“牛頓第一定律”的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)錄 一、指導(dǎo)思想及課前設(shè)計(jì) 高中物理第一冊(cè)“牛頓第一定律”一節(jié)，屬初、高中知識(shí)的結(jié)合部．學(xué)生在初中學(xué)習(xí)中．已經(jīng)了解了牛頓第一定律的基本內(nèi)容．如何以初中知識(shí)為生長(zhǎng)點(diǎn)、以教材內(nèi)容為線索，展開科學(xué)方法教育與思維能力培養(yǎng)是本課教學(xué)活動(dòng)的主要目標(biāo)．故教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)放在理解伽利略對(duì)“運(yùn)動(dòng)物體不受外力作用會(huì)保持自己的速度不變”論斷的研究、思考、推理過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究中常用的理想實(shí)驗(yàn)方法．為此本節(jié)教學(xué)采用討論式：教師列出講演提綱，在閱讀教材的基礎(chǔ)上，請(qǐng)一位學(xué)生率先演講，引發(fā)學(xué)生的問題，展開答辯與討論．教師在其間適當(dāng)引導(dǎo)與點(diǎn)撥，并由教師概括總結(jié)．設(shè)計(jì)這樣的教學(xué)方式，是基于教材具有循環(huán)性，學(xué)生已有一定基礎(chǔ)．旨在讓學(xué)生處于主動(dòng)地位．追尋科學(xué)家走向成功的足跡，學(xué)會(huì)像物理學(xué)家那樣發(fā)現(xiàn)問題、思考問題與解決問題．課堂教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生特別注意伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，注意它忽略次要因素、抓住主要因素的科學(xué)性．課堂教學(xué)中，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生不只是簡(jiǎn)單地否定或肯定什么，而且知道為什么否定或肯定以及如何進(jìn)行否定或肯定．學(xué)生演講提綱是：關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，①亞里斯多德的觀點(diǎn)是什么？②伽利略的觀點(diǎn)是什么？③我的看法是什么？④牛頓第一定律是如何表述的？預(yù)前問題是：1．從某一高度沿斜面滾落的球?yàn)槭裁纯梢匝貙?duì)接的另一斜面滾上同樣的高度？2．定律為什么不以伽利略的名字命名而稱為牛頓第一定律？3．牛頓第一定律包含了哪些內(nèi)容？問題1是為了深入理解伽利略的理想實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理方法；問題2是使學(xué)生了解從亞里斯多德到伽利略到牛頓，人們對(duì)慣性定律的認(rèn)識(shí)是如何逐步逼近真理的；問題3則是使學(xué)生對(duì)定律的認(rèn)識(shí)比初中提高一步． 二、課堂實(shí)錄  【引入】教師提出本課學(xué)習(xí)任務(wù)及教學(xué)方式，板書閱讀提綱．（學(xué)生閱讀教材“牛頓第一定律”一節(jié)全文，教師巡視．）【學(xué)生演講】（學(xué)生L被推為主講）古希臘學(xué)者亞里斯多德處在他的時(shí)代，對(duì)世界的認(rèn)識(shí)是很有局限的．所以亞里斯多德根據(jù)日常觀察得出的結(jié)論是：物體受了力才能運(yùn)動(dòng)，不受力，運(yùn)動(dòng)著的物體就會(huì)停下來，他認(rèn)為力是物體運(yùn)動(dòng)的原因．伽利略不同意亞里斯多德的看法．他認(rèn)為一輛小車不再推它會(huì)停下來是由于受到摩擦阻力的緣故．假如沒有摩擦力，這小車便不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)．伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來證明這一點(diǎn)：他把兩個(gè)光滑的斜面對(duì)接起來，先把一個(gè)光滑小球從一個(gè)斜面上某高度釋放，小球沿著斜面滾下來，然后滾上另一個(gè)斜面，在另一個(gè)斜面上它將滾到與釋放點(diǎn)等高的地方．對(duì)接的斜面傾角越小，小球要滾到原來的高度通過的距離越長(zhǎng)，那么當(dāng)對(duì)接的斜面成為水平面的話，小球就要一直地滾下去，這說明小球如果不受摩擦阻力，就可以持續(xù)地運(yùn)動(dòng)．我們生活在當(dāng)今世界，從一開始接受的就是伽利略以來的物理學(xué)知識(shí)，所以我贊同伽利略的觀點(diǎn)．我覺得牛頓第一定律的表述是完全正確的，這個(gè)定律反映了物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，指出了所有物體都具有慣性，同時(shí)也說到外力將迫使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．【討論】（有刪減）教師；剛才L同學(xué)概述了亞里斯多德和伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系的觀點(diǎn)以及牛頓第一定律的內(nèi)容，同時(shí)表明了自己的觀點(diǎn)．下面，同學(xué)們可以提出問題，請(qǐng)L同學(xué)答辯，也可以互相討論，請(qǐng)大家各抒己見．學(xué)生W：伽利略用理解實(shí)驗(yàn)作推論的一個(gè)重要前提是小球沿對(duì)接的斜面總可以滾到原來的高度，請(qǐng)解釋一下這是為什么？學(xué)生L：這個(gè)問題可以解釋：小球在高處有勢(shì)能，滾到斜面底部勢(shì)能變成動(dòng)能，再滾上另一個(gè)斜面時(shí)，動(dòng)能又逐漸還原成勢(shì)能．因?yàn)槔硐雽?shí)驗(yàn)中的斜面是光滑的．沒有摩擦，所以最后的高度一定與原來的高度一樣．（初中學(xué)過動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化與守恒的知識(shí)，W學(xué)生表示認(rèn)可．）學(xué)生F：我覺得這個(gè)解釋是后來人作的，伽利略當(dāng)時(shí)知道動(dòng)能勢(shì)能的概念嗎？