在讲解《牛顿第二定律》这一课中，从理论知识方面来说，首先要求学生能够掌握牛顿第二定律的概念，通过控制变量法来研究加速度、质量和力三者之间的关系，并学会用图像来进行数据分析和处理。除此之外，还要了解力学中基本的国际单位以及导出单位。
从实践过程方面来说，采用实验教学法，让学生仔细观察实验过程，动手进行测量，根据实验结果来归纳物体加速度、质量与外力之间的关系，然后由教师引导学生更深入地理解牛顿第二定律，以发散学生的思维能力，锻炼学生的逻辑推理能力，培养学生的动手实践能力，从而发现物理规律。
从情感态度和价值观方面来说，要培养学生的合作能力，使学生自主投入到教学过程中，培养学生实事求是、追寻真理的精神。
二、教材分析
牛顿第二定律是高中物理课程中的重点教学内容，是整个动力学的核心规律，而经典力学的学习也要以动力学为基础，因而牛顿第二定律的教学具有重要的意义。而且牛顿第二定律的学习可为学生日后对热学和电学等内容的学习奠定基础。
三、教法建议
可采用实验法、归纳法等方法实施教学，通过多媒体技术制作课件和表格来帮助学生理解牛顿第二定律的知识点。
四、教学重点
《牛顿第二定律》的教学重点在于如何通过实验来得出相应的结论，推导出牛顿第二定律。
五、教学难点
《牛顿第二定律》的难点在于如何引导学生真正掌握牛顿第二定律的含义和其延伸意义。
六、教学过程
1.复习导入
教师在开讲之前，要先帮助学生回复之前所学的牛顿第一定律，让学生回忆起牛顿第一定律的概念：一切物体，在没有收到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。另外，还要帮助学生巩固力和质量的关系，不同质量的物体在同样大小的力的作用下，会有不同的反应，质量越大的物体，其运动的速度则越慢，惯性越大。
2.新课引入
在复习导入之后，教师则要引入新课内容。教师可以向学生提出问题，当一个物体受三个变量的影响，如何发现这三个变量之间的关系和规律。采用控制变量法，来固定其中一个变量，从而研究其他两个变量。让学生自行设计小实验，举出生活中的实例来证明加速度与物体质量及所受外力总和之间的关系。
3.实验设计
第一个实验：改变小车运行的轨道，让小车在无外力的情况下受到平衡力的影响。在这个实验过程中，教师可做相应的讲解。当小车在运行的时候会受到摩擦力的影响，致使小车产生加速度。为了使小车不受摩擦力的影响，则可以将小车行驶的木板垫高，使小车不受拉力的影响而做匀速运动，让小车行驶的重力和摩擦力相平衡，然后再使其受拉力的影响，便能使其只受拉力一个力的影响。
第二个实验：使M保持不变，让小车受不同的外力影响做匀速直线运动。让小车拉动纸带并通过所设定的打点计时器，利用相应的公式来求得拉力不同情况下的小车加速度值，并以表格的形式呈现出来。
第三个实验：重复第二个实验，保持F值固定不变，登记不同质量小车的加速度值，并同样将其以表格的形式呈现。
完成实验之后，则可以将第二个实验和第三个实验的表格数据进行比较，然后画出相应的图像，并对两个图形进行分析，以联想二者间的关系。最后在分析之后则要进行总结和归纳，可得出：当物体的质量相同的时候，物体的质量则与加速度成反比。
七、例题
某省的高速列车在运行的时候最快的速度可以达到270 km/h，机车持续牵引力为150 N。假设此高速列车的总质量是100吨，而高速列车所受到的重力则为0.1×103N。问：列车受牵引力的影响进行匀速直线运动，那么需要多长时间其将会达到最大运行速度？
解：根据列车的总质量为100吨，其最快运行速度为75 m/s，而牵引力为150 KN，列车阻力则为f=0.1×103N
可依据牛顿第二定律得到一下式子：
a=（F-f）/m=（1.57×103-1.0×103）/1.0×105=0.57（m/s）
t=（V1-V2）/a=（75-0）/0.57≈131.6（s）
八、板书设计
1.实验探究：讨论三个变量之间的关系和规律
（1）当质量一定的时候，加速度和物体所受合外力成正比。
（2）当合外力一定的时候，加速度与物体质量成反比。
2.牛顿第二定律
（1）概念。
（2）公式：a=F/m。
（3）特性：矢量性；瞬时性。
3.力学单位
（1）力学国际单位包含基本单位和导出单位两个部分。
（2）基本单位有三个分别是：长度单位m，质量单位kg，时间单位s。
尊敬的各位评委老师：
大家下午好！我说课的题目是《牛顿第一定律牛顿第三定律》，下面我就从教材、教法、学法、教学程序等四方面谈谈自己对本课的教学设想.
