时间：2022-04-08 14:22:15
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略
例1：物体运动的速度方向、加速度方向与作用在物体上合外力的方向之间的关系是：A.速度方向、加速度方向、合外力方向三者总是相同的
B.速度方向可与加速度成任何夹角，但加速度方向总是与合外力的方向相同
C.速度方向总是与合外力方向相同，而加速度方向可能与速度方向相同，也可能不相同
D.速度方向总是与加速度方向相同，而速度方向可能与合外力方向相同，也可能不相同。
此正确答案应为B
例2：一个物体受几个力的作用而处于静止状态，若保持其余几个力不变，而将其中一个力F1逐渐减小到零，然后又逐渐增大到F1(方向不变)，在这个过程中，物体的
A.加速度始终增大，速度始终增大
B.加速度始终减小，速度始终增大
C.加速度先增大，后减小，速度始终增大直到一定值
D.加速度和速度都是先增大后减小
此题答案应为“C”
例3：如图所示，在马达驱动下，皮带运输机的皮带以速率v向右水平运行，现将一块砖正对皮带上的A点轻轻地放在皮带上，此后
A.一段时间内，砖块将在滑动摩擦力的作用下对地做加速运动
B.当砖的速率等于v时，砖块与皮带间摩擦力变为静摩擦力
C.当砖块与皮带相对静止时它位于皮带上A点的右侧的某一点B
D.砖块在皮带上有可能不存在砖块与皮带相对静止的状态
此题答案应为AD
例4：自由下落的小球下落一段时间后与弹簧接触，从它接触弹簧开始到弹簧后缩到最短的过程中，小球的速度、加速度的变化情况是怎样的?
解答：运动过程分三段
(1)加速度逐渐减小的变加速运动
(2)速度达到最大
(3)加速度逐渐增大的变减速运动，直到速度减小为零
例5：如图所示，质量均为m的A、B两球之间系着一条不计质量的轻弹簧，放在光滑的水平面上，A球紧靠墙壁，今用力F将B球向左推压弹簧，平衡后，突然将力F撤去的瞬间，则
A.A球的加速度为
B.A球的加速度为零
C.B球的加速度为
D.B球的加速度为0
此题正确答案应为BC
例6：一质量为m的小球，用两根细绳悬吊处于静止，其中A、B绳水平，OB绳与竖直方向成角，如图所示
(1)当剪断水平绳AB的瞬间，小球加速度多大?方向如何?此时绳OB的拉力多大?(2)若剪断绳OB，则小球的加速度又是多大?方向如何?绳AB的拉力多大?
解：(1)剪断水平绳AB时，由于得力的作用效果，重力的一个分力拉BO绳，另一个分力使球沿垂直于绳OB的方向向下运动，mgsin=ma,a=gsin，方向垂直于OB向下，绳OB的拉力TOB=mgcos
(2)当剪断OB绳，此时小球在重力作用下沿竖直方向向下运动，其加速度就是重力加速度g，而绳AB的拉力为零。
例7：一根质量为M的木棒，上端用细绳系在天花板上，棒上有一质量为m的猴子，如图所示，若将绳子剪断，猴子沿棒向上爬，仍保持与地面间高度不变，求这时木棒下落的加速度。
解法一：分别以棒和猴为对象，作其受力分析图。
猴子：mg=f(1)
木棒：Mg+f=Ma(2)
(1)(2)联立：Mg+mg=Ma
解法二：
由牛顿第二定律有：
(M+m)g=Ma，
五、力学单位制
1、什么是单位制：
基本单位和导出单位一起组成了单位制
2、力学单位制
牛顿第二定律是动力学的核心规律，动力学又是经典力学的基础，也是进一步学习热学、电学等其他部分知识所必须掌握的内容。所以，牛顿第二定律是本章的中心内容，更是本章的教学重点。为了使学生对牛顿第二定律的认识自然、和谐，本节之前的“运动状态的改变”就是起到了承上启下的作用。承上，使学生对第一定律的认识得到强化；启下，即是通过实例的分析使学生定性地了解了牛顿第二定律的内容。本节教材是在前一节的基础上借助电脑通过实验分析，再进行归纳后总结出定量描述加速度、力和质量三者关系的牛顿第二定律。由实验归纳总结出物理规律是我们认识客观规律的重要方法。由于本实验涉及到三个变量：a、m、F，因此我们用控制变量的方法来进行研究：先确定物体的质量，研究加速度与力的关系；再确定力，研究加速度和质量的关系。在以后学习气体的状态变化规律，平行板电容器的电容，金属导体的电阻等内容中都用到了这一方法。控制变量法也是我们研究自然、社会问题的常用方法。通过教学，使学生学习分析实验数据，得出实验结论的两种常用方法—列表法和图像法，了解图像法处理数据的优点：直观、减少误差（取平均值的概念），及图像的变换，从a－m图（曲线）变到a－1/m图（直线），在验证玻一马定律中也用了这种方法。根据以上分析，我们知道本节课的教学目的不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容和意义，重点在于要让学生知道结论是如何得出的；在得出结论时用了什么样的科学方法和手段；在实验过程中如何控制实验条件和物理变量，如何用数学公式表达物理规律。让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。
