時間：2022-04-08 14:22:15
序論：在您撰寫牛頓第二定律教案時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
略
例1：物體運動的速度方向、加速度方向與作用在物體上合外力的方向之間的關系是：A.速度方向、加速度方向、合外力方向三者總是相同的
B.速度方向可與加速度成任何夾角，但加速度方向總是與合外力的方向相同
C.速度方向總是與合外力方向相同，而加速度方向可能與速度方向相同，也可能不相同
D.速度方向總是與加速度方向相同，而速度方向可能與合外力方向相同，也可能不相同。
此正確答案應為B
例2：一個物體受幾個力的作用而處于靜止狀態，若保持其余幾個力不變，而將其中一個力F1逐漸減小到零，然后又逐漸增大到F1(方向不變)，在這個過程中，物體的
A.加速度始終增大，速度始終增大
B.加速度始終減小，速度始終增大
C.加速度先增大，后減小，速度始終增大直到一定值
D.加速度和速度都是先增大后減小
此題答案應為“C”
例3：如圖所示，在馬達驅動下，皮帶運輸機的皮帶以速率v向右水平運行，現將一塊磚正對皮帶上的A點輕輕地放在皮帶上，此后
A.一段時間內，磚塊將在滑動摩擦力的作用下對地做加速運動
B.當磚的速率等于v時，磚塊與皮帶間摩擦力變為靜摩擦力
C.當磚塊與皮帶相對靜止時它位于皮帶上A點的右側的某一點B
D.磚塊在皮帶上有可能不存在磚塊與皮帶相對靜止的狀態
此題答案應為AD
例4：自由下落的小球下落一段時間后與彈簧接觸，從它接觸彈簧開始到彈簧后縮到最短的過程中，小球的速度、加速度的變化情況是怎樣的?
解答：運動過程分三段
(1)加速度逐漸減小的變加速運動
(2)速度達到最大
(3)加速度逐漸增大的變減速運動，直到速度減小為零
例5：如圖所示，質量均為m的A、B兩球之間系著一條不計質量的輕彈簧，放在光滑的水平面上，A球緊靠墻壁，今用力F將B球向左推壓彈簧，平衡后，突然將力F撤去的瞬間，則
A.A球的加速度為
B.A球的加速度為零
C.B球的加速度為
D.B球的加速度為0
此題正確答案應為BC
例6：一質量為m的小球，用兩根細繩懸吊處于靜止，其中A、B繩水平，OB繩與豎直方向成角，如圖所示
(1)當剪斷水平繩AB的瞬間，小球加速度多大?方向如何?此時繩OB的拉力多大?(2)若剪斷繩OB，則小球的加速度又是多大?方向如何?繩AB的拉力多大?
解：(1)剪斷水平繩AB時，由于得力的作用效果，重力的一個分力拉BO繩，另一個分力使球沿垂直于繩OB的方向向下運動，mgsin=ma,a=gsin，方向垂直于OB向下，繩OB的拉力TOB=mgcos
(2)當剪斷OB繩，此時小球在重力作用下沿豎直方向向下運動，其加速度就是重力加速度g，而繩AB的拉力為零。
例7：一根質量為M的木棒，上端用細繩系在天花板上，棒上有一質量為m的猴子，如圖所示，若將繩子剪斷，猴子沿棒向上爬，仍保持與地面間高度不變，求這時木棒下落的加速度。
解法一：分別以棒和猴為對象，作其受力分析圖。
猴子：mg=f(1)
木棒：Mg+f=Ma(2)
(1)(2)聯立：Mg+mg=Ma
解法二：
由牛頓第二定律有：
(M+m)g=Ma，
五、力學單位制
1、什么是單位制：
基本單位和導出單位一起組成了單位制
2、力學單位制