一、教材分析
（一）教学内容：本节课的内容是高中物理人教版必修一第四章的内容。其中《牛顿第一定律》是第一节的内容，《牛顿第三定律》是第五节的内容。考虑到知识的特点及其连续性，在高考一轮复习当中我们将这两节的内容放到一起来处理。
（二）教材的地位和作用：牛顿运动三定律，奠定了经典力学研究理论的基础。学习和掌握牛顿运动定律是学习物理的真正起点，也是高招考试的重点内容。其中牛顿第一定律是整个力学的基础，把最基本的匀速直线运动和物体是否受力联系起来，确立了力和运动的关系，牛顿运动第三定律是以牛顿第一、第二定律为基础，两定律在基础知识学习上都起到承前启后的作用。本节知识是历年高考的必考内容，要求学生能够掌握定律的内涵和外延，并且能够应用其解决实际问题。因此，这两大定律都是本章的重点内容。
二、学情分析
（一）知识储备：通过高一、高二的学习，学生对两大定律已经有了一定的认识和理解，只是在细节上有些遗忘，在应用上不够灵活。
（二）能力储备：通过高一、高二的学习，学生的逻辑推理能力不断得到提高，物理思维也逐步向理性层次迈进，逐步形成辩证思维体系，但研究问题的科学探究方法还有待提高。
三、教学目标
根据课程标准要求，结合教材内容以及学生现有的认知基础，我制定如下三维教学目标：
（一）知识与技能
1、能够准确记忆牛顿第一定律、牛顿第三定律的内容；并能够应用其解决实际问题。
2、能够区分作用力、反作用力与平衡力。
（二）过程与方法
1、通过联系实际生活，让学生有感性的认识。
2、培养学生严谨的逻辑推理能力；通过对实例的分析，培养学生归纳、综合能力。善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合。
（三）情感、态度与价值观
结合生活实例，培养学生独立思考、实事求是的精神，善于总结并应用物理知识。
四、教学重点、难点
根据教学内容的特点以及学生的学习情况，我制定以下教学重点和难点：
（一）重点：正确认识力与运动的关系，掌握牛顿第一、第三定律的内容。
（二）难点：正确认识力与运动的关系，一对作用力和反作用力与一对平衡力之间的关系。
五、教学方法
作为一轮复习课，一要体现“教为主导，学为主体”的思想，引导学生主动探究，学会学习；二要以题讲法，“题”、“法”为用，知识、思维为体。让学生形成一定的学习风格。
六、教学过程
（一）引课
牛顿运动定律是动力学的基础。而牛顿第一定律在高考中的考查主要以选择题的形式出现，如：2012年新课标全国卷的第一题；牛顿第三定律在高考中的考查除了以选择题的形式出现，还会经常融合到计算题当中。如：2011年浙江高考第四题、2011年上海高考第二题等。
希望通过本节课的学习学生能够正确认识力和运动的关系，区分作用力、反作用力与一对平衡力之间的关系。能够应用牛顿第一、第三定律解决实际问题。
（二）新课
1、理解牛顿第一定律的内涵和外延。正确认识力与运动的关系，纠正生活中形成的直觉所引起的错误认识，建立正确的思维习惯。力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。为了突破该难点引入伽利略的斜面实验，并用其实验结论解释生活中的错误认识。
2、理解牛顿第一定律即为惯性定律。质量是衡量惯性大小大的唯一标准。通过学生列举生活中的实例说明质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。惯性大小与运动情况和受力情况都无关。
3、牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受外力和为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态。同时还要引出牛顿第二定律，为以后的复习埋下伏笔。如：物体受到的合外力不为零，其运动状态就要改变，物体就要产生加速度，因此要分析物体的运动情况，首先要对物体进行受力分析。
4、做学案上相应的习题，做到讲练结合。（见学案和多媒体课件）
5、理解牛顿第三定律的内容。让学生通过举例理解作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”，
6、作用力、与反作用力与一对平衡力的比较。用表格的形式体现各种异同关系。为了突破该难点要让学生大量列举生活中的实例，并加以讨论，对二者的异同点加以比较，进行归纳总结。如：马拉车的力与车拉马的力的关系，及马把车拉动的原因；拔河比赛中甲乙两队对绳的作用力的关系，及获胜方获胜的原因等等。从而纠正生活中的错误经验。
7、做学案上相应的习题，做到讲练结合。（见学案和多媒体课件）
8、牛顿第三定律在计算题中的应用。这部分应用不难，但容易被学生忽略，一般用在计算结束时。如：题中要求计算物体对地面的压力，我们一般选择物体为研究对象，计算的是物体受到的支持力的大小，而支持力和压力就是作用力和反作用力的关系，在此就要用到牛顿第三定律。在一轮复习中还要注重知识的迁移，比如牛顿第三定律在选修3-5动量守恒定律中的应用，一对作用力和反作用力的冲量和为零，因此，系统动量守恒。
9、归纳总结。完成学案上剩余习题。（见学案和多媒体课件）
1 准备应用“变易学习法”
变易理论指出，教师在上课之前，就需要根据自己的教学经验，结合前测和学前访谈，了解学生对学习内容的不同理解（V1），侦测和确认学生学习的难点.为此我们设计了一份关于牛顿第三定律的前测试卷，试题的来源主要是各省市质检卷和高考试卷，侦测范围为高一年级的12个教学平行班.
试卷的得分统计及对部分学生的访谈结果表明，在初中阶段，学生已经对牛顿三大运动定律有了定性的了解，进入高一之后则进一步深入学习了直线运动公式及牛顿第一、第二两条定律.学生已经能够初步掌握单个物体受力和运动状态变化的关系，并能对相关物理量进行计算.但是他们对物体间的相互作用还处于定性了解的阶段，在实际运用中无法利用牛顿第二定律和牛顿第三定律解决多个物体相互作用情景下的实际问题.
以前测第10题为例：
如图1所示，在等臂托盘天平两盘中，一盘放着一个质量为m的物体，另一盘放着电磁铁和铁块，天平平衡.当电磁铁接通的瞬间，铁块被吸引而离开盘底，则铁块未到达电磁铁而加速上升的过程中，天平右盘会上升还是下降吗？试分析？
学生在该题的得分基本为0，但与分数相比，我们更关注的是学生对此题的认知程度.在前测试卷上，学生被要求将对该题的思路写出来，同时结合前测后对不同类型学生的访谈，归纳出了三种不同层次的认知水平：
（1）铁块从盘底上升之后即脱离了左侧系统，因此左侧失去一部分质量变轻，右盘下降.
（2）铁块从盘底上升后仍然和磁体之间有相互吸引，天平仍平衡.
（3）铁块从盘底上升后对电磁铁有向下的拉力且更大，左侧下降右盘上升.
第一种认知表明学生并未认识到物体间相互作用，第二种则是认识到物体间存在相互作用但未能用牛顿第二定律进一步分析其变化，第三种则表明学生能够很好的将牛顿第二定律和第三定律结合进行分析解题.测试结果显示停留在第一种和第二种认知水平上的学生占大多数.