通过本节课的学习，要让学生记住牛顿第二定律的表达式；理解各物理量及公式的物理意义；了解以实验为基础，经过测量、论证、归纳总结出结论并用数学公式来表达物理规律的研究方法，使学生体会到物理规律的简单美。
本节课的重点是成功地进行了演示实验和用电脑对数据进行分析。这是本节课的核心，是本节课成败的关键。
【教法和学法】
本节课采用以电脑辅助演示实验为主的，知识教学与科学方法教育相结合的“同步调控”模式。
按系统论的整体原理，整体功能要大于各要素功能之和。物理的知识、方法、能力、科学态度等都是教学的要素，如果把这些要素有机地联系起来，达到共同促进的作用，则物理教学的效果会更好，更有利于提高学生的素质。“同步调控”模式中，没有单纯地就方法讲方法，而是将知识的学习，方法的掌握，能力的培养，实事求是的科学态度的养成有机地结合起来，就是基于系统的整体原理考虑的。
再则，按教学论中教为主导，学为主体的原则，教师的任务是制订目标，组织教学活动，控制教学活动的进程，并随机应变，排除障碍，并承认和尊重学生的主体地位。“同步调控”的模式既注意了教的作用，将教师置于“调控”的地位。同时，更注意了学生的主体作用，有意识地设置教学活动的环境，让学生参与实验的设计，边演示、边提问，让学生边观察、边思考，再从实验数据总结出结论，最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论，如从a－m图像，猜想a与m成反比，然后画出a－1/m图，得出正确的结论。让学生在教学活动中学习知识，掌握科学方法，培养探索精神和创造力及实事求是的科学态度，以达到规定的教学目标和最佳效果。
【教学程序】
1问题引入新课
光滑水平面上的物体受水平拉力作用而做加速运动，引导学生分析物体的质量，加速度，拉力三者之间的定性关系，鼓励学生进行猜测，它们成正比、成反比、不成比例等。然后指明本节课我们大家一起来探索得出三者之间的定量关系，从而导出课题一牛顿第二定律。这样导入的用意是提高学生学习的兴趣和参予探索的积极性。
2设计实验方案
在引入课题后，启发学生思考：我们如何来研究F、m、a三者之间的关系？引导学生得出用实验法先确定m，研究a与F的关系；再确定F，研究a与m的关系，最后得出三者的定量关系。由于教材（必修第一册，人教版）中牛顿第二定律实验不足（夹子很难同时夹住两细线；由于线的弹力，小车要反冲后才能停下，实验误差大），我设计了用电脑辅助来探索a与F、m关系的实验，如附图。遮光片宽度L，通过光电门时间分别和，两只光电门间距为s。当滑块通过光电门时，光电门产生一个脉冲，通过计时器中的三极管放大后，从计算机LPT口输入，调用计算机定时中断来计算时间，然后利用公式
计算出加速度的值，结果显示在表格中，同时在坐标图上标上点，实验结束后，程序提供一个画直线模块，可用光标来控制直线的斜率。
3进行实验探索
请两位同学上台操作，其他同学边观察、边思考，教师控制电脑。先保持物体质量为200克不变，测出拉力分别为0.05牛、0.10牛、0.15牛和0.20牛时的加速度，填入表中和a－F图上，显示投影在大屏幕上，引导学生得出a∝F的结论。然后再保持拉力为0.10牛顿不变，测出物体的质量分别为200克、282克、332克和382克时的加速度，填入表中和a－m图上。在a一m图上可看到随m的增大a逐渐减少，但它们的关系不明确。引导学生大胆猜测a与m成反比，再画出a－1/m图，得到结论a∝1/m。
4分析归纳结论
引导学生分析实验结果，得出F=kma，在国际单位制中，定义1牛=l千克•，就可以得出牛顿第二定律F=ma。然后进行合理的外推，当物体受几个力作用而做加速运动时，F应为合力。由于力和加速度都是矢量，引导学生通过实例得到加速度的方向与合外力的方向一致。
5应用巩固练习
通过三道典型的问答和计算题，巩固学生对牛顿第二定律中各物理量的意义和加速度方向与合外力方向一致的理解，为进一步用牛顿第二定律解决实际问题打下基础。
