力与相互作用力之间的区别和联系。

2.科学思维：

（1）从生活中的常见例子切入，创设物理学习情境，让学生深入了解相互作用力的概念和规律。

（2）在实验教学过程中渗透物理学科研究现象、总结规律的方法，并让学生学以致用。

3.科学探究：

（1）通过制定实验方案、数据记录表等，培养学生设计实验、操作实验和分析实验数据的能力。

（2）运用牛顿第三定律解决日常生活中的问题，可提高学生将所学知识运用于实际的能力。

4.科学态度与责任：

培养学生运用所学的物理知识分析生活中的物理问题的能力。并在教学中通过素材体现思政元素，培养学生的核心素养，达到立德树人的终极目标。

三、牛顿第三定律课堂教学流程

四、教学过程设计

环节：

（一）新课引入

1、教师活动

教师安排两个轮椅上各坐一位同学，请两位同学面对面，一位同学推另一位同学，可以看到两位同学向相反方向运动。教师追问：两位同学移动的原因是什么？

2、学生活动

学生想到“力的作用是相互的”，并尝试对老师的问题进行解答。

3、目标达成

知道物体间力的作用是相互的。

4、设计意图

设置该活动是为了让学生体会“从生活中走向物理”这一理念。在导入新课时，可以创设物理学习情景，造成学生的认知冲突，这样既能暴露学生的思维误区，又能激发学生学习物理的兴趣。

（二）举例深入

1、教师活动

教师列举生活中关于“力的作用是相互的”的事例：长征二号Ｆ遥十二运载火箭和喷出气体、红旗牌轿车和路面、地球和中国空间站、山东号航空母舰和水之间均有相互作用力。如图1所示。

图1  “力的作用是相互的”事例

2、学生活动

学生通过老师列举的实例，思考“力的作用是相互的”。

3、目标达成

培养学生相互作用观念并渗透物理课程思政理念。

4、设计意图

教师列举固体与固体、液体、气体之间的力，体现“力的作用是相互的”。列举红旗牌轿车等例子，体现思政元素，激发学生的民族自豪感。

（三）演示实验

1、教师活动

教师操控小汽车行驶在桌面上，让学生猜想：小车受什么力而动起来？力的性质是什么？力的方向又是怎样的？

2、学生活动

学生观察小汽车，猜想：摩擦力使小车向前运动。

3、目标达成

让学生逐步形成相互作用的观念，理解相互作用力的大小、方向等关系。

4、设计意图

物理是一门以实验为基础的科学，直观的实验演示可以培养学生观察、思考、分析和表达能力。

（四）小组实验

1、教师活动

教师展示两个弹簧测力计，并要求学生进行三个探究实验：（1）对拉两个弹簧测力计；（2）两个弹簧测力计相连，一端固定，拉另一端；（3）对比匀速拉动和加速拉动的示数。

2、学生活动

进行分组实验，将实验数据记录在表格中。

表1 弹簧测力计示数记录

3、目标达成

培养学生操作实验和分析实验数据的能力。

4、设计意图

通过设置实验探究，调动学生对物理的学习兴趣。

（五）改进实验

1、教师活动

弹簧测力计如果是加速状态，读数不方便，易造成实验误差。为了降低探究作用力和反作用的关系的实验误差，可以用力传感器代替弹簧测力计。教师和一位同学合作，进行演示实验。

图2 力传感器

2、学生活动

对力传感器的数据进行记录，对相互作用力的规律进行梳理。

3、目标达成

对牛顿第三定律的内容进行归纳总结：同值、同向、同变化、异物，与物体的运动状态无关。

4、设计意图

用力传感器替代弹簧测力计，同时用图像把非平衡状态下力的大小关系直观展示出来，让学生学会在新情境中运用已学的知识分析解决问题。

（六）巩固提升

1、教师活动

如图3所示，教师在桌上静止放置一本书，请学生回答：（1）哪些力作用在书上？要求学生画出受力示意图，指出反作用力。（2）一对平衡力和一对作用力与反作用力的异同？请学生完成表2。

图3  “书静止在桌上”

表2相互作用力与平衡力的异同

2、学生活动

学生完成表2。

3、目标达成

知道一对平衡力和一对作用力与反作用力的异同。

4、设计意图

教师选取了生活中的实例，让学生将两者的对比写在表格上，从而使两个概念的异同直观得展示出来。

（七）教学反思

1、新课标下的教材编写紧扣课标要求，但“科学态度与责任”的渗透不够深入，对培养学生的国家自信心、民族自豪感起不到太大的作用。所以，教师可以在教学素材中渗透物理课程思政理念，培养学生的爱国情怀。

2、课堂是有一定时间限度的，大部分情况下不能落实“练习巩固”这一环节，因此作为躬耕一线的物理教师，应有目的有计划地给学生布置课后作业，强化该节课的知识。

参考文献

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