教師：是啊，關(guān)于能的概念是伽利略以后一個(gè)半世紀(jì)才由英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊加以明確的．學(xué)生L：這………請(qǐng)其他同學(xué)發(fā)表高見！（一片議論）學(xué)生Z：我想伽利略可以做實(shí)驗(yàn)．他在實(shí)驗(yàn)中可以把斜面做得很光滑，這樣他會(huì)發(fā)現(xiàn)小球每次滾上的高度幾乎與原來落下時(shí)的高度相同，于是就可以推論，當(dāng)斜面極其光滑毫無摩擦?xí)r應(yīng)當(dāng)正好與原來等高．學(xué)生S：我覺得伽利略可以通過計(jì)算．老師以前曾講過一個(gè)例題，那個(gè)例題很像伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，我曾算過，小球在兩個(gè)斜面上的高度是一樣的．教師：Z同學(xué)和S同學(xué)的見解很好．Z同學(xué)所說的正是伽利略理想實(shí)驗(yàn)的事實(shí)基礎(chǔ)，伽利略的思考過程確實(shí)與Z同學(xué)所說相似，只是伽利略還借助了類比物——單擺．他是從單擺在空氣阻力很小的情況下來回?cái)[動(dòng)時(shí)到達(dá)幾乎相同的高度演化到小球在兩個(gè)對(duì)接斜面上的滾動(dòng)，得出結(jié)論的．所以伽利略的理想實(shí)驗(yàn)雖然無法實(shí)現(xiàn)，伽利略的結(jié)論也不能直接從實(shí)驗(yàn)得出，但它們有事實(shí)作依據(jù)，是觀察與思考的結(jié)果．S同學(xué)能聯(lián)系學(xué)過的知識(shí)，對(duì)一個(gè)例題中的情景給出正確的模型，值得大家學(xué)習(xí)．關(guān)于這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們還有問題嗎？學(xué)生C：我注意到兩個(gè)斜面的連接處是圓弧線，這是為什么？學(xué)生L：我想這是為了不讓小球彈跳，能使小球連續(xù)地滾動(dòng)吧．學(xué)生Y：我想，亞里斯多德講力維持運(yùn)動(dòng)，這力指的是動(dòng)力，這樣理解的話，他的觀點(diǎn)就對(duì)了．學(xué)生L：指動(dòng)力也不對(duì)，一只足球踢了一腳不再踢它，沒有了動(dòng)力，它還能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．教師：我來提一個(gè)問題：伽利略研究得出的正確結(jié)果為什么隔了一代以后才由牛頓寫成牛頓第一定律？學(xué)生X：我在一本書上看到，伽利略只是提出物體在沒有外力作用于它時(shí)沿直線勻速運(yùn)動(dòng)下去，沒有“直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)”一說，也就是不完整不全面．教師：是的．伽利略發(fā)現(xiàn)了不易直覺的摩擦力，改變了亞里斯多德根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)得出的直覺結(jié)論，應(yīng)用科學(xué)的推理方法得出了正確的結(jié)論．伽利略在他的著作《兩種新科學(xué)的對(duì)話》中寫道：“……一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體假如有了某種速度以后，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會(huì)始終保持這種速度——這個(gè)條件只有在水平的平面上才有可能……只有水平面上的運(yùn)動(dòng)才是不變的……．”我們看到伽利略的認(rèn)識(shí)已經(jīng)很接近慣性定律了．但是他的認(rèn)識(shí)還不夠確切，認(rèn)為只有在水平面上物體才具有保持速度的特性，他甚至曾由此而推論地球是圓的，任何水平面實(shí)際都是球面，物體不受力時(shí)將沿地球表面勻速地運(yùn)動(dòng)下去，這樣伽利略又重落入亞里斯多德從來將作勻速圓周運(yùn)動(dòng)視為物體本性的巢臼之中，一個(gè)偉大的定律從伽利略身旁悄然滑過了．牛頓繼承了伽利略的研究成果，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(zhǔn)確的結(jié)論：“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。”我們看到，從亞里斯多德以來，關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的問題，經(jīng)過了幾千年漫長(zhǎng)的求索過程，直到伽利略和牛頓時(shí)代以后，才加快了認(rèn)識(shí)進(jìn)程，認(rèn)識(shí)世界發(fā)現(xiàn)真理是很不容易的．接下來請(qǐng)同學(xué)們?cè)賮碛懻撘幌屡ｎD第一定律．這個(gè)定律包含了幾層意思？學(xué)生W：我覺得定律有兩層意思：1、定律指出一切物體都具有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的慣性．2、定律指出了外力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因．教師：對(duì)．讓我們?cè)僮⒁庖幌露芍械膸讉€(gè)字眼：“一切”、“總”、“或”．“一切”，說明天地萬物無一例外．“總”，指出物體的慣性是物體固有的屬性，不論物體處于什么狀態(tài)．“或”，指出了靜止與勻速直線運(yùn)動(dòng)的等同性．它們都是物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．【總結(jié)】教師對(duì)活躍的課堂氣氛和積極的學(xué)習(xí)態(tài)度加以肯定，關(guān)于伽利略理想實(shí)驗(yàn)的討論尤加贊賞，鼓勵(lì)學(xué)生在今后的物理學(xué)習(xí)中要像這堂課上一樣，多思考、多討論，把知識(shí)學(xué)透、學(xué)活．(浙江寧波市效實(shí)中學(xué)  315010  沈晨) 

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1 牛頓第一定律

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