高中物理“牛頓第一定律”的教學設計與課堂實錄

“牛頓第一定律”的教學設計與課堂實錄一、指導思想及課前設計

高中物理第一冊（必修）“牛頓第一定律”一節(jié)，屬初、高中知識的結合部。學生在初中學習中，已經(jīng)了解了牛頓第一定律的基本內容，如何以初中知識為生長點、以教材內容為線索，展開科學方法教育與思維能力培養(yǎng)是本課教學活動的主要目標。故教學的測重點應放在理解伽略對“運動物體不受外力作用會保持自己的速度不變”論斷的研究、思考、推理過程，學習科學研究中常用的理想實驗方法。為此本節(jié)教學采用討論式：教師列出講演提綱，在閱讀教材的基礎上，請一位學生率先演講，引學生的問題，展開答辨與討論。教師在其間適當引導與點撥，并由教師概括總結，設計這樣的教學方式，是基于教材具有循環(huán)性，學生已有一定基礎，旨在讓學生處于主動地位，追尋科學家走向成功的足跡，學會像物理學家那樣發(fā)現(xiàn)問題、思考問題與解決問題。

課堂教學中，應引導學生特別注意伽利略的理想實驗，注意它忽略次要因素、抓住主要因素的科學性，課堂教學中，還應引導學生不只是簡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行否定或肯定。

學生演講提綱是：關于力與運動的關系，①亞里士多德的觀點是什么？②伽利略的觀點是什么？③我的看法是什么？④牛頓第一定律是如何表述的？預前問題是：1．從某一高度沿斜面滾落的球為什么可以沿對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容？問題1是為了深入理解伽利略的理想實驗與科學推理方法；問題2是使學生了解從亞里士多德到伽略到牛頓，人們對慣性定律的認識是如何逐步逼近真理的；問題3則是使學生對定律的認識比初中提高一步。二、課堂實錄〖引入〗教師提出本課學習任務及教學方式，板書閱讀提綱。

（學生閱讀教材“牛頓第一定律”一節(jié)全文，教師巡視。）〖學生演講〗（學生L被推為主講）

古希臘學者亞里士多德處在他的時代，對世界的認識是很有局限的，所以亞里士多德根據(jù)日常觀察得出的結論是：物體受了力才能運動，不受力，運動著的物體就會停下來，他認為力是物體運動的原因，伽利略不同意亞里士多德的看法，他認為一輛小車不再推它會停下來是由于受到摩擦阻力的緣故。假如沒有摩擦力，這小車便不會停止運動。伽利略設計了一個理想實驗來證明這一點：他把兩個光滑的斜面對接起來，先把一個光滑小球從一個斜面上某高度釋放，小球沿著斜面滾下來，然后滾上另一個斜面，在另一個斜面上它將滾到與釋放點等高的地方，對接的斜面傾角越小，小球要滾到原來的高度通過的距離越長，那么當對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)地運動，我們生活在當今世界，從一開始接受的就伽利略以來的物理學知識，所以我贊同伽利略的觀點，我覺得牛頓第一定律的表述是完全正確的，這個定律反映了物體不受外力時的運動規(guī)律，指出了氖的物體都具有慣性，同時也說到外力將迫使物體改變運動狀態(tài)?！加懻摗剑鲃h減）

教師：剛才L同學概述了亞里士多德和伽利略對運動與力的關系的觀點以及牛頓第一定律的內容，同時表明了自己的觀點，下面，同學們可以提出問題，請L同學答辨，也可以互相討論，請大家各抒已見。

學生W：伽利略用理解實驗作推論的一個重要前提是小球沿對接的斜面總可以滾到原來的高度，請解釋一下這是為什么？

學生L：這個問題可以解釋：不在高處有勢能，滾到斜面底部勢能變成動能，再滾上另一個斜面時，動能又逐漸還原成勢能。因為理想實驗中的斜面是光滑的，沒摩擦，所以最后的高度一定與原來的高度一樣，（初中學過動能與勢能轉化與守恒的知識，W學生表示認可。）

學生F：我覺得這個解釋是后來人作的，伽利略當時知道動能勢能的概念嗎？

教師：是啊，關于能的概念是伽利略以后一個半世紀才由英國物理學家托馬斯·楊加以明確的。

學生L：這……請其他同學生發(fā)表高見?。ㄒ黄h論）

學生Z：我想伽利略可以做實驗，他在實驗中可以把斜面做得很光滑，這樣他會發(fā)現(xiàn)小球每次滾上的高度幾乎與原來落下時的高度相同，于是就可以推論，當斜面極其光滑毫無摩擦時應當好與原來等高。

學生S：我覺得伽利略可以通過計算，老師以前曾講過一個例題，那個例題很像伽利略理想實驗的事實基礎，伽利略的思考過程確實與Z同學所說相似，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擺動時到達幾乎相同的高度學業(yè)倫到小球在兩個對接斜面上的滾動，得出結論的。所以伽利略的理想實驗雖然無法實現(xiàn)，伽利略的結論也不能直接從實現(xiàn)得出，但它們有事實作依據(jù)，是觀察與思考的結果。S同學聯(lián)系學過的知識，對一個例題中的情景給出正確的模型，值得大家學習。關于這個理想實驗，同學們還有問題嗎？

學生C：我注意到兩個斜面的連接處是圓弧線，這是為什么？

學生L：我想這是為了不讓小球彈跳，能使小球連續(xù)地滾動吧。

學生Y：我想，亞里士多德講力維持運動，這力指的是動力，這樣理解的話，他的觀點就對了。

學生L：指動力也不對，一只足球踢一了腳不再踢它，沒有了動力，它還能繼續(xù)運動。

……

教師：我來提一個問題：伽利略研究得出的正確結果為什么隔了一代以后才由牛頓寫成牛頓第一定律？

學生X：我在一本書上看到，伽利略只是提出物體在沒外力作用于它時沿直線勻速運動下去，沒有“直到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，改變了亞里士多德根據(jù)直接經(jīng)驗得出的直覺結論，應用科學的推理方法得出了正確的結論，伽利略在他的著作《兩種新科學的對話》中寫道：“……一個運動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，便會始終保持這種速度——這個條件只有在水平的平面上才有可能……只有水平面上的運動才是不變的……?！蔽覀兛吹劫だ缘恼J識已經(jīng)很接近慣性定律了，但是他的認識還不夠確切，認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，任何水平面實際都是球面，物體不受力時將沒地球表面勻速地運動下去，這樣伽利略又重落入亞里士多德從來將作勻速圓周運動視為物體本性的巢臼之中，一個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，作出了完整準確的結論：“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止?！?/p>

我們看到，從亞里士多德以來，關于力與運動的問題，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，認識世界發(fā)現(xiàn)真理是很不容易的。

接下來請同學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動狀態(tài)的慣性。2、定律指出了外力是改變運動狀態(tài)的原因。

教師：對，讓我們再注意一下定律中的幾個字眼：“一切”、“總”、“或”。

“一切”，說明天地萬物無一例外