6总结
【关键词】创新教育；教育模式
1. 教学设计说明 创新教育是把创造学、教育学、心理学等有关学科的理论有机地结合起来，通过学校课堂教学和课外活动的途径，帮助学生树立创新精神和创新能力的教育。创新教育的任务，就是使学生在系统地掌握学科知识的同时发展其创新能力，在德智体美全面发展的基础上，启发学生创新性地学知识，创造性地用知识，充分展示每一位学生的聪明才智，从而培养一批富有创造性和开拓性的创新型人才。物理课堂教学改革的突破口就是培养学生的创新精神和创造能力。
牛顿第二定律是动力学的核心规律，是高中物理的重点和中心内容。在教学环节中的形成知识、巩固知识和应用知识的三个环节中，应以形成知识为重。然而，在目前中学的物理教学中，往往在不同程度上偏重知识的应用――重在解题，而忽视了形成知识的过程。这种倾向将直接影响了学生知识结构的完整性和系统性。在传统教育模式下，本课一般采用定性实验――概括规律――规律应用，最后再用学生实验一验证。而我们在设计此课时，将定性实验改为定量的演示实验，让学生和老师一起探索实验中的规律 ，重视了形成知识的过程。
素质教育的核心是培养学生的创新精神和实践能力。在设计课时，充分注意了学生科学素质的培养，及创新精神和实践能力的体现。对于中学生来说，他的一切积极的思维，都往往来源于他对事物的疑问和惊讶开始，只有有了疑问，他才会进一步去思考和探索，才会有所发现、有所创新。本课在教学中重视教学和引导学生求异质疑相结合，注重为学生提供发现问题和应用知识的机会，并创造解决问题的条件，使学生积极参与教学活动。使他们的创造性思维可以得到培养和发展，使学生能在研究过程中亲身体验到驾驭知识、改造现实的自豪感，并从中能获得成功的喜悦；同时，也转变了“老师讲，学生听”的传统教育模式，使我们老师从“知识的传播者”转变为“知识探索的导航者”。因此，本节课设计时采用了“引探式”教学，创设了师生互动、合作学习、交互式教学的情境，引导学生发现问题，提出问题，大胆猜想，积极思考，勇于设计实验方案，解决问题，有效地促进了学生参与教学活动、主动学习，有效地培养了学生的创新认识，尽可能地增加了学生探索知识的活动。本课教学设计的主线如图1所示：
图1
本课在教学中采用了实验探索法和多媒体电教手段，并运用了控制变量法的研究方法，从实验入手，进行科学地猜想，通过计算机分析处理实验数据，探求物理规律，得出科学结论。通过探索分析过程，让学生亲身经历实验过程中对未知规律的探索，激发他们的思维状态，不仅培养了学生的实验能力、探索精神，初步形成科学态度、训练科学方法，而且还提高了学生的分析能力，解决实际问题的能力，使学生的创新精神在探索过程中得到培养。
2. 教 案
2.1 指导思想：通过实验探索教学法和多媒体电教手段的运用，优化课堂教学，发展学生创造能力，提高教学效率和教学质量。
2.2 教学目的：
(1) 通过实验研究，探索物体产生的加速度a和所受外力F、物体质量m三者之间存在的关系；
(2) 掌握牛顿第二定律的内容及其表达式；
(3) 知道力的单位“牛顿”是怎样定义的；
(4) 了解以实验为基础，经测量、归纳综合、推理得出结论并用公式表达物理规律的研究方法。
2.3 教学重点：牛顿第二定律的内容及表达式。
2.4 教学难点：用实验研究的方法，探索a、F、m三个物理量间的关系。
2.5 教学器材：
(1) 电教器材：多媒体电脑、数据/视频投影仪等；
(2) 实验器材：气源、气垫导轨、两个光电门、数字计时器、滑块、带细丝的小桶、质量为5g、10g等砝码5个，大、小不一的铁块、托盘天平等。
2.6 教学方法：实验探索、启发式教学法。
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。
牛顿第二定律具体地、定量地回答了物体加速度与它的受力以及自身的惯性-质量的关系，因而成为了牛顿物理学的核心。本节课开始之前，学生已经学习了牛顿第一定律，定性的知道了力是产生加速度的原因，质量是惯性大小的唯一量度，而惯性表现物体运动状态改变的难以程度，换句话说，加速度与力和质量都有关系。然后学生在实验室完成了加速度与质量、力的关系的探究，获得了数据，通过数据处理，得到了m一定时，加速度与力的大小成正比，F一定时，加速度与质量成反比这样的结论。在这样的理论和实践的前提下，开始本节知识的学习，遵循了循序渐进的学习过程，有利于知识的正迁移。
一、教学目标和重难点
基于以上教材分析和学情分析，本节课制定了以下目标：
