牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計

《牛頓第一定律》教學(xué)設(shè)計[案例背景]：高中物理新課程標準明確提出“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”，這是實現(xiàn)有效教學(xué)的一種方式。2022年12月，晉中市組織了首屆青年教師新課程課堂教學(xué)大賽，我有幸參加了角逐，感受頗深。在新課程的背景下，面對“牛頓第一定律”這個課題我大膽引導(dǎo)學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)，比如：學(xué)生應(yīng)該以怎樣的方式認識力與運動的關(guān)系；怎樣通過伽利略理想實驗的教學(xué)體現(xiàn)新課程理念等問題。在教學(xué)中，我刻意搭建師生互動和交流的平臺，突出了學(xué)生的主體作用，向?qū)崿F(xiàn)有效課堂教學(xué)邁出了可喜的一步。[案例描述]：教學(xué)片斷：歷史的回顧教師：從人類開始思考力和運動的關(guān)系到形成牛頓第一定律的過程中，凝聚了無數(shù)人的心血，其中有代表性的有哪些科學(xué)家？他們對力和運動關(guān)系各持什么樣的觀點？學(xué)生閱讀教材，分組討論。學(xué)生A：亞里斯多德根據(jù)經(jīng)驗得出的結(jié)論是：他認為力是維持物體運動的原因。教師：剛才我們已經(jīng)分析過了，這是一個錯誤的觀點?？茖W(xué)來源于實際，在科學(xué)并不發(fā)達的年代，人們常常從經(jīng)驗出發(fā)，經(jīng)過簡單思考來探究自然規(guī)律，這種經(jīng)驗結(jié)論是否科學(xué)，必須經(jīng)過實踐的檢驗，因為事物的本質(zhì)有時會被掩蓋在表面現(xiàn)象中。（中學(xué)階段談及亞里斯多德時，都是他的一些錯誤的觀點，容易使學(xué)生對亞里斯多德形成偏見，簡單介紹一下亞里斯多德的生平，有助于學(xué)生對其形成正確的評價）亞里斯多德（公元前384－前322）古希臘著名的哲學(xué)家、教育家、文學(xué)評論家、物理學(xué)家、生物學(xué)家、教育家、倫理學(xué)家和教師。黑格爾稱亞里斯多德是歷史上最多才、最淵博的科學(xué)天才之一，他的講課被認為是古希臘思想的百科全書。哈佛校訓(xùn)：“讓你與柏拉圖為友，讓你與亞里士多德為友，重要的，讓你與真理為友?！睂W(xué)生竊竊私語：原來亞里士多德這樣的偉大呀！學(xué)生B：伽利略認為力不是維持物體速度的原因，是改變物體速度的原因。教師引導(dǎo)學(xué)生：那么運動物體為什么最終會停下來？學(xué)生B：因為受到摩擦力的緣故。教師：那如果沒有摩擦力會怎么樣呢？學(xué)生B：物體會一直運動下去。教師：你完全可以和伽利略相媲美?。▽W(xué)生大笑）其實，當時伽利略也覺察到了將人們引入歧途的是摩擦力，如果沒有摩擦力他也認為物體會一直運動下去，并不需要力來維持。最有說服力的是實驗，但沒有摩擦的環(huán)境在自然界中不存在，那伽利略是設(shè)計了怎樣的實驗?zāi)?？學(xué)生：伽利略設(shè)計了理想實驗。教師：伽利略用理想實驗作推論的一個重要前提是什么呢？學(xué)生分析后回答：小球沿對接的斜面總可以滾到原來的高度。教師：請同學(xué)們分析一下這個實驗有事實依據(jù)嗎？伽利略在那些方面進行了科學(xué)的抽象？（教師與學(xué)生進行交流并回答學(xué)生提出的質(zhì)疑）學(xué)生C：我們以前處理過關(guān)于小球在對稱光滑斜面上的運動問題，符合這種情形。教師予以肯定。學(xué)生D：我們初中學(xué)過，小球在運動過程中重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，所以小球可以滾到原來的高度。教師：回答的不錯，但能量這個概念的提出是在伽利略之后的兩百年后，由英國物理學(xué)家托馬斯.楊提出的。其實，伽利略理想實驗是以事實為基礎(chǔ)的，只是他還借助了類比物——單擺．