本章重点讨论问题
- 如何分析中学物理规律教学的内容和学情？
- 如何根据内容和学情分析确定规律教学的课堂教学目标和重、难点？
- 探究物理规律的主要教学思路有哪些？
本章学习目标
- 能分析探究物理规律的多种认识途径，认识其中蕴含的教育价值；
- 能结合内容和学情分析，确定物理规律教学的课时教学目标与重、难点；
- 能根据设定的教学目标确定整体教学思路，选择具体的策略与方法；
- 能完成规律的具体教学方案设计。
相信世界在本质上是有秩序的和可以认识的这一信念，是一切科学工作的基础。——爱因斯坦
【举例】“动量守恒定律”的两种教学思路
- 思路 1：实验探究碰撞中的不变量——动量概念——动量守恒定律——与牛顿定律的一致性——动量守恒定律的普适性——讨论和应用
- 思路 2：冲量和动量的定义——从牛顿定律出发导出动量定理——用动量定理分析两个物体相互作用的过程
3.1 物理规律教学设计概述
什么是物理规律？
- 物理规律反映物理事实或过程的本质联系。
- 物理规律是客观存在的，是观察、实验、科学思维相结合的产物，它反映物质结构及物质运动中诸要素之间内在的必然联系，任何规律都有适用范围。
规律教学如何做内容分析和学情分析？
规律教学内容分析
【案例 1】“牛顿第一定律”教学内容分析
- 定律的文字表述：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
- 对定律内涵、地位的理解：
- 一切物体都具有惯性。惯性是物体的基本属性。
- 力是改变物体运动状态的原因。
- 定义了惯性参考系（即牛顿第一定律适用的参考系为惯性参考系），进而在这个参考系中进一步研究运动与力的关系。
- 与第二定律的关系：
- 牛顿第一定律定性的说明了力是改变运动的原因，牛顿第二定律定量的确定了力与运动的关系。牛顿第一定律是基础，它不是牛顿第二定律的特例。
- 科学家们的探究历程（物理学史）
- 亚里士多德运动论和牛顿第一定律对物体本性认识的根本分歧
【案例 1】 “牛顿第一定律”学情分析与教学目的定位
- 初中生往往会重复前人的错误认识。教学的目的应该是带着学生经历科学史上伽利略等物理学家走过的探究之路，获得对力与运动关系的正确认识，并初步体验科学探究中观察、实验、逻辑推理、理想化等重要的科学方法。
- 高中生，已知牛顿第一定律的内容，但对定律的理解停留在表面。中物理教学目的应该引导学生认识亚里士多德运动论和牛顿第一定律在认识上的根本分歧，体会伽利略开创的观察、实验与理想化推理相结合的研究方法较之亚里士多德经验性思维的优势。
规律教学的学情分析
- 学情分析可以与教学内容分析同时进行，即认识教学内容的同时考虑学生的已有认识、相关经验，特别是学生的思维特点与认识能力。
【案例 2】“牛顿第二定律”的探究过程分析
- 物理学史上牛顿提出第二定律经历了复杂的探究过程，1665 年，牛顿就认识到“一物体必按其被推动的力的途径运动”，1684 年才正式提出第二定律。
- 目前高中物理教学思路大多是“探究加速度与力、物体质量的关系”。
3.2 探究物理规律的几种主要教学思路
从目前的教学实践来看，探究物理规律的思路主要有以下三种：
- 以确定影响因素为主的规律教学
- 以实验归纳为主的规律教学
- 以理论分析为主的规律教学
第一类规律教学：确定影响因素
【案例分析】阿基米德定律
教学目标
- 知识与技能
- 能说出浮力产生的原因。
- 会使用弹簧测力计测量浮力大小。
- 能说出浮力大小与哪些因素有关。
- 能利用阿基米德原理解决简单的问题。
- 过程与方法
- 通过观察、总结生活中的浮力现象，感受浮力的存在、初步认识浮力。
- 经历探究浮力与哪些因素有关的过程，学习、体会科学研究的方法——控制变量法。
- 情感态度与价值观
- 通过体验学习揭示隐藏在其中的物理规律，纠正一些片面的认识，体验科学探究的乐趣。
- 通过参与科学探究的过程，培养大胆提出猜想与见解的精神，实事求是记录数据的态度，有与他人合作交流的愿望。