牛頓第二定律是動力學的核心規律，動力學又是經典力學的基礎，也是進一步學習熱學、電學等其他部分知識所必須掌握的內容。所以，牛頓第二定律是本章的中心內容，更是本章的教學重點。為了使學生對牛頓第二定律的認識自然、和諧，本節之前的“運動狀態的改變”就是起到了承上啟下的作用。承上，使學生對第一定律的認識得到強化；啟下，即是通過實例的分析使學生定性地了解了牛頓第二定律的內容。本節教材是在前一節的基礎上借助電腦通過實驗分析，再進行歸納后總結出定量描述加速度、力和質量三者關系的牛頓第二定律。由實驗歸納總結出物理規律是我們認識客觀規律的重要方法。由于本實驗涉及到三個變量：a、m、F，因此我們用控制變量的方法來進行研究：先確定物體的質量，研究加速度與力的關系；再確定力，研究加速度和質量的關系。在以后學習氣體的狀態變化規律，平行板電容器的電容，金屬導體的電阻等內容中都用到了這一方法?？刂谱兞糠ㄒ彩俏覀冄芯孔匀弧⑸鐣栴}的常用方法。通過教學，使學生學習分析實驗數據，得出實驗結論的兩種常用方法—列表法和圖像法，了解圖像法處理數據的優點：直觀、減少誤差（取平均值的概念），及圖像的變換，從a－m圖（曲線）變到a－1/m圖（直線），在驗證玻一馬定律中也用了這種方法。根據以上分析，我們知道本節課的教學目的不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容和意義，重點在于要讓學生知道結論是如何得出的；在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段；在實驗過程中如何控制實驗條件和物理變量，如何用數學公式表達物理規律。讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
通過本節課的學習，要讓學生記住牛頓第二定律的表達式；理解各物理量及公式的物理意義；了解以實驗為基礎，經過測量、論證、歸納總結出結論并用數學公式來表達物理規律的研究方法，使學生體會到物理規律的簡單美。
本節課的重點是成功地進行了演示實驗和用電腦對數據進行分析。這是本節課的核心，是本節課成敗的關鍵。
【教法和學法】
本節課采用以電腦輔助演示實驗為主的，知識教學與科學方法教育相結合的“同步調控”模式。
按系統論的整體原理，整體功能要大于各要素功能之和。物理的知識、方法、能力、科學態度等都是教學的要素，如果把這些要素有機地聯系起來，達到共同促進的作用，則物理教學的效果會更好，更有利于提高學生的素質?！巴秸{控”模式中，沒有單純地就方法講方法，而是將知識的學習，方法的掌握，能力的培養，實事求是的科學態度的養成有機地結合起來，就是基于系統的整體原理考慮的。
再則，按教學論中教為主導，學為主體的原則，教師的任務是制訂目標，組織教學活動，控制教學活動的進程，并隨機應變，排除障礙，并承認和尊重學生的主體地位。“同步調控”的模式既注意了教的作用，將教師置于“調控”的地位。同時，更注意了學生的主體作用，有意識地設置教學活動的環境，讓學生參與實驗的設計，邊演示、邊提問，讓學生邊觀察、邊思考，再從實驗數據總結出結論，最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏，給學生充分的時間進行思考和討論，如從a－m圖像，猜想a與m成反比，然后畫出a－1/m圖，得出正確的結論。讓學生在教學活動中學習知識，掌握科學方法，培養探索精神和創造力及實事求是的科學態度，以達到規定的教學目標和最佳效果。
【教學程序】
1問題引入新課
光滑水平面上的物體受水平拉力作用而做加速運動，引導學生分析物體的質量，加速度，拉力三者之間的定性關系，鼓勵學生進行猜測，它們成正比、成反比、不成比例等。然后指明本節課我們大家一起來探索得出三者之間的定量關系，從而導出課題一牛頓第二定律。這樣導入的用意是提高學生學習的興趣和參予探索的積極性。
2設計實驗方案