更为有趣的是，我们也找了高二、高三两个年段的部分中等学生进行了测试和访谈.结果表明这部分学生仍然在这个题目中表现不佳.要找出这种现象的原因，需要反观传统的牛顿第三定律教学模式，通过收集牛顿第三定律相关的教学论文和教案，我们所见的教学模式大致有如下四个阶段：
第一阶段：以学生为主体，教师为学生创设不同的分组实验体验，如一对弹簧秤相互作用，固定于小车上的两个磁铁，以及教师进行的DIS演示实验，在此基础上提出牛顿第三定律.
第二阶段：进行阶段分析小结，阐述相互作用力的相互性、同时性，同质性.
第三阶段：再进一步应用其他例子说明相互作用力与平衡力的异同.
第四阶段：最后利用课堂练习进行检测和巩固.
资料显示：虽然课堂结构略有不同，但教师不约而同的将教学重心更多放在作用力的相互性、同时性，同质性以及相互作用力与平衡力的异同等方面.这种教学模式的缺陷在于未能从整体的角度进行牛顿运动定律的教学.在牛顿三大运动定律中，前两个定律是对单个物体而言，而在自然界中，物体之间总是互相联系，密不可分的.要全面了解物体的运动规律，就需要研究物体间的相互作用，这也是牛顿第三定律所要揭示的内容.反映在教学过程中，要使学生将受力分析对象从一个物体扩展到多个物体，就要使其能将牛顿三大定律融合为一个有机整体.
教师在前测后的集备交流中，结合自身多年的教学实践分析了学生在这类题目中出现困难的原因（V2）.学生在先前学习经验中，并没有明确将牛顿第二定律和牛顿第三定律的应用对象区别开：判断物体相互作用力之间关系时使用牛顿第三定律，判断物体运动状态变化问题时则应该使用牛顿第二定律，这也是我们所确定的牛顿第三定律教学的关键特征.
2 针对关键特征的教学设计
在设计改进教案之时，参与集备的教师在如何处理学习内容上便有了不同的意见（V2）.一个典型的忧虑即是当改变已有成熟的教学模式，采用“变易理论”进行指导对教学设计进行改进之后，相对于接受传统教学的学生，改进班学生是否会在知识的掌握和应用上出现落后情况.而最大的忧虑则是如何跨越理论和实践的“鸿沟”进行突破和创新，为此在进行教学研究的过程中，需要专家的参与和指导.一个课堂学习研究小组的成员来自两方面：其一来自一线教师；其二是来自专业机构的研究员，如学科教学专家和课堂学习研究的专家.
综合几次课前集备讨论的结果，改进版的教案与传统教案的最大区别在于创设了单一情境，教学围绕着该情境不断展开，课堂之初即提出了一个问题：
有个农夫把马套上车，准备赶路（图2），有同学就告诉那个农夫：“马不可能拉动车的，因为根据牛顿第三定律，马向前拉车的力与车向后拉马的力，是一对相互作用力，大小相等，方向相反，所以两个力相互抵消了，车就不可能前进了.如果车前进了，则说明牛顿第三定律是错误的.”
随后的DIS演示（图3）则是以两个仪器分别代表车和马，据此实验结果说明相互作用力的相互性、同时性及同质性等特征.并以牛顿第三定律肯定了故事中同学表述中正确的部分：“马向前拉车的力与车向后拉马的力，是一对相互作用力，大小相等，方向相反”.
但可以看出，这并没有解决为什么车会前进的问题，出现这一现象的原因在于学生并没有关注到隐藏在该情境中新事物的特征.变易理论指出，当某一事物的一些特征出现变动，而其他特征维持不变，则变动的特征便会被辨识到.为使辨识的过程能够出现，学生必须感到事物正在变动.教师不能强迫学生审辨，但却可以创造机会，即通过“变易图式”，引起学生对某些特征的关注，从而审辨到该特征，使它们从背景移到前景.基于此，在应用马拉车的情境完成作用力反作用力与平衡力的异同教学之后，与传统教学只是进行问题的讲解和分析不同，改进班对最终解决“所以两个力相互抵消了，车就不可能前进了.如果车前进了，则说明牛顿第三定律是错误的”这个情境采用了如下的变易范式（V3）：
在马拉车这一不变的情境中，教师重点分析改变马的拉力使车分别做加速、匀速和减速运动这一变易范式.在每一种运动中，教师引导学生分析不同运动过程中车的受力情况，并同时对比作用力反作用力之间关系.在教师引导下，学生逐层建构出以下三个结论：
①不同运动过程中，作用力反作用力关系未发生变化，而车的受力情况却大不相同.
②作用力反作用力由于作用在不同物体上无法抵消，也不能作为车运动状态是否变化的判断依据.
③在判断车的运动状态时应该将注意力聚焦在车受到的力上.
类似的，也可以让马的拉力保持不变，改变车重从而改变车受到的摩擦力.通过这一系列经过系统安排的“变”与“不变”，学生很快就审辨出牛顿第二、第三定律在应用对象上的不同之处.
综合对比改进教学和传统教学这两种模式，最大的区别有两个：
首先，传统教学创设了大量不同的实例进行教学，学生的思维在不同的情境中跳转.这种教学模式注重不同情境间相通的地方，通过对不同实例的分析有利帮助学生理解牛顿第三定律的内在属性，但较少涉及这些情境中所包含的其他物理规律.改进班的教学设计始终围绕马拉车的问题情境，而把其他实例的应用留作了课后练习.这种教学模式注重同一情境内不同的地方，使学生经历同一事物的不同方面，进而审辨出牛顿第三定律的关键特征并使之与其他规律区别开来.
其次，传统教学在牛顿第二、三定律应用对象上的区别时采取了经验性的做法，教师在实际课堂中虽然也应用了马拉车的实例组织学生进行讨论，但未能有意识的采取改进班的“变易图式”，只是简单指出了问题的答案.改进班则注重使用变易范式系统地安排力的变化，如让马的拉力保持不变，通过车上货物重量变化改变车所受的摩擦力，使车处于不同的运动状态进行分析.通过这一系列变与不变的关系使学生深刻理解所学习内容的关键特征.