教学过程设计
## 提出问题——浮力的大小与哪些因素有关？
- 根据生活体验，提出猜想。大家可以根据自己的生活经验进行猜想，发表自己的见解，并说出自己的理由。
## 教师角色
- 教师倾听学生的观点，记录，追问理由，进行适当的指导。
## 实验演示
- 针对学生认为“浮力大小和物体浸入液体的深度有关”，重新演示弹簧秤吊重物慢慢浸入水中的过程。
- 询问学生：弹簧秤的示数是一直在减小吗？什么时候减小，什么时候没减小？
- 引导学生思考：是什么变了，才造成浮力的大小变了？
## 制定计划与设计实验方案——使用学习指导卡进行指导。实验前先要解决几个问题：
1. 实验研究的是浮力的大小与哪个因素的关系？
2. 实验中要控制哪些量不变，怎样控制？
3. 实验中要改变哪些量，怎样改变？
4. 怎样测量物体所受浮力的大小？
## 进行实验与收集数据——分组实验，让学生亲自动手进行实验操作。
## 表达与交流——请各组汇报实验结论
- 探究规律的问题形式——某个概念（物理量）与其他物理量之间有什么联系？
- 在初中物理教学中主要采用这种思路，例如“探究电流与电压、电阻的关系”、“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”等。
- 主要的探究环节包括：
- 通过猜想、假设确定探究的方向；
- 设计实验方案、采集数据、对实验现象和数据进行分析，以检验所提出的假设；
- 对整个实验进行评估，得出相应的结论，定性或定量描述物理规律。
- 教学重点：
- 带领学生经历探究过程（或重点突出其中的某个环节）。
- 在落实知识与技能目标的基础上，重点培养学生乐于探究规律，有提出猜想、假设的意识，知道要控制变量，要用真实可信的数据检验假设，发展学生相应的实验探究能力。
第二类规律教学：实验归纳
【案例】探究凸透镜成像规律
- 探究思路——侧重于实验探究过程和方法，从实验现象与数据中总结出规律。
- 中学物理常用的数据处理方法——数值计算法与作图法，也可以借助计算机软件进行数据归类、曲线拟合等。
- 教学重点——教学重点应在于明确探究目的，根据探究目的确定需要获取哪些数据，如何进行实验获取可信的数据，如何处理数据得出结论。
- 教学目标——在落实知识与技能目标的基础上，重点培养学生探究自然规律的信念，使学生学会一些常用的归纳、概括规律的方法，同时培养学生具有审视、深入思考规律合理性的意识与思维习惯。
第三类规律教学：理论分析
【案例】闭合电路欧姆定律的推导
- 规律的探究过程可以是先基于已有认识进行理论分析，推导出新的物理规律后再进行实验检验。
- 理论分析法可以是利用已有的概念和规律，推导出更普遍的规律；也可以利用较一般的规律，推导出特殊的规律。
- 教学重点——引导学生回顾已有的知识，尝试解决面对的问题，通过演绎推理发现新规律。
- 教学目标——在落实知识与技能目标的基础上，重点培养学生进行理性思考、尝试用已有认识解决新问题，以及逻辑推理的能力。
同一个物理规律可以采用不同的探究思路，教学中应根据实际情况来选择合适的探究思路，或者综合多种探究思路。
3.3 物理规律的理解与应用
规律教学的一般过程：探究规律、理解规律和应用规律
【案例】牛顿第二定律片段
物理规律的理解与应用主要包括：
- 讨论物理规律表达中的关键词，深刻理解其内涵；
- 探讨该物理规律与相关概念、规律的联系与区别；
- 通过新情境下的应用拓展对规律内涵与适用范围的认识；
- 学习运用物理规律解释、解决实际问题。
3.4 中学物理规律教学案例研究
案例：（待观看）
- 马山老师《阿基米德定律》教学设计
- 张延熙老师《探究凸透镜成像规律》教学视频
- 卫青山老师《楞次定律》教学视频
- 杨凤娟老师《闭合电路的欧姆定律》教学视频
- 周静忠老师《闭合电路的欧姆定律》教学视频
- 秦建云老师《牛顿第二定律》教学视频
- 金然老师《电动机》教学视频