在引入課題后，啟發學生思考：我們如何來研究F、m、a三者之間的關系？引導學生得出用實驗法先確定m，研究a與F的關系；再確定F，研究a與m的關系，最后得出三者的定量關系。由于教材（必修第一冊，人教版）中牛頓第二定律實驗不足（夾子很難同時夾住兩細線；由于線的彈力，小車要反沖后才能停下，實驗誤差大），我設計了用電腦輔助來探索a與F、m關系的實驗，如附圖。遮光片寬度L，通過光電門時間分別和，兩只光電門間距為s。當滑塊通過光電門時，光電門產生一個脈沖，通過計時器中的三極管放大后，從計算機LPT口輸入，調用計算機定時中斷來計算時間，然后利用公式
計算出加速度的值，結果顯示在表格中，同時在坐標圖上標上點，實驗結束后，程序提供一個畫直線模塊，可用光標來控制直線的斜率。
3進行實驗探索
請兩位同學上臺操作，其他同學邊觀察、邊思考，教師控制電腦。先保持物體質量為200克不變，測出拉力分別為0.05牛、0.10牛、0.15牛和0.20牛時的加速度，填入表中和a－F圖上，顯示投影在大屏幕上，引導學生得出a∝F的結論。然后再保持拉力為0.10牛頓不變，測出物體的質量分別為200克、282克、332克和382克時的加速度，填入表中和a－m圖上。在a一m圖上可看到隨m的增大a逐漸減少，但它們的關系不明確。引導學生大膽猜測a與m成反比，再畫出a－1/m圖，得到結論a∝1/m。
4分析歸納結論
引導學生分析實驗結果，得出F=kma，在國際單位制中，定義1牛=l千克•，就可以得出牛頓第二定律F=ma。然后進行合理的外推，當物體受幾個力作用而做加速運動時，F應為合力。由于力和加速度都是矢量，引導學生通過實例得到加速度的方向與合外力的方向一致。
5應用鞏固練習
通過三道典型的問答和計算題，鞏固學生對牛頓第二定律中各物理量的意義和加速度方向與合外力方向一致的理解，為進一步用牛頓第二定律解決實際問題打下基礎。
6總結
【關鍵詞】創新教育；教育模式
1. 教學設計說明 創新教育是把創造學、教育學、心理學等有關學科的理論有機地結合起來，通過學校課堂教學和課外活動的途徑，幫助學生樹立創新精神和創新能力的教育。創新教育的任務，就是使學生在系統地掌握學科知識的同時發展其創新能力，在德智體美全面發展的基礎上，啟發學生創新性地學知識，創造性地用知識，充分展示每一位學生的聰明才智，從而培養一批富有創造性和開拓性的創新型人才。物理課堂教學改革的突破口就是培養學生的創新精神和創造能力。
牛頓第二定律是動力學的核心規律，是高中物理的重點和中心內容。在教學環節中的形成知識、鞏固知識和應用知識的三個環節中，應以形成知識為重。然而，在目前中學的物理教學中，往往在不同程度上偏重知識的應用――重在解題，而忽視了形成知識的過程。這種傾向將直接影響了學生知識結構的完整性和系統性。在傳統教育模式下，本課一般采用定性實驗――概括規律――規律應用，最后再用學生實驗一驗證。而我們在設計此課時，將定性實驗改為定量的演示實驗，讓學生和老師一起探索實驗中的規律 ，重視了形成知識的過程。
素質教育的核心是培養學生的創新精神和實踐能力。在設計課時，充分注意了學生科學素質的培養，及創新精神和實踐能力的體現。對于中學生來說，他的一切積極的思維，都往往來源于他對事物的疑問和驚訝開始，只有有了疑問，他才會進一步去思考和探索，才會有所發現、有所創新。本課在教學中重視教學和引導學生求異質疑相結合，注重為學生提供發現問題和應用知識的機會，并創造解決問題的條件，使學生積極參與教學活動。使他們的創造性思維可以得到培養和發展，使學生能在研究過程中親身體驗到駕馭知識、改造現實的自豪感，并從中能獲得成功的喜悅；同時，也轉變了“老師講，學生聽”的傳統教育模式，使我們老師從“知識的傳播者”轉變為“知識探索的導航者”。因此，本節課設計時采用了“引探式”教學，創設了師生互動、合作學習、交互式教學的情境，引導學生發現問題，提出問題，大膽猜想，積極思考，勇于設計實驗方案，解決問題，有效地促進了學生參與教學活動、主動學習，有效地培養了學生的創新認識，盡可能地增加了學生探索知識的活動。本課教學設計的主線如圖1所示：