3 教学效果评测及反思
在分别进行了6个班传统教学和6个班的改进教学之后，我们把前测的试卷再次进行了后测，需要说明的是研究开始之初（前测结束后），教师并未进行讲评，课堂教学也不能涉及前测出现的试题，传统组和改进组使用完全相同的上课素材.另外，无论是前测或是后测都以闭卷形式作答，同时安排教师监考以期最大限度的保证数据的可靠性.表1为传统班和改进班后测数据对比：
【关键词】物理；教学；情境设计
在内容标准部分对探究学习做了更加详尽的叙述：“物理学是一门以实验为基础的自然科学。在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。高中学生应该在科学探究和物理实验中达到以下要求。……” 注重增强学生的探究意识，培养学生的探究能力，倡导培养学生的探究精神，是“课程标准”与“教学大纲”的一个重要区别。达到这些培养目标的主要手段是实施探究教学。
探究教学，就是在老师的指导下，让学生使用类似于科学研究的方法获取知识，应用知识，发现问题，研究问题，解决问题。教学结构主要有以下几步：① 教师设置学生探究的情境。② 学生在教师的指导下自主探究所要教学的知识。③ 师生交流探究的成果，构建新知识。实施探究教学，首先需要解决的是怎样设置探究的情境。这个问题不解决，探究教学就成为空中楼阁。本文将根据高中物理的教学内容、学生的心理特点，研究设置教学情境的方法。
1 利用物理学家的典型研究再造探究情境
借物理学家的研究情境创设探究教学的课堂情境，既是可行的，也是有效的。物理学家是探究物理知识的专家，凭着对物理科学的热爱，依靠自已扎实的科学研究基本功，和对物理科学的灵气，从不起眼的自然现象中分离出有价值的情境，把目光从广袤的自然现象中聚集到某个特殊的研究范围。正确地选择研究情境，把原本分散的注意力集中到有价值的点上，使之有可能对自然现象做出深度的研究，发现常人求之不得的物理规律。在科学研究的道路上，良好的研究情境是取得成功的第一步，从事物发展的先后顺序上讲，这一步比任何一步都重要。这是因为没有科学研究的第一步，就不可能有第二步、第三步、第四步、……。一个高中生的认知水平可能没有一个物理学家那么高，但是一班高中学生的研究能力合起来，所产生的研究合力，不一定就比一个科学家研究能力低。把高中学生放到物理学家当年研究某一物理规律的情境中，也能够得到同样的规律，况且这里还有老师的指导。
牛顿是世界上著名的科学家，他的一生有许多惊人的发现，对物质第三定律的研究堪称一绝。教学牛顿第三定律，可以通过介绍牛顿光辉灿烂的人生，创设学生探究牛顿第三定律的情境。
创设研究情境比实施探究更难，借助物理学家的研究情境设置探究教学的情境，能够收到事半功倍的的效果。
2 利用物理学发展史的著名案例重塑探究情境
在物理学的发展史上，有许多经典的案例广为流传。伽利咯对加速度的研究，万有引力、能量守恒定律的发现，无不闪烁着人类智慧的光芒。
经典的案例常常从经典的研究情境开始。这些案例之所以成为经典，不仅因为其研究方法一枝独秀，和研究结果的地位重要，还有其研究环境的优良。如果研究环境所包含的范围过大，那么有可能使研究误入歧途，或者增加研究的难度，如果研究环境包含的范围过小，把研究的成果排除在外，那么就会竹篮打水一场空。经典案例的情境为探索物理规律奠定了良好的基础。
借助于经典案例的研究情境，有利于学生进一步探究物理规律。经典案例比较准确地划定了探究的范围，避免学生盲人骑瞎马式的乱撞，使学生把注意力集中到要研究事物的关键部位，既可以提高探究的深度，又能够提高研究的效率，也便于教师在短暂的教学时间内控制教学进程。
例如，教学牛顿第二定律，教师可以根据牛顿第二定律的发现过程创设教学情境，把研究牛顿定律分解为探究速度与力的关系、速度与质量的关系等一系列简单的问题，为归纳牛顿第二定律做好铺垫。
3 根据日常生活中物理现象设计探究情境
我们生活在五彩缤纷的世界里，处处时时都有物理现象、物理规律、物理问题：奔驰的骏马，飞驶的列车，蹒跚的老人，展示着速度的快与慢；都市那灯火辉煌的夜色，校园里定时响起的电铃声，轨道电车的转眼即失，无不充满着电与磁。节目丰富多彩的电视机，可以人机交互的计算机，讨人喜欢的机器人，浑身上下流淌着波和信号的血液……
学生最熟悉的莫过于自已的生活。学生生活在一个被物理包围的世界里，耳闻目睹各式各样的运动，亲身体会着力矩，经常享受着电与磁给自己带来的方便，时常经历声波、电波、信号的洗礼。学习的过程是-个构建新知识的过程，而构建新知识需要有构建新知的基础。新的知识总是建立在已经掌握的知识的基础上，就像建造高楼大厦一样，墙要建造在基石上，楼板要放在墙上。学生对生活的体验，都可以作为他们构建新的物理知识的基础。
例如，教学惯性定律，可以让学生回想自己坐公共汽车的感觉，思考汽车起步时自己为什么会向后仰？急刹车的时侯自己为什么会向前倾？几乎所有的高中学生都坐过公共汽车，都有公共汽车起步和刹车时的感受，从这里探究惯性定律，可以消除学生对牛顿定律的神秘感，激发他们的研究兴趣。
4 利用物理本身的矛盾冲突设置探究情境
注重增强学生的探究意识，培养学生的探究能力，倡导和培养学生的探究精神，是“课程标准”与“教学大纲”的一个重要区别。达到这些培养目标的主要手段是实施探究教学。
探究教学，就是在老师的指导下，让学生使用类似于科学研究的方法获取知识，应用知识，发现问题，研究问题，解决问题。教学结构主要有以下几步：① 教师设置学生探究的情境。② 学生在教师的指导下自主探究所要教学的知识。③ 师生交流探究的成果，构建新知识。实施探究教学，首先需要解决的是怎样设置探究的情境。这个问题不解决，探究教学就成为空中楼阁。本文将根据高中物理的教学内容、学生的心理特点，具体探索和尝试了设置教学情境的方法。
1 利用物理学家的典型研究再造探究情境
