1. 牛頓第一定律2

牛頓第一定律探究式教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省靖江高級中學(xué) 劉宏一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路牛頓第一定律是力學(xué)的基石，它糾正了自亞里士多德以來長達(dá)近兩千年的的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，改變了人類的自然觀和世界觀，對物理學(xué)的發(fā)展有重大影響。慣性和牛頓第一定律都比較抽象，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)也是一種重要的思想方法，學(xué)生真正理解起來是有難度的。教學(xué)中我們也發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生真正改變“力是運(yùn)動的原因”這一直覺觀念非常困難，很多同學(xué)在分析物理問題時(shí)，總是不自覺地變成亞里士多德的“信徒”。比如看到物體在運(yùn)動，就認(rèn)為它一定受到力的作用；物體向東運(yùn)動就認(rèn)為物體必定受向東的力；物體的速度大是因?yàn)樗芰Υ蟮木壒?；物體不受力，它的速度也應(yīng)為零等等。要改變這一現(xiàn)狀應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):其一、學(xué)生在觀察現(xiàn)象和生活體驗(yàn)中獲得感性認(rèn)識；其二，學(xué)生參與牛頓第一定律得出的思維過程；其三，讓學(xué)生感受科學(xué)的思想方法。因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，注重課內(nèi)與課外的緊密結(jié)合，先讓學(xué)生觀察公交車上的現(xiàn)象，讓學(xué)生獲得力與運(yùn)動關(guān)系的基本認(rèn)識，體現(xiàn)“從生活走向物理”的理念。接著讓學(xué)生帶著問題回到課堂，體驗(yàn)“理想實(shí)驗(yàn)”的魅力，感受科學(xué)的思想方法。然后遵循歷史發(fā)展的線索，讓學(xué)生參與到牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過程，感受到一個(gè)定律需要幾代科學(xué)家的共同努力，體會到牛頓的高明之處。最后，分析牛頓第一定律的意義、慣性及生活中的慣性現(xiàn)象，體現(xiàn)了“由物理走向社會”的理念。二、教學(xué)目標(biāo)2.1知識與技能 （1）了解人類探索力和運(yùn)動關(guān)系的過程。（2）理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。（3）理解慣性，知道質(zhì)量是慣性的量度。2.2過程與方法（1）在伽利略斜面實(shí)驗(yàn)研究力和運(yùn)動關(guān)系的過程中，學(xué)習(xí)理想實(shí)驗(yàn)這種科學(xué)研究方法。（2）培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Γ煌ㄟ^學(xué)生對歷史演變過程的“親身”參與，培養(yǎng)他們深度分析和思考的能力；通過對生活實(shí)例的分析，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。2.3情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）讓學(xué)生感受科學(xué)探究過程的艱辛，感受科學(xué)之美和科學(xué)的精神。（2）在學(xué)習(xí)牛頓第一定律建立的過程中，學(xué)習(xí)伽利略與牛頓等科學(xué)家的創(chuàng)造性思維的品質(zhì)和敢于質(zhì)疑、堅(jiān)持真理的獻(xiàn)身精神。三、教學(xué)重難點(diǎn)3.1教學(xué)重點(diǎn)：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律；慣性的理解。3.2教學(xué)難點(diǎn)：力和運(yùn)動的關(guān)系；質(zhì)量和慣性的關(guān)系。四、教學(xué)資源 公共汽車、金魚缸、籃球、玩具娃娃、小鐵球、小塑料球、多媒體五、教學(xué)流程應(yīng)用拓展學(xué)生觀察和體驗(yàn)提 升現(xiàn) 象 解 釋學(xué)生分析和質(zhì)疑學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)師生演示實(shí)驗(yàn)總結(jié) 學(xué)生觀察和體驗(yàn) 提出問題 亞里士多德的觀點(diǎn) 伽利略的觀點(diǎn) 笛卡爾的補(bǔ)充 牛頓第一定律 慣性的量度 六、教學(xué)過程6.1新課引入【新課導(dǎo)語】同學(xué)們，愛因斯坦說過：“有一個(gè)基本問題，幾千年來都因?yàn)樗珡?fù)雜而含糊不清，這就是運(yùn)動的問題?！