圖1
本課在教學中采用了實驗探索法和多媒體電教手段，并運用了控制變量法的研究方法，從實驗入手，進行科學地猜想，通過計算機分析處理實驗數據，探求物理規律，得出科學結論。通過探索分析過程，讓學生親身經歷實驗過程中對未知規律的探索，激發他們的思維狀態，不僅培養了學生的實驗能力、探索精神，初步形成科學態度、訓練科學方法，而且還提高了學生的分析能力，解決實際問題的能力，使學生的創新精神在探索過程中得到培養。
2. 教 案
2.1 指導思想：通過實驗探索教學法和多媒體電教手段的運用，優化課堂教學，發展學生創造能力，提高教學效率和教學質量。
2.2 教學目的：
(1) 通過實驗研究，探索物體產生的加速度a和所受外力F、物體質量m三者之間存在的關系；
(2) 掌握牛頓第二定律的內容及其表達式；
(3) 知道力的單位“牛頓”是怎樣定義的；
(4) 了解以實驗為基礎，經測量、歸納綜合、推理得出結論并用公式表達物理規律的研究方法。
2.3 教學重點：牛頓第二定律的內容及表達式。
2.4 教學難點：用實驗研究的方法，探索a、F、m三個物理量間的關系。
2.5 教學器材：
(1) 電教器材：多媒體電腦、數據/視頻投影儀等；
(2) 實驗器材：氣源、氣墊導軌、兩個光電門、數字計時器、滑塊、帶細絲的小桶、質量為5g、10g等砝碼5個，大、小不一的鐵塊、托盤天平等。
2.6 教學方法：實驗探索、啟發式教學法。
在講解《牛頓第二定律》這一課中，從理論知識方面來說，首先要求學生能夠掌握牛頓第二定律的概念，通過控制變量法來研究加速度、質量和力三者之間的關系，并學會用圖像來進行數據分析和處理。除此之外，還要了解力學中基本的國際單位以及導出單位。
從實踐過程方面來說，采用實驗教學法，讓學生仔細觀察實驗過程，動手進行測量，根據實驗結果來歸納物體加速度、質量與外力之間的關系，然后由教師引導學生更深入地理解牛頓第二定律，以發散學生的思維能力，鍛煉學生的邏輯推理能力，培養學生的動手實踐能力，從而發現物理規律。
從情感態度和價值觀方面來說，要培養學生的合作能力，使學生自主投入到教學過程中，培養學生實事求是、追尋真理的精神。
二、教材分析
牛頓第二定律是高中物理課程中的重點教學內容，是整個動力學的核心規律，而經典力學的學習也要以動力學為基礎，因而牛頓第二定律的教學具有重要的意義。而且牛頓第二定律的學習可為學生日后對熱學和電學等內容的學習奠定基礎。
三、教法建議
可采用實驗法、歸納法等方法實施教學，通過多媒體技術制作課件和表格來幫助學生理解牛頓第二定律的知識點。
四、教學重點
《牛頓第二定律》的教學重點在于如何通過實驗來得出相應的結論，推導出牛頓第二定律。
五、教學難點
《牛頓第二定律》的難點在于如何引導學生真正掌握牛頓第二定律的含義和其延伸意義。
六、教學過程
1.復習導入
教師在開講之前，要先幫助學生回復之前所學的牛頓第一定律，讓學生回憶起牛頓第一定律的概念：一切物體，在沒有收到力的作用時，總保持靜止或勻速直線運動狀態。另外，還要幫助學生鞏固力和質量的關系，不同質量的物體在同樣大小的力的作用下，會有不同的反應，質量越大的物體，其運動的速度則越慢，慣性越大。
2.新課引入
在復習導入之后，教師則要引入新課內容。教師可以向學生提出問題，當一個物體受三個變量的影響，如何發現這三個變量之間的關系和規律。采用控制變量法，來固定其中一個變量，從而研究其他兩個變量。讓學生自行設計小實驗，舉出生活中的實例來證明加速度與物體質量及所受外力總和之間的關系。
3.實驗設計
第一個實驗：改變小車運行的軌道，讓小車在無外力的情況下受到平衡力的影響。在這個實驗過程中，教師可做相應的講解。當小車在運行的時候會受到摩擦力的影響，致使小車產生加速度。為了使小車不受摩擦力的影響，則可以將小車行駛的木板墊高，使小車不受拉力的影響而做勻速運動，讓小車行駛的重力和摩擦力相平衡，然后再使其受拉力的影響，便能使其只受拉力一個力的影響。