借物理学家的研究情境创设探究教学的课堂情境，既是可行的，也是有效的。物理学家是探究物理知识的专家，凭着对物理科学的热爱，依靠自己扎实的科学研究基本功，和对物理科学的灵气，从不起眼的自然现象中分离出有价值的情境，把目光从广袤的自然现象中聚集到某个特殊的研究范围。正确地选择研究情境，把原本分散的注意力集中到有价值的点上，使之有可能对自然现象做出深度的研究，发现常人求之不得的物理规律。在科学研究的道路上，良好的研究情境是取得成功的第一步，从事物发展的先后顺序上讲，这一步比任何一步都重要。这是因为没有科学研究的第一步，就不可能有第二步、第三步、第四步、……。一个高中生的认知水平可能没有一个物理学家那么高，但是一班高中学生的研究能力合起来，所产生的研究合力，不一定就比一个科学家研究能力低。把高中学生放到物理学家当年研究某一物理规律的情境中，也能够得到同样的规律，况且这里还有老师的指导。
牛顿是世界上著名的科学家，他的一生有许多惊人的发现，对物质第三定律的研究堪称一绝。教学牛顿第三定律，可以通过介绍牛顿光辉灿烂的人生，创设学生探究牛顿第三定律的情境。
创设研究情境比实施探究更难，借助物理学家的研究情境设置探究教学的情境，能够收到事半功倍的的效果。
2 利用物理学发展史的著名案例重塑探究情境
在物理学的发展史上，有许多经典的案例广为流传。伽利咯对加速度的研究，万有引力、能量守恒定律的发现，无不闪烁着人类智慧的光芒。
经典的案例常常从经典的研究情境开始。这些案例之所以成为经典，不仅因为其研究方法一枝独秀，和研究结果的地位重要，还有其研究环境的优良。如果研究环境所包含的范围过大，那么有可能使研究误入歧途，或者增加研究的难度，如果研究环境包含的范围过小，把研究的成果排除在外，那么就会竹篮打水一场空。经典案例的情境为探索物理规律奠定了良好的基础。
借助于经典案例的研究情境，有利于学生进一步探究物理规律。经典案例比较准确地划定了探究的范围，避免学生盲人骑瞎马式的乱撞，使学生把注意力集中到要研究事物的关键部位，既可以提高探究的深度，又能够提高研究的效率，也便于教师在短暂的教学时间内控制教学进程。
例如，教学牛顿第二定律，教师可以根据牛顿第二定律的发现过程创设教学情境，把研究牛顿定律分解为探究速度与力的关系、速度与质量的关系等一系列简单的问题，为归纳牛顿第二定律做好铺垫。
3 根据日常生活中物理现象设计探究情境
我们生活在五彩缤纷的世界里，处处时时都有物理现象、物理规律、物理问题：奔驰的骏马，飞驶的列车，蹒跚的老人，展示着速度的快与慢；都市那灯火辉煌的夜色，校园里定时响起的电铃声，轨道电车的转眼即失，无不充满着电与磁。节目丰富多彩的电视机，可以人机交互的计算机，讨人喜欢的机器人，浑身上下流淌着波和信号的血液……
学生最熟悉的莫过于自已的生活。学生生活在一个被物理包围的世界里，耳闻目睹各式各样的运动，亲身体会着力矩，经常享受着电与磁给自己带来的方便，时常经历声波、电波、信号的洗礼。学习的过程是-个构建新知识的过程，而构建新知识需要有构建新知的基础。新的知识总是建立在已经掌握的知识的基础上，就像建造高楼大厦一样，墙要建造在基石上，楼板要放在墙上。学生对生活的体验，都可以作为他们构建新的物理知识的基础。
例如，教学惯性定律，可以让学生回想自己坐公共汽车的感觉，思考汽车起步时自己为什么会向后仰？急刹车的时侯自己为什么会向前倾？几乎所有的高中学生都坐过公共汽车，都有公共汽车起步和刹车时的感受和体验，从这里探究惯性定律，可以消除学生对牛顿定律的神秘感，激发他们的研究兴趣。
4利用物理本身的矛盾冲突设置探究情境
[关键词] 大学物理 牛顿运动定律 万有引力定律
1.引言
众所周知，大学物理学是大学理工科专业必修的基础理论课程，牛顿运动定律和万有引力定律又是经典力学的基础与核心内容。学生在中学学习阶段已经学过这些重要知识，在大学物理教学过程中，不但要体现和中学物理的内在联系，而且具有大学物理教学的风格和特点，培养学生的科学素质、创新意识以及科学信息素养，注重交叉学科的相互结合，以激发学生的求知欲望，培养和锻炼学生分析问题和解决问题的能力，以满足高校创新应用型人才的培养需要，使学生能适应时代和社会的发展需要呢？笔者根据自己多年来对大学物理的教学与实践研究经验，针对高校所使用的大学物理教材，对牛顿运动三定律和万有引力定律深入分析、充分理解，并提出相应教学处理办法。
2.牛顿运动定律和万有引力定律的教材分析
牛顿综合开普勒的天体力学和伽利略的地上力学的成就，提出物体运动三定律和万有引力定律，这标志着经典力学向纵深发展并趋向成熟，同时也是人类对自然界的第一次综合认识。然而，“由牛顿定律代表的经典力学是一个复杂的，并在许多方面是精微的事物。这定律的准确内容，在牛顿提出他的第一种说法之后近三个世纪，仍然是一个在辩论中的问题” [1]。
2.1牛顿运动定律的分析
在物理学史中，人们曾对牛顿运动三定律在哲学上和逻辑上的矛盾展开过热烈的讨论。爱因斯坦说：“惯性原理的弱点在于它含有这样的一种循环论证：如果有一物体离开别的物体都足够远，那么它运动起来就没有加速度度；而只是由于它运动起来没有加速度这一事实，我们才知道它离开别的物体是足够远的[2]”。即第一定律含有循环论证：怎样判别物体是否受到外力，所使用的参考系是否为惯性系这两件事情，要同时依靠物体是否在做惯性运动（匀速直线运动）来决定。
第二定律中涉及到重要的物理量“质量”，牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，把质量看成“物质的量”，指出“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的。”但是牛顿又把物质的量（单位为摩尔）也称为“物体”或“质量”，他提出的“质量”概念是一个朴素含糊的概念，仍然需要加以提炼改造才能形成为精确的科学定义。
第三定律认为作用力和反作用力完全对称，它们沿着同一条直线，同时出现、同时消失、同时发生变化，而且是属于同一性质的力。可见，第三定律的局限性表现在“同时性、同存性、同线性、同质性”，在经典力学范畴内，第三定律对动力学和静力学都适合，但在场的动量不能忽略（例如电磁相互作用）的情况下不能应用第三定律。
事实上，第一定律和第二定律研究单个物体及其运动状态是否发生变化，它只和作用在该物体上的合外力有关，没有讨论这个合外力的性质和来源，不知道各个分力的种类和性质。若合外力为零，则不可能有单个力作用在物体上。第一定律可以从第二定律中推导出来，为什么牛顿还要单独提出第一定律呢？答案是第一定律除了描述不受外力作用的自由运动之外，还确定了惯性参考系。它是动力学的出发点，如果不首先确定惯性系，就无法正确地表述其他定律，对于牛顿运动定律不适用的非惯性系，可引入惯性力的概念来解决问题。