1.知识与技能：（1）理解牛顿第二定律的内容和表达式；（2）知道1N的定义；（3）理解牛顿第二定律的特性（4）能够用牛顿第二定律求加速度。
2.过程与方法：（1）以实验为基础，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律，提高学生的分析概括能力；（2）通过1N的定义，体会单位的产生过程；
3.情感、态度、价值观：体会到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法，提升对物理学的兴趣。
教学重点：正确理解并运用牛顿第二定律；
教学难点：体会牛顿第二定律是确立运动与力之间关系的桥梁，体会定律中的因果性、瞬时性等特征。
二、教学教法
本节课采用多媒体和板书相结合的方式进行，在产生力的单位的过程中，采用小组讨论方式获得1N的意义。在课堂总结环节，通过问答确认本节课目标是否达成。
三、教学过程
本节课首先从问题引入，通过展示学生上一节探究实验的结果，即依据数据画出的a-F图像和a-1/m图像，总结出牛顿第二定律的文字表述。通过数学知识将定律表述为F=kma；引导学生体会比例系数k的值是由m、a的单位决定的，并给出1N的定义，通过小组讨论，当质量单位取克、克拉时，k的取值，深化只有当都采用国际单位制时，k才取1，牛顿第二定律的表达式简化为F=ma。
然后通过教师推桌子推不动，引导学生理解公式中F为合外力，并进一步讨论力和运动的关系。
通过举例详细阐述牛顿第二定律的因果性、矢量性、瞬时性、独立性、同一性这些特性，并简要说明还有相对性这个特点。帮助学生正确理解牛顿第二定律。
通过课本上的例1和斜面上物体沿斜面下滑的加速度求解，引导学生对物体的运动和受力进行分析，体会牛顿第二定律的桥梁作用，可以运用牛顿第二定律求得物体的加速度，对定律进行简单应用。
最后，通过提问的方式引导学生回顾本节课重点内容。
四、教学反思
本节汇报课整体达成了教学目标，学生清晰的理解k的取值，牛顿第二定律的内容和特性，会求简单问题的加速度。但是也存在不足：
1.对于牛顿第二定律瞬时性和同一性的理解，限于课堂时间有限，需要学生在后续解决问题的过程中不断深化。
一、“牛顿第二定律”教学中的情景设置
1.创设情境，导入新课
利用多媒体播放视频：刘翔110米栏夺金情景。
参照画面，提问：决赛时，刘翔将自己身上手表、项链等东西都摘了下来，穿上最轻的跑鞋，这样做有何原因？
结论：质量越小，运动状态越容易改变，也就是说在相同的情况下，物体获得的加速度就越大。
视频展示生活中的实例，创设物理情境，更能激发学生的学习兴趣，让学生集中注意力。
2.大胆提问，进行推理
提问：与物体加速度相关的因素有哪些？引导学生去分析和思考。让学生发表自己的意见。
3.设置生活情景，分析各种关系
（1）与物体所受外力的关系
①与物体受到的外力有关。例如，骑自行车用力刹车时，用的力越大，车越容易停下来，即阻力越大，自行车减速的加速度越大。
②与物体受到的外力无关。例如，用大小不一样的力推大石头，推不动，运动状态不变，加速度为零。
③与物体受到的合外力有关。例如，用大小不一样的力推大石头，推不动，是因为大石头同时受到摩擦力的作用，所受合外力为零，因此加速度也为零。
（2）与物体质量的关系
与物体的质量有关。例如，人分别用相同的力推自行车和摩托车时，自行车比较容易加速启动，而摩托车则较难。也就是说在相同的情况下，质量较小的自行车获得的加速度较大。
（3）与运动速度的关系
二、“牛顿第二定律”教学中的实验安排
组织学生以小组为单位设计研究方案。包含实验器材的选用、操作流程、数据计算和采集等。学生设计实验方案要严谨而规整，教师可以就每一组不同情况作针对性指导。择优选取代表性设计方案，并派代表上台介绍设计思路并进行演示，组织全班学生讨论，互相启发，互相补充，集思广益，完善方案。
1.小车运动典型案例
器材：小车；纸带；电火花打点计时器；细线；刻度尺；钩码；小桶；长木板；砝码；天平；垫木。
目的：研究小车运动状态，分析原因。
3.特殊说明
通过实验探究和数据整理采集，引导学生从实验误差、实验操作等方面来分析比较两种方案的差别。在教师引导下，共同确定用“滑块运动案例”进行实验研究，教师要利用课件着重讲解实验的具体步骤和注意事项。得出结论：滑块运动方案误差较小。
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：