第二個實驗：使M保持不變，讓小車受不同的外力影響做勻速直線運動。讓小車拉動紙帶并通過所設定的打點計時器，利用相應的公式來求得拉力不同情況下的小車加速度值，并以表格的形式呈現出來。
第三個實驗：重復第二個實驗，保持F值固定不變，登記不同質量小車的加速度值，并同樣將其以表格的形式呈現。
完成實驗之后，則可以將第二個實驗和第三個實驗的表格數據進行比較，然后畫出相應的圖像，并對兩個圖形進行分析，以聯想二者間的關系。最后在分析之后則要進行總結和歸納，可得出：當物體的質量相同的時候，物體的質量則與加速度成反比。
七、例題
某省的高速列車在運行的時候最快的速度可以達到270 km/h，機車持續牽引力為150 N。假設此高速列車的總質量是100噸，而高速列車所受到的重力則為0.1×103N。問：列車受牽引力的影響進行勻速直線運動，那么需要多長時間其將會達到最大運行速度？
解：根據列車的總質量為100噸，其最快運行速度為75 m/s，而牽引力為150 KN，列車阻力則為f=0.1×103N
可依據牛頓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、板書設計
1.實驗探究：討論三個變量之間的關系和規律
（1）當質量一定的時候，加速度和物體所受合外力成正比。
（2）當合外力一定的時候，加速度與物體質量成反比。
2.牛頓第二定律
（1）概念。
（2）公式：a=F/m。
（3）特性：矢量性；瞬時性。
3.力學單位
（1）力學國際單位包含基本單位和導出單位兩個部分。
（2）基本單位有三個分別是：長度單位m，質量單位kg，時間單位s。
牛頓第二定律具體地、定量地回答了物體加速度與它的受力以及自身的慣性-質量的關系，因而成為了牛頓物理學的核心。本節課開始之前，學生已經學習了牛頓第一定律，定性的知道了力是產生加速度的原因，質量是慣性大小的唯一量度，而慣性表現物體運動狀態改變的難以程度，換句話說，加速度與力和質量都有關系。然后學生在實驗室完成了加速度與質量、力的關系的探究，獲得了數據，通過數據處理，得到了m一定時，加速度與力的大小成正比，F一定時，加速度與質量成反比這樣的結論。在這樣的理論和實踐的前提下，開始本節知識的學習，遵循了循序漸進的學習過程，有利于知識的正遷移。
一、教學目標和重難點
基于以上教材分析和學情分析，本節課制定了以下目標：
1.知識與技能：（1）理解牛頓第二定律的內容和表達式；（2）知道1N的定義；（3）理解牛頓第二定律的特性（4）能夠用牛頓第二定律求加速度。
2.過程與方法：（1）以實驗為基礎，歸納得到物體的加速度跟它的質量及所受外力的關系，進而總結出牛頓第二定律，提高學生的分析概括能力；（2）通過1N的定義，體會單位的產生過程；
3.情感、態度、價值觀：體會到由實驗歸納總結物理規律是物理學研究的重要方法，提升對物理學的興趣。
教學重點：正確理解并運用牛頓第二定律；
教學難點：體會牛頓第二定律是確立運動與力之間關系的橋梁，體會定律中的因果性、瞬時性等特征。
二、教學教法
本節課采用多媒體和板書相結合的方式進行，在產生力的單位的過程中，采用小組討論方式獲得1N的意義。在課堂總結環節，通過問答確認本節課目標是否達成。
三、教學過程
本節課首先從問題引入，通過展示學生上一節探究實驗的結果，即依據數據畫出的a-F圖像和a-1/m圖像，總結出牛頓第二定律的文字表述。通過數學知識將定律表述為F=kma；引導學生體會比例系數k的值是由m、a的單位決定的，并給出1N的定義，通過小組討論，當質量單位取克、克拉時，k的取值，深化只有當都采用國際單位制時，k才取1，牛頓第二定律的表達式簡化為F=ma。