第三定律研究两个物体间的作用力和反作用力，但不能计算出这些力的大小、也不能知道它们的起源。由此得出的一个重要推论：力总是成对出现的。没有其他的已知条件，单凭第三定律也计算不出某个力，但它可从单个质点转移到质点系统的研究。
2.2 万有引力定律的分析
开普勒在前人研究的基础上，通过理论运算，解决了行星绕太阳在椭圆轨道上运行的规律，即开普勒第一定律，但不能揭示行星按此规律运动的真正原因。英国物理学家牛顿(公元1642～1727)对该问题进行了艰苦的探索，最后取得了重大突破。
牛顿发现万有引力的过程是一个循序渐进的过程。首先，牛顿论证了行星的运行必然受到一种指向太阳的引力；其次，牛顿进一步论证了行星沿椭圆轨道运行时受到太阳的引力，与它们的距离的二次方成反比；再次，牛顿从物体间力的作用的相互性出发，大胆假设并实验验证了行星受太阳的引力也跟太阳的质量成正比，从而得出结论：太阳对行星的行力跟两者质量之积成正比；最后，牛顿做了著名的“月一地”检验，并将引力合理推广到宇宙中任何两个物体，使万有引力规律赋予普遍性。他通过对月球运动的验证，得出万有引力定律，即天体间的相互作用力大小与他们的质量成正比，与天体中心距离的平方成反正。理论在开始阶段只能以假设的形式存在，在其后的一百多年间，由于不断被实践所证实，最后才真正成为一种理论。
后来，不断有物理事实验证了牛顿万有引力的正确性，其中，最重要的几个事实。其一，月-地检验。根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度就是它在地面附近下落时的加速度的1/602，当时已测量得重力加速度、月球与地球的距离和月球公转的周期，推算得到月球运动的中心加速度。其二，海王星的发现。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国的天文学家勒维耶根据天王星的观测数据，用万有引力定律计算得到这颗未知行星的轨道。1846年9月23日，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，即后来命名的海王星[3]。其三，哈雷彗星回归的正确预言。1705年英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道，正确预言了这颗在1531年、1607年和1682年被看到的彗星能在1758年回归。在1758 年的圣诞节，也即哈雷死后16 年，乔治・帕里什观测到了这颗彗星，的确和哈雷的预言相差无几．哈雷以万有引力定律为基础推算出这颗彗星的轨道是椭圆，所以这颗彗星就以“哈雷”命名．此后哈雷彗星在1834 年、1910 年和1986 年共出现了3 次，这就有力地验证了万有引力定律的正确性[4]。近代物理学认为，任何物理都在周围空间存在引力场，物体之间的引力是通过引力场来传递的[5]。
2.3牛顿运动定律和万有引力定律的区别和联系
牛顿在前人研究的基础上，从1665年开始研究万有引力问题，产生初步的思想，应用开普勒行星运动三定律和他总结的物体运动三定律，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》是提出了完整的万有引力定律。若应用近似方法，把行星的椭圆运动看成圆周运动，以普通物理和初等数学为工具，从开普勒三定律和牛顿三定律求得万有引力表达式。若根据理论力学，应用高等数学和解析几何知识，也可以精确地推导出万有引力定律。
牛顿运动定律和万有引力定律之间有显著的区别，也许牛顿本人也意识到这一点，所以，他没有把万有引力定律称为物体运动第四定律。运动三定律是物理学的基石，本身具有公理的性质，牛顿在《原理》一书中也倾向于视其为公理。第一定律阐述物体不受外力作用下会做匀速直线运动，这是无法由实验来验证的。人们接受它是因为由它推导出来的结论不会和有限的实验事实相矛盾，定律本身也限定了它的使用范围是惯性参考系。
相反，万有引力定律给出计算宇宙中的一个基本力的理论和数学公式，本身不是公理。牛顿没有解释产生引力现象的真正原因，没有合理说明为什么万有引力存在，他只用形而上学的解释一笔带过，而它的发现对天文学的发展有巨大的推动作用。牛顿用它正确地解释了潮汐现象，人们用它认识了新的太阳系成员，如1846年发现了海王星。同时以它和开普勒定律为基础，研究开体运动的规律，确定行星的质量和轨道，计算了行星、慧星、卫星的位置，在星际航行方面趣了重要的作用[6]。当然它也存在局限性，如它和电磁力无关，无法解释谱线的引力红移现象、光线在太阳引力场中的偏移以及水星近日点的运动等问题。
3.牛顿定律和万有引力定律的教学处理
针对非物理专业的大学物理的教学情况，本文提出在教学中应该慎重对待牛顿定律和万有引力定律，应从以下两方面进行教学处理。
3.1淡化定量计算，深化定性思考
中学物理注重计算，采用选配物理公式为主的解题策略，学生的物理定性推理能力低于数学推理能力，高强度的数学训练形成消极的思维定势。牛顿定律和万有引力定律与中学重复的部分让学生自学，引导学生把主要精力放在理论的建立过程上：观察现象、提出问题、猜测结果、设计实验、测量数据、得出数学表达式。它涉及到定义新物理量、定律成立的条件和适合范围、阐明定律的理论地位、近代物理学发展的历程，只有全面考察才能理解它们的内涵与外延。
教学中注重体现牛顿的创新性，比如，伽利略研究斜面运动，认识到在忽略摩擦力的情况下地面上的物体一旦运动起来将保持匀速直线运动的状态。但是对于天体运动，他认为行星沿圆形轨道绕太阳转动是不需要外力的“自然运动”，表明伽利略还没有完全摆脱古希腊亚里士多德的影响，不能把物体保持惯性的属性看成普遍的自然规律。牛顿比伽利略前进一步，他认识到这一性质的普遍意义。笛卡尔和惠更斯在研究物体的碰撞运动时作为前提利用了运动第三定律的思想，但只有牛顿把它表述为一个普遍定律，体现出牛顿的创新思维。
3.2发掘教材疑点，树立科学理性
