一、创设问题情景，激发学生构建认知结构的欲望
超重和失重是牛顿第二定律的重要应用，日常生活中普遍存在的超失重现象为课堂教学情景的创设带来了极大的便利。这种来自于学生生活实际的教学资源更加有利于调动学生学习的积极性，激发学生自主构建认知结构的热情。本节课我们筛选了众多事例中的两例创设学习情景。
情景一：将医务室的体重计抬进教室，让某一学生称体重，教师设问：他的体重示数一定不变吗？学生顿时雀跃。再让他站在体重计上做下蹲动作，让全体学生观察示数变化（为了便于观察，可用摄像头把体重计刻度盘投影到屏幕上），教师再发问，示数为什么会变化呢？
情景二：将矿泉水瓶下部开一小孔，灌满水，瓶盖不要拧紧，开始用手堵住小孔，让学生观察松手后水流情况。然后教师站在凳子上，让学生观察瓶做自由落体时，水流情况。学生惊讶时，老师又将瓶子上抛，水也没有流出，学生纳闷时，教师又问：这是为什么？
通过这些有趣的生活情景创设和富有挑战性问题的提出，激发学生迫切构建产生这些现象的本质的认知结构。
二、设置程序式问题，引导学生自主有效地构建认知结构
随着高中学生日常生活经验的积累，对上述现象有见过，但又说不清为什么的模糊认知结构已初步形成，甚至是不科学的、片面的，需要我们通过课堂教学，引导学生构建正确的认知结构。有效的方法是通过巧设问题，引导学生积极思维，在思维活动和思维碰撞中自主构建，而不是教师灌输，学生被动认知的低效教学。为此我们设计了定性与定量相结合的程序式问题，引导学生分析归纳出产生超重和失重的条件。
问题1.人站在体重计上为什么会有示数？
目的：引出学生已有的知识和方法认知结构，进行受力分析，利用物体平衡条件得出体重计示数等于物体对称盘的压力。
问题2.一个人的质量是50 kg，站在电梯中的体重计上，当电梯以1.0 的加速度匀加速上升时体重计的示数是多大？（g取10 ）
目的：让学生定量计算得出示数为55 kg，大于50kg，初步建立超重概念认知结构。
问题3.若上题中电梯减速下降，加速度大小仍然为1.0 ，体重计的读数又是多少？
目的：变化物体运动方向，再让学生计算体重计的读数还是55 kg，得出物体仍然处于超重状态，进一步加深对超重概念的认知。
问题4.上述两个问题中有什么相同，又有什么不同？你能猜想出产生超重现象的条件吗？
目的：让学生通过对比研究，引导学生构建产生超重现象的共同性、规律性的认知结构，然后教师总结：不管向上还是向下运动，只要物体有向上的加速度，物体就处于超重状态，从而构建完整的超重条件认知结构。
问题5.什么情况下体重计的示数小于重力？
目的：让学生通过联想类比的方法，初步建构产生失重现象的条件认知结构。学生基本上都能回答出只要物体有向下的加速度，拓展了新构建的认知结构。然后通过问题6检验学生的猜想。
问题6.若问题2中，电梯是减速上升或加速下降，示数又为多少？
目的：学生通过定量研究，证实和巩固失重概念和规律的认知结构。
问题7.在超重、失重现象中物体受到的重力变不变？
目的：教师追问上述学生易错的问题，使超、失重认知结构更加清晰和完备。
问题8.若物体有向下的加速度a=g，则物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力怎样？
目的：通过师生共同分析计算得到F=0，及时归纳出完全失重的概念。为了巩固这一概念的认知结构，可以让学生解释课题引入时留下的问题：为什么矿泉水瓶自由下落或抛出时水不流出的原因，实现认知结构的深化应用。
通过以上问题的讨论，学生已构建了清晰科学的“超失重”认知结构，为了使其更加稳定和优化，我们还必须让学生通过典型问题的解决，巩固课堂教学成果。
三、分析典型问题，使学生丰富和拓展认知结构
教师课堂讲解典型问题的目的不只是解决问题本身，更重要的是传授解决问题的方法。从构建认知结构的角度来讲，讲解问题的目的是为了及时巩固和优化认知结构。选择的问题必须在解决过程中体现可用和可供提取解决一类问题的知识、方法和策略，使之真正纳入其认知结构。有经验的教师总会意识到有些问题适合举例，有些问题让学生独立解决更好。
问题1.某人在地面上能举起60 kg的物体，若在加速度下降的电梯里能举起80 kg的物体，求电梯的加速度。
目的：让学生认识牛顿第二定律在分析超重、失重问题中的作用，促进牛顿第二定律与超重、失重现象间的联系。引导得出应用牛顿第二定律解决超失重问题的一般步骤和方法，使认知结构中的方法部分更加稳定。
问题2.在绕地球做圆周运动的神舟号飞船内物体处于完全失重状态，下列哪种仪器仍可正常使用？（ ）
（A）天平（B）弹簧秤
（C）水银温度计（D）秒表
（E）电磁打点计时器（F）水银气压计
目的：增强认知结构中知识联系的紧密性和区分度，使认知结构更丰富。因为有些学生碰到易混淆的实际问题时，认知结构不够清晰，分析建模能力差，找不准方法，此题中仪器能否使用的判断依据是看其工作原理是否受到超重、失重的影响。
四、让学生自主解决问题，检验和巩固认知结构