边\(yùn)動問題真這樣復(fù)雜嗎？今天我們就帶著這個(gè)問題，一起踏上旅途。讓我們隨著汽車由靜止開始加速、勻速、減速，觀察和體驗(yàn)車內(nèi)的現(xiàn)象，并分析各種運(yùn)動狀態(tài)下，力發(fā)揮著怎樣的作用呢？【學(xué)生觀察和體驗(yàn)】（通過讓學(xué)生在汽車上觀察現(xiàn)象和體驗(yàn)生活，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，讓學(xué)生能夠形成感性認(rèn)識，意識到科學(xué)來源于生活，體現(xiàn)了由生活走向物理的理念。）6.2新課教學(xué)學(xué)生把在車上觀察的結(jié)果進(jìn)行列舉，初步分析運(yùn)動和力的關(guān)系。教師根據(jù)汽車松開油門后減速的現(xiàn)象引出亞里士多德的觀點(diǎn)?！窘處熞龑?dǎo)】要維持汽車一直運(yùn)動，必須給汽車一個(gè)牽引力。根據(jù)大量類似的現(xiàn)象，2000多年前古希臘著名哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為：物體的運(yùn)動需要力來維持，即力是維持物體運(yùn)動的原因。請大家根據(jù)剛才車上的現(xiàn)象分析亞里士多德的觀點(diǎn)是否正確呢？ 【學(xué)生分析】學(xué)生通過車上大量的現(xiàn)象分析推翻亞里士多德的觀點(diǎn)。（讓學(xué)生分析現(xiàn)象由感性認(rèn)識初步提升到理性認(rèn)識，感受到科學(xué)探究就在我們的身邊。）【教師引導(dǎo)】亞里士多德是古希臘著名的的科學(xué)家和哲學(xué)家，他寫的著作是古代的百科全書，據(jù)說有四百到一千部。恩格斯評價(jià)他為最博學(xué)的人。這樣偉大的人怎么會得出在我們今天看來這么荒謬的結(jié)論呢？請大家發(fā)表自己的觀點(diǎn)?！緦W(xué)生交流發(fā)表自己的觀點(diǎn)】【教師總結(jié)】在那個(gè)時(shí)代，人們通過觀察，從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，經(jīng)過思考來探究自然規(guī)律。這種經(jīng)驗(yàn)結(jié)論是否科學(xué)、是否是正確，必須經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)。事物的本質(zhì)往往被掩蓋在表象之中。（通過介紹亞里士多德的貢獻(xiàn)，學(xué)生能全面了解亞里士多德。引導(dǎo)學(xué)生分析亞里士多德錯(cuò)誤產(chǎn)生原因，為科學(xué)研究需要正確的方法做好鋪墊。）【教師引導(dǎo)】直至300多年前，有一個(gè)人，他認(rèn)為物體的運(yùn)動不需要力來維持。他就是伽利略。伽利略是如何來推翻亞里士多德的觀點(diǎn)呢？讓我們一起來感受一下理想實(shí)驗(yàn)的魅力。無布很光滑斜面有布斜面演示實(shí)驗(yàn)1:軌道上鋪設(shè)紗布和取走紗布后，讓小球分別從相同的高度靜止釋放，觀察小球上升高度的變化。【教師引導(dǎo)】取走紗布，讓小球從相同的高度釋放，我們發(fā)現(xiàn)小球上升的高度變高了。這是什么原因呢？如果斜面是光滑的，那么小球又將上升到哪里呢？【學(xué)生歸納總結(jié)】小球上升的高度變高的原因是因?yàn)槟Σ亮ψ冃×?。斜面是光滑的，小球?qū)⑸仙匠跏几叨?。演示?shí)驗(yàn)2：減小小球上升軌道的傾角，讓小球從同一高度釋放，觀察小球的路程的變化?！緦W(xué)生歸納總結(jié)】結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)1的結(jié)論分析得出：小球要上升到原來的高度，傾角減小后必須通過更長的路程?！窘處熞龑?dǎo)】如果繼續(xù)減小傾角，將斜面變成水平面，那么會有什么現(xiàn)象呢？【學(xué)生歸納總結(jié)】繼續(xù)減少第二個(gè)斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒉荒艿竭_(dá)原來的高度，就要沿著水平面以恒定的速度持續(xù)運(yùn)動下去。【學(xué)生討論交流】總結(jié)理想實(shí)驗(yàn)的方法。【教師小結(jié)】在學(xué)生總結(jié)的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步介紹伽利略的貢獻(xiàn)和理想實(shí)驗(yàn)對科學(xué)的推動作用。