大学物理有明确的专业性，内容有一定的学术性，教学形式多样，教学环境有一定的开放性，学习有相对的独立性。通过牛顿运动定律的分析，树立学生的批判意识和科学理性精神，鼓励他们善于质疑，这是推动学生追求知识的内在动力。大学生对讨论课的兴趣大于传统的讲授课、复习与实验课，要启发学生用批判的眼光来发掘教材、分析教材中的不足，通过讨论来提高钻研教材的积极性。
物理教学现代化是当前教学改革的新动向，为扩大学生的知识面，为后续学习打下坚实的基础，可适当介绍现代物理学中的质量和力，加深对第二定律的理解。在牛顿力学中，力和质量的概念通过质点运动状态的变化来建立，物体间的相互作用以力来描写，赫兹称为“力的表象”；另一种以能量和动量来描写物体间的相互作用的方式，赫兹称为“能量表象”。在牛顿力学范围内，力的表象和能量表象原则上是等价的，但从现代物理的发展高度来看，这两种表象并不等价。因为，能量表象可以描写实物的运动，还可以描写场的运动变化形式。牛顿运动定律建立在即时超距作用的机制上，而任何相互作用的传播速度都不可以大于光速C。对于粒子产生的湮灭的现象，是无法用力的表象来表达的。
参考文献：
[1]A.P.弗仑奇著.牛顿力学[M] (中译本),北京:人民教育出版社,1978:182.
[2]爱因斯坦.爱因斯坦文集[M](第一卷).许良英,范岱年编译.北京:商务印书馆,1976:170.
[3][6] 漆安慎,杜婵英.力学[M](第二版).北京:高等教育出版社,2005.6:187-190.
[4]孙义燧. 从Kepler到Newton[J].温州:温州大学学报,2008.2:34.
[5]陈信义.大学物理教程[M](第2版).北京:清华大学出版社,2008.9:14.
基金项目：
河池学院2011年院级青年科研课题立项B类课题（项目编号：2011B-N001）。
新课标要求教师打破传统的教学方式，注重培养学生的创新能力和运用知识的能力，从而以促进学生学习的积极性，主动获取知识。那么，应当如何在新课标的要求下，创新高中物理教育模式，提升物理教学有效性。笔者认为，这必须要求教师正确的解读新课标的要求，从创新物理教育的理念出发，不断创新物理教学手段，激发学生的学习兴趣，帮助学生树立创新意识，同时转变传统的教育观念，以学生为主体，协调师生关系，才能真正的提升教学的有效性。
二、新课标背景提升高中物理教学有效性的策略
新课标强调的课堂教学的有效性取决于学生参与教学的积极性和主动性，因此，提升课堂教学有效性的关键是“以学生为本”。
1、实验驱动，激发学生学习兴趣
因为受到传统教学观念的影响，中学物理的实验教学往往被看作是对物理现象的呈现和教授知识的手段，而就忽略了实验对学生所起到的启发、验证以及激发兴趣的功效。因此，教师应当利用好实验，激发学生的兴趣，让学生更多的参与到实验当中，主动的去探索和研究。如在教学“圆周运动”中的“离心力”时，学生们对离心力的概念和形态都比较抽象，因此，通过自制实验来帮助学生进行了解，既能激发学生的兴趣，又能对离心力有个形象的了解。实验需要学生准备一个塑料瓶、纱布条、一把锥子、铁丝、一个玩具电机、若干导线以及两节电池和开关。然后用锥子在瓶盖中心转一个孔，在瓶身周围转许多小洞（图1）。在瓶盖的孔上插上电机轴（图2），然后用导线将电机与电池、开关相连接（图3）。最后让学生将纱布条沾上水后放进瓶内，盖上瓶盖，打开开关，学生们就会看见有许多的水珠从孔里飞出。通过这个实验，学生既有兴趣去完成实验，又能在实验的过程中掌握知识。
2、情景驱动，培养学生理解能力
高中物理教师要善于利用多媒体课件来创设形象化教学情景来辅助教学。如在学习比较抽象的物理概念时，学生很难通过想象来理解这些抽象知识，如果利用多媒体课件使这些抽象的概念变得具体一点，能够使学生感到形象、生动而变得容易理解。如在讲牛顿第一定律时，虽然做了小车在不同材质上的运动试验，推出小车在光滑无摩擦的地面上永远不停的理论时，但是由于现实中不存在无摩擦的现象，学生很难理解透彻，这时如果能够利用多媒体来演示一段小车在无摩擦地面的运动（图4），可以使学生映像更深刻，也更容易理解，这远比简单的用语言来来说明更具说服力。
3、任务驱动，改变学生的学习方法
任务驱动就是在物理教学的过程中，学生在教师的帮助下，能够紧紧围绕一个共同的任务活动，在强烈的问题动机驱动下，学生通过对学习资源的主动应用，进行对物理课程的主动探索和互助学习，并在学生完成任务时引导学生进行学习活动实践。如在“感应电流方向”的教学中，教师可以通过对旧知识的复习为方式来完成任务驱动教学，提出以下几个为题：
1.感应电流在闭合电流中如何产生？
2.怎样判断感应电流的方向？
3.使用左手定律的情况是什么？
4.已知导体中电流和磁场的方向，那么能否判断出导体的运动方向？
对于前面三道题学生可以通过以学过的知识而得到答案，而第四个问题学生就很难从以往的知识中得出答案。这时交给学生一个任务，就是带着观察试验中感应电流的方向这个问题，去做“用磁体去插、拔来改变线圈中磁通量”的实验，并让学生研究感应电流的方向是由什么决定的。这样学生带着任务对实验进行探索研究，产生出各种疑问，如在实验中电流的方向与线圈的绕法有什么关联？线圈中的感应电流是从那里来的？等等问题，这样学生带着任务去主动探索、合作讨论，从而得出结论。
4、目标驱动，促进学生的学习动力
目标驱动教学就是将物理教学目标作为核心，以教师为主导，学生为主体，以教学目标为主线进行教学，目的是通过将教学目标围绕在教学过程中，以此来激发学生的学习兴趣，激烈学生为实现教学目标而努力。如在教学“牛顿第三定律”时，其目标可以细分为知识和技能的掌握、教师的教学方式以及学生情感价值观的培养。
1.知识和技能的掌握就是要通过“牛顿第三定律”的教学，让学生掌握牛顿第三定律的概念以及作用力与反作用力之间的关系；通过实验使学生掌握牛顿第三定律的试验方法与原理；通过对“牛顿第三定律”的学习，能够在不同的环境中区别作用力、反作用力、平衡力，并能利用牛顿第三定律解决实际生产问题。
何上好规律课。
关键词 规律教学 探索 验证 演示导言：
物理规律（包括定律、定理、原理和定则等）是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是中学物理基础知识最重要的内容，是物理知识结构体系的枢纽。因此，规律教学是中学物理教学的中心任务。怎样才能搞好规律教学呢？本文谈一些个人的看法与同志们共勉。
本论：