习题既有巩固的功能，又有丰富和完善认知结构的功能。从建构与优化认知结构的角度，习题可分为三类，第一类是巩固与丰富型习题，目的是让学生通过练习，巩固某一知识点和认知结构的主要内容，丰富认知结构的细节，如典型的情景、细节的把握等；第二类是拓展型习题，这些习题常常涉及两个或两个以上知识点，目的是加强知识间的联系与区别；第三类是综合型习题，这些习题涉及的知识点多，情景跨度大，过程复杂，物体个数多，数学技巧高，解决这类问题不仅所调用认知结构中知识的数量多、层次高，而且所调用认知结构中知识的“特异性”（只适用于特定况）也明显。
类型一习题：
1.关于超重和失重，下列说法中正确的是（ ）
（A）超重是物体受的重力增加了
（B）失重就是物体受的重力减少了
（C）完全失重就是物体不受重力了
（D）不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的
对认知结构构建作用：巩固对超重、失重与完全失重的理解，使认知结构中的概念更清晰、稳定。
2.质量为m的物体放置在升降机内的台秤上，升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动，若物体处于失重状态，则（ ）
（A）升降机加速度方向竖直向下
（B）台秤示数减少ma
（C）升降机一定向上运动
（D）升降机一定做加速运动
对认知结构构建作用：应用认知结构中有关超重、失重的规律，使认知结构中的规律部分更加清晰、稳定。
3.质量为60 kg的人站在电梯内的台秤上，电梯从静止开始运动，台秤上的人注意到开始的3s内台秤示数为528 N，接着的8 s内台秤示数为588 N，最后台秤示数增大到678 N，直到静止时台秤又恢复到588 N，试问电梯是上升还是下降？升降的总高度是多少？
对认知结构构建作用：应用认知结构中有关方法，使认知结构中的方法部分更灵活。
类型二习题：
4.一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲到静止的过程中，指针示数变化应（ ）
（A）变小，最后等于他所受的重力
（B）变大，最后等于他所受的重力
（C）先变大后变小，最后等于他所受的重力
（D）先变小后变大，最后等于他所受的重力
对认知结构构建作用：分析实际问题时，首先要建模，将实际问题转化为典型的运动模型。在建模时，要注意分析速度的变化，从而确定加速度的方向，对加速度方向不同的阶段进行分段研究，强化超失重认知结构中的分析方法。
5.在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止。现突然发现物体被弹簧拉动，则判定升降机的运动状态可能是（ ）
（A）加速上升（B）加速下降
（C）减速上升（D）减速下降
对认知结构构建作用：拓展超重、失重认知结构，加强与其他知识间的联系。
类型三习题：
6.如图1所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C（包括支架）的总质量为M，B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点。当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为（ ）
（A）F=mg
（B）Mg＜F＜（M+m）g
（C）F=（M+m）g
（D）F＞（M+m）g
对认知结构构建作用：增强认知结构中知识间的联系，能挖掘出题中隐含着的超重现象，能提炼解决本题只需定性分析而不需定量计算和处理多物体问题的方法。
五、分析评价问题，努力完善和优化认知结构
在学习过程中，如果每次练习之后没有信息反馈，学生就无法使正确的理解、分析、推断得到强化或者使错误的认识得到矫正。教学反馈的重要环节是作业讲评，讲评的目的是为了发现并解决学生认知结构的缺陷，从而加以弥补完善。对学生产生的错误可从现象的把握是否正确，概念的理解是否到位，规律的掌握是否牢固，方法与策略应用是否得当，模型区分是否明确等角度进行分析，采取切实有效的措施。对于共性的问题，如学生缺少解决问题的相应方法和策略，除了讲授这些方法和策略之外，教师还应该布置针对性问题让学生再次练习。对于个性问题，教师必须个别指导，因为不同的学生建构的认知结构是不同的：有的学生认知结构不够丰富，细节上经常出问题；有的学生认知结构联系不够紧密，知识不会迁移；有的学生认知结构区分度不够，碰到相类似的问题容易混淆；有的学生虽然求解过程正确，但所用的方法不太合理等，教师要通过比较，展示学生形成的良好认知结构的范例，只有让学生意识到确实是自己认知结构上的问题才导致了错误，他们才会改变“能力不行”的自我评价，进而致力于完善自己的认知结构。
教学实践告诉我们，形成良好的认知结构不是一蹴而就的，一步到位的做法常常使绝大多数学生成为学习的失败者。教师要立足于每一堂课，精心设计教学方法、教学过程和教学手段，循序渐进地促进学生认知结构的构建。把传授知识、培养能力、提高科学素养的物理教学目标落实在本质上、源头上，即构建和优化学生的认知结构，这样的教学才会真正回归到以学生为本，以发展能力为中心，体现学生的主体性，实现教学的有效性。