（學(xué)生親身感悟理想實(shí)驗(yàn)的邏輯思維方法和教師的補(bǔ)充介紹，提高學(xué)生對理想實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識。）【教師引導(dǎo)】介紹笛卡爾的觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生分析笛卡爾的補(bǔ)充?！緦W(xué)生討論交流】對比伽利略的觀點(diǎn)，分析笛卡爾做得兩點(diǎn)補(bǔ)充：由水平面變成任意直線和暗含了力可以改變物體運(yùn)動狀態(tài)?！窘處熞龑?dǎo)】介紹牛頓第一定律，引導(dǎo)學(xué)生分析牛頓對笛卡爾觀點(diǎn)的完善?！緦W(xué)生分析】在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)牛頓第一定律又揭示了兩層含義：一、“直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止”揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系。力不是維持物體運(yùn)動的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。二、“一切物體”說明了保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)是物體的固有屬性。牛頓第一定律明確了慣性的概念?！窘處熞龑?dǎo)】介紹牛頓的貢獻(xiàn)和他謙虛的品質(zhì)。（讓學(xué)生參與到了牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)全部過程，感受到一個(gè)定律需要靠幾代科學(xué)家的共同努力才能得出的，讓學(xué)生更好地理解牛頓第一定律，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的熱愛和科學(xué)家崇高人品的欽佩。）【學(xué)生討論交流】學(xué)生運(yùn)用牛頓第一定律分析車內(nèi)的各種現(xiàn)象。【教師引導(dǎo)】根據(jù)學(xué)生分析的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)車內(nèi)的裝置，提醒學(xué)生提高安全意識。（通過自主分析，學(xué)生進(jìn)一步加深對知識的理解，再次感受到科學(xué)探究就在我們身邊。教師的引導(dǎo)讓學(xué)生體會到科技服務(wù)于生活，服務(wù)于社會。體現(xiàn)了由物理走向社會的理念。）【教師引導(dǎo)】根據(jù)“慣性的大小反應(yīng)了物體運(yùn)動狀態(tài)改變的難易和力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較物體慣性的大小?！緦W(xué)生討論交流】學(xué)生運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)兩種方案：一是力相同下，物體運(yùn)動狀態(tài)改變快的慣性??；二是運(yùn)動狀態(tài)改變快慢相同的情況下，受力大的物體慣性大。【師生合作】兩個(gè)大小相同且包裝過的小球通過細(xì)線懸掛在教師手中，請一個(gè)學(xué)生分別吹它們，全體同學(xué)注意觀察現(xiàn)象。最后由學(xué)生揭開包裝，發(fā)現(xiàn)是鐵球和塑料球。通過演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)質(zhì)量是慣性大小的量度?！緦W(xué)生討論交流】學(xué)生討論交流改變質(zhì)量從而改變慣性的相關(guān)生活、生產(chǎn)和科技的現(xiàn)象。（通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能更好地掌握物理研究的方法控制變量法，同時(shí)也提升了自己的創(chuàng)新能力。簡單而有趣的演示實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的興趣。）【布置作業(yè)】生活中還有很多很多和慣性相關(guān)的現(xiàn)象，還請同學(xué)們課后注意觀察，也請大家思考如何應(yīng)用慣性相關(guān)知識也解決身邊的一些實(shí)際問題。【總結(jié)提升】學(xué)生暢談收獲和體會。教師根據(jù)學(xué)生的發(fā)言進(jìn)行小結(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們不迷信權(quán)威，執(zhí)著追求真理的精神；激勵(lì)學(xué)生勇于探索，勇攀科學(xué)高峰。（師生的共同總結(jié)升華了學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀的教育。）