一、物理规律的类型及教学方法
1.实验规律
物理学中的绝大多数规律，都是在观察和实验的基础上，通过分析归纳总结出来的，这一类规律可以称为实验规律。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。
**实验规律的教学方法
(1)探索实验法
探索实验法就是根据某些物理规律的特点，设计实验，让学生通过自己做实验，总结出有关的物理规律。
*例如在《牛顿第二定律》的教学中，让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系。使学生得出：在质量一定的条件下，加速度与外力成正比；在外力一定的条件下，加速度与质量成反比的结论。
*又如在《法拉第电磁感应定律》的教学中, 让学生通过实验探索流过检流计的电流的大小与方向与指针偏转角度的大小与方向之间的关系。得出电动势与磁通量的变化率成正比。
在此基础上，教师指导学生总结出规律的内容。采用探索实验法，不但能使学生将实验总结出来的规律，深刻理解、牢固记忆，而且还能充分调动学生学习的主动性，增强学习兴趣，更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。
(2)验证实验法
验证实验法是采用证明规律的方法进行教学，从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题，将物理规律直接告诉学生，然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论，验证物理规律。
＊在《力的合成方法》的教学中，采用如下的方法和步骤：
①复习旧知识引入新课题，提出问题。以天花板上的吊灯受力分析为例，可用一根绳子吊住灯，使它不向下掉；也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时，灯受一个拉力作用；用两根绳子吊时，灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。从而提出问题：“合力与分力二者间有何关系？”
②将平行四边形定则明确告诉学生。
③让学生通过实验验证平行四边形定则，再在此基础上，进行理论探讨，得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时，学生已知问题的答案，对于下一步的学习目的及方法已经清楚，所以更加有的放矢。
(3)演示实验法
演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验，引导学生观察，根据实验现象，师生共同分析、归纳，总结出有关的物理规律。
＊如在《带电粒子在磁场中的运动》一节中,讨论洛仑兹力的方向时,采用控制变量法。分别改变磁场方向、速度方向、并结合理论分析电性对结果的影响。这种方法要充分发挥演示实验的作用，增强演示实验的效果。
2.理想规律
有些物理规律不能直接用实验来证明，但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析，去掉非主要因素，抓住主要因素，推理到理想的情况下，总结出来的规律，就可以称之为理想规律。如牛顿第一定律。
**理想规律的教学方法
理想规律是在物理事实的基础上，通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。因此在教学中应用“合理推理法”。如在牛顿第一定律的教学中，要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验，发现平面越光滑，摩擦阻力越小，小车滑得越远。如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下，小车则将永远运动下去，且速度不变，做匀速直线运动，从而总结出牛顿第一定律。又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的。
3.理论规律
有些物理规律是以已知的事实为根据，通过推理总结出来的，我们把它叫做理论规律。如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
**理论规律的教学方法
理论规律是由已知的物理规律经过推导，得出的新的物理规律。因此，在理论规律教学中应采用“理论推导法”。
如在“动能定理”的教学中，教师提出问题：质量为m的物体在外力f的作用下，由速度v1，经过位移s，达到速度v2。请学生运用所学的知识，找出外力所做的功跟物体动能变化的关系。学生在老师的指导下，根据牛顿第二定律和运动学规律，都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式。
二、物理规律教学中应注意的问题
1.弄清物理规律的发现过程
物理规律的发现，大致分为3种情况：
（1）实验规律都是经过多次观察和实验，进行归纳推理得到的。如牛顿第二定律、气体实验三定律等。
（2）理想规律都是由物理事实，经过合理推理而发现的。如牛顿第一定律，理想气体状态方程。
（3）理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律。如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的。
2.注意物理规律之间的联系
有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例，两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动，第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础，没有第一定律，就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例，但不能去掉第一定律。
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