然后通過教師推桌子推不動，引導學生理解公式中F為合外力，并進一步討論力和運動的關系。
通過舉例詳細闡述牛頓第二定律的因果性、矢量性、瞬時性、獨立性、同一性這些特性，并簡要說明還有相對性這個特點。幫助學生正確理解牛頓第二定律。
通過課本上的例1和斜面上物體沿斜面下滑的加速度求解，引導學生對物體的運動和受力進行分析，體會牛頓第二定律的橋梁作用，可以運用牛頓第二定律求得物體的加速度，對定律進行簡單應用。
最后，通過提問的方式引導學生回顧本節課重點內容。
四、教學反思
本節匯報課整體達成了教學目標，學生清晰的理解k的取值，牛頓第二定律的內容和特性，會求簡單問題的加速度。但是也存在不足：
1.對于牛頓第二定律瞬時性和同一性的理解，限于課堂時間有限，需要學生在后續解決問題的過程中不斷深化。
一、“牛頓第二定律”教學中的情景設置
1.創設情境，導入新課
利用多媒體播放視頻：劉翔110米欄奪金情景。
參照畫面，提問：決賽時，劉翔將自己身上手表、項鏈等東西都摘了下來，穿上最輕的跑鞋，這樣做有何原因？
結論：質量越小，運動狀態越容易改變，也就是說在相同的情況下，物體獲得的加速度就越大。
視頻展示生活中的實例，創設物理情境，更能激發學生的學習興趣，讓學生集中注意力。
2.大膽提問，進行推理
提問：與物體加速度相關的因素有哪些？引導學生去分析和思考。讓學生發表自己的意見。
3.設置生活情景，分析各種關系
（1）與物體所受外力的關系
①與物體受到的外力有關。例如，騎自行車用力剎車時，用的力越大，車越容易停下來，即阻力越大，自行車減速的加速度越大。
②與物體受到的外力無關。例如，用大小不一樣的力推大石頭，推不動，運動狀態不變，加速度為零。
③與物體受到的合外力有關。例如，用大小不一樣的力推大石頭，推不動，是因為大石頭同時受到摩擦力的作用，所受合外力為零，因此加速度也為零。
（2）與物體質量的關系
與物體的質量有關。例如，人分別用相同的力推自行車和摩托車時，自行車比較容易加速啟動，而摩托車則較難。也就是說在相同的情況下，質量較小的自行車獲得的加速度較大。
（3）與運動速度的關系
二、“牛頓第二定律”教學中的實驗安排
組織學生以小組為單位設計研究方案。包含實驗器材的選用、操作流程、數據計算和采集等。學生設計實驗方案要嚴謹而規整，教師可以就每一組不同情況作針對性指導。擇優選取代表性設計方案，并派代表上臺介紹設計思路并進行演示，組織全班學生討論，互相啟發，互相補充，集思廣益，完善方案。
1.小車運動典型案例
器材：小車；紙帶；電火花打點計時器；細線；刻度尺；鉤碼；小桶；長木板；砝碼；天平；墊木。
目的：研究小車運動狀態，分析原因。
3.特殊說明
通過實驗探究和數據整理采集，引導學生從實驗誤差、實驗操作等方面來分析比較兩種方案的差別。在教師引導下，共同確定用“滑塊運動案例”進行實驗研究，教師要利用課件著重講解實驗的具體步驟和注意事項。得出結論：滑塊運動方案誤差較小。
1 準備應用“變易學習法”
變易理論指出，教師在上課之前，就需要根據自己的教學經驗，結合前測和學前訪談，了解學生對學習內容的不同理解（V1），偵測和確認學生學習的難點.為此我們設計了一份關于牛頓第三定律的前測試卷，試題的來源主要是各省市質檢卷和高考試卷，偵測范圍為高一年級的12個教學平行班.
試卷的得分統計及對部分學生的訪談結果表明，在初中階段，學生已經對牛頓三大運動定律有了定性的了解，進入高一之后則進一步深入學習了直線運動公式及牛頓第一、第二兩條定律.學生已經能夠初步掌握單個物體受力和運動狀態變化的關系，并能對相關物理量進行計算.但是他們對物體間的相互作用還處于定性了解的階段，在實際運用中無法利用牛頓第二定律和牛頓第三定律解決多個物體相互作用情景下的實際問題.