他是從單擺在空氣阻力很小的情況下來回擺動時到達幾乎相同的高度演化到小球在兩個對接斜面上的滾動，得出結(jié)論的．我們不妨重溫一下伽利略的實驗。教師演示：（1）放上細砂紙，讓小球從同一高度靜止?jié)L下將滾上另一斜面.（事實）（2）讓小球從一個較光滑斜面從同一高度靜止?jié)L下，發(fā)現(xiàn)小球滾得較高，幾乎等高.（事實）（3）如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?（推論）教師：伽利略以這個事實作依據(jù)，進行了合理的外推。剛才角度是任意的，如果減小第二個斜面的傾角，小球會怎樣運動？學(xué)生：仍然會上升到原來的高度，只是達到這個高度它會經(jīng)過更長的路程教師：如果繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，直到放平第二個斜面，小球會怎樣運動？學(xué)生：小球再也達不到原來的高度，而是沿著水平面以恒定的速度一直運動下去。教師：伽利略因此否定了亞里斯多德的觀點，認為力不是維持物體運動的原因。教師總結(jié)：這就是伽利略的理想斜面實驗。伽利略的理想實驗雖然無法實現(xiàn)，他的結(jié)論也不能直接從實驗得出，但它們有事實作依據(jù)，是觀察與思考的結(jié)果，它需求的是想像力，這不正是理想實驗的魅力所在嗎？愛因斯坦曾這樣評價：“伽利略的發(fā)現(xiàn)，以及他所用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正的開端。他因此被譽為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人”。學(xué)生：伽利略真的很了不起??！教師：關(guān)于力和運動的關(guān)系，笛卡兒又持以什么樣的觀點？學(xué)生：笛卡兒指出：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。教師：笛卡兒補充完善了伽利略的觀點，對物體運動作了準確的描述，為什么在隔了一代以后才由牛頓寫成牛頓第一定律？學(xué)生：當然是因為笛卡兒的觀點還沒有達到盡善盡美，不像牛頓第一定律表述的全面。教師：笛卡兒的觀點和牛頓第一定律比較，有哪些不足之處呢？學(xué)生分組探討，教師引導(dǎo)學(xué)生進行對照分析。學(xué)生代表1：笛卡兒雖然對物體的運動作了準確的描述，但沒有指明原因是什么，這個原因跟運動的關(guān)系是什么。學(xué)生代表2：笛卡爾也沒有將運動和力的關(guān)系表述出來，也沒有將此規(guī)律推廣到一切物體，笛卡爾的觀點也只能是個原理。教師：回答的很好。牛頓繼承了伽利略、笛卡爾的研究成果，并以自己的發(fā)現(xiàn)完善了這些成果，以定律的形式，作出了完整準確的結(jié)論：“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。”教師：為什么說牛頓第一定律是完整準確的呢？學(xué)生討論后回答：牛頓第一定律不僅對物體的運動作了準確的描述，還揭示了力與運動的關(guān)系。教師：那么牛頓第一定律是從幾方面闡述了力與運動的關(guān)系呢？學(xué)生討論后回答：兩個方面。不受力時，物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)；受力時，迫使它改變這種狀態(tài)。教師：接下來請同學(xué)們再來討論一下牛頓第一定律。這個定律包含了幾層意思？學(xué)生在教師引導(dǎo)下答出：1、定律指出一切物體都具有保持原來運動狀態(tài)的慣性；2、定律指出了力是改變運動狀態(tài)的原因。

教師：我們看到，從亞里斯多德以來，關(guān)于力與運動的問題，經(jīng)過了幾千年漫長的求索過程，直到伽利略和牛頓時代以后，才加快了認識進程，可見認識世界，發(fā)現(xiàn)真理是很不容易的。教學(xué)反思：

本節(jié)課的教學(xué)采取的探究式方法，打破了以往的傳統(tǒng)設(shè)計，從課堂反饋情況來看，學(xué)生對這樣處理“牛頓第一定律”的教學(xué)還是比較歡迎的，通過探究學(xué)習(xí)較為深刻地認識到了牛頓