以前測第10題為例：
如圖1所示，在等臂托盤天平兩盤中，一盤放著一個質量為m的物體，另一盤放著電磁鐵和鐵塊，天平平衡.當電磁鐵接通的瞬間，鐵塊被吸引而離開盤底，則鐵塊未到達電磁鐵而加速上升的過程中，天平右盤會上升還是下降嗎？試分析？
學生在該題的得分基本為0，但與分數相比，我們更關注的是學生對此題的認知程度.在前測試卷上，學生被要求將對該題的思路寫出來，同時結合前測后對不同類型學生的訪談，歸納出了三種不同層次的認知水平：
（1）鐵塊從盤底上升之后即脫離了左側系統，因此左側失去一部分質量變輕，右盤下降.
（2）鐵塊從盤底上升后仍然和磁體之間有相互吸引，天平仍平衡.
（3）鐵塊從盤底上升后對電磁鐵有向下的拉力且更大，左側下降右盤上升.
第一種認知表明學生并未認識到物體間相互作用，第二種則是認識到物體間存在相互作用但未能用牛頓第二定律進一步分析其變化，第三種則表明學生能夠很好的將牛頓第二定律和第三定律結合進行分析解題.測試結果顯示停留在第一種和第二種認知水平上的學生占大多數.
更為有趣的是，我們也找了高二、高三兩個年段的部分中等學生進行了測試和訪談.結果表明這部分學生仍然在這個題目中表現不佳.要找出這種現象的原因，需要反觀傳統的牛頓第三定律教學模式，通過收集牛頓第三定律相關的教學論文和教案，我們所見的教學模式大致有如下四個階段：
第一階段：以學生為主體，教師為學生創設不同的分組實驗體驗，如一對彈簧秤相互作用，固定于小車上的兩個磁鐵，以及教師進行的DIS演示實驗，在此基礎上提出牛頓第三定律.
第二階段：進行階段分析小結，闡述相互作用力的相互性、同時性，同質性.
第三階段：再進一步應用其他例子說明相互作用力與平衡力的異同.
第四階段：最后利用課堂練習進行檢測和鞏固.
資料顯示：雖然課堂結構略有不同，但教師不約而同的將教學重心更多放在作用力的相互性、同時性，同質性以及相互作用力與平衡力的異同等方面.這種教學模式的缺陷在于未能從整體的角度進行牛頓運動定律的教學.在牛頓三大運動定律中，前兩個定律是對單個物體而言，而在自然界中，物體之間總是互相聯系，密不可分的.要全面了解物體的運動規律，就需要研究物體間的相互作用，這也是牛頓第三定律所要揭示的內容.反映在教學過程中，要使學生將受力分析對象從一個物體擴展到多個物體，就要使其能將牛頓三大定律融合為一個有機整體.
教師在前測后的集備交流中，結合自身多年的教學實踐分析了學生在這類題目中出現困難的原因（V2）.學生在先前學習經驗中，并沒有明確將牛頓第二定律和牛頓第三定律的應用對象區別開：判斷物體相互作用力之間關系時使用牛頓第三定律，判斷物體運動狀態變化問題時則應該使用牛頓第二定律，這也是我們所確定的牛頓第三定律教學的關鍵特征.
2 針對關鍵特征的教學設計
在設計改進教案之時，參與集備的教師在如何處理學習內容上便有了不同的意見（V2）.一個典型的憂慮即是當改變已有成熟的教學模式，采用“變易理論”進行指導對教學設計進行改進之后，相對于接受傳統教學的學生，改進班學生是否會在知識的掌握和應用上出現落后情況.而最大的憂慮則是如何跨越理論和實踐的“鴻溝”進行突破和創新，為此在進行教學研究的過程中，需要專家的參與和指導.一個課堂學習研究小組的成員來自兩方面：其一來自一線教師；其二是來自專業機構的研究員，如學科教學專家和課堂學習研究的專家.
綜合幾次課前集備討論的結果，改進版的教案與傳統教案的最大區別在于創設了單一情境，教學圍繞著該情境不斷展開，課堂之初即提出了一個問題：
有個農夫把馬套上車，準備趕路（圖2），有同學就告訴那個農夫：“馬不可能拉動車的，因為根據牛頓第三定律，馬向前拉車的力與車向后拉馬的力，是一對相互作用力，大小相等，方向相反，所以兩個力相互抵消了，車就不可能前進了.如果車前進了，則說明牛頓第三定律是錯誤的.”
隨后的DIS演示（圖3）則是以兩個儀器分別代表車和馬，據此實驗結果說明相互作用力的相互性、同時性及同質性等特征.并以牛頓第三定律肯定了故事中同學表述中正確的部分：“馬向前拉車的力與車向后拉馬的力，是一對相互作用力，大小相等，方向相反”.
但可以看出，這并沒有解決為什么車會前進的問題，出現這一現象的原因在于學生并沒有關注到隱藏在該情境中新事物的特征.變易理論指出，當某一事物的一些特征出現變動，而其他特征維持不變，則變動的特征便會被辨識到.為使辨識的過程能夠出現，學生必須感到事物正在變動.教師不能強迫學生審辨，但卻可以創造機會，即通過“變易圖式”，引起學生對某些特征的關注，從而審辨到該特征，使它們從背景移到前景.基于此，在應用馬拉車的情境完成作用力反作用力與平衡力的異同教學之后，與傳統教學只是進行問題的講解和分析不同，改進班對最終解決“所以兩個力相互抵消了，車就不可能前進了.如果車前進了，則說明牛頓第三定律是錯誤的”這個情境采用了如下的變易范式（V3）：
在馬拉車這一不變的情境中，教師重點分析改變馬的拉力使車分別做加速、勻速和減速運動這一變易范式.在每一種運動中，教師引導學生分析不同運動過程中車的受力情況，并同時對比作用力反作用力之間關系.在教師引導下，學生逐層建構出以下三個結論：
①不同運動過程中，作用力反作用力關系未發生變化，而車的受力情況卻大不相同.
②作用力反作用力由于作用在不同物體上無法抵消，也不能作為車運動狀態是否變化的判斷依據.
③在判斷車的運動狀態時應該將注意力聚焦在車受到的力上.
類似的，也可以讓馬的拉力保持不變，改變車重從而改變車受到的摩擦力.通過這一系列經過系統安排的“變”與“不變”，學生很快就審辨出牛頓第二、第三定律在應用對象上的不同之處.
綜合對比改進教學和傳統教學這兩種模式，最大的區別有兩個：
首先，傳統教學創設了大量不同的實例進行教學，學生的思維在不同的情境中跳轉.這種教學模式注重不同情境間相通的地方，通過對不同實例的分析有利幫助學生理解牛頓第三定律的內在屬性，但較少涉及這些情境中所包含的其他物理規律.改進班的教學設計始終圍繞馬拉車的問題情境，而把其他實例的應用留作了課后練習.這種教學模式注重同一情境內不同的地方，使學生經歷同一事物的不同方面，進而審辨出牛頓第三定律的關鍵特征并使之與其他規律區別開來.
其次，傳統教學在牛頓第二、三定律應用對象上的區別時采取了經驗性的做法，教師在實際課堂中雖然也應用了馬拉車的實例組織學生進行討論，但未能有意識的采取改進班的“變易圖式”，只是簡單指出了問題的答案.改進班則注重使用變易范式系統地安排力的變化，如讓馬的拉力保持不變，通過車上貨物重量變化改變車所受的摩擦力，使車處于不同的運動狀態進行分析.通過這一系列變與不變的關系使學生深刻理解所學習內容的關鍵特征.
3 教學效果評測及反思
在分別進行了6個班傳統教學和6個班的改進教學之后，我們把前測的試卷再次進行了后測，需要說明的是研究開始之初（前測結束后），教師并未進行講評，課堂教學也不能涉及前測出現的試題，傳統組和改進組使用完全相同的上課素材.另外，無論是前測或是后測都以閉卷形式作答，同時安排教師監考以期最大限度的保證數據的可靠性.表1為傳統班和改進班后測數據對比：
