牛顿第一定律教学设计

《牛顿第一定律》教学设计
[案例背景]：
高中物理新课程标准明确提出 “倡导探究性学习”，这是实现有效教学的一种方式。2012年12月，晋中市组织了首届青年教师新课程课堂教学大赛，我有幸参加了角逐，感受颇深。在新课程的背景下，面对“牛顿第一定律”这个课题我大胆引导学生进行探究性学习，比如：学生应该以怎样的方式认识力与运动的关系；怎样通过伽利略理想实验的教学体现新课程理念等问题。在教学中，我刻意搭建师生互动和交流的平台，突出了学生的主体作用，向实现有效课堂教学迈出了可喜的一步。
[案例描述]：
教学片断：历史的回顾
教师：从人类开始思考力和运动的关系到形成牛顿第一定律的过程中，凝聚了无数人的心血，其中有代表性的有哪些科学家？他们对力和运动关系各持什么样的观点？
学生阅读教材，分组讨论。
学生A：亚里斯多德根据经验得出的结论是：他认为力是维持物体运动的原因。
教师：刚才我们已经分析过了，这是一个错误的观点。科学来源于实际，在科学并不发达的年代，人们常常从经验出发，经过简单思考来探究自然规律，这种经验结论是否科学，必须经过实践的检验，因为事物的本质有时会被掩盖在表面现象中。
（中学阶段谈及亚里斯多德时，都是他的一些错误的观点，容易使学生对亚里斯多德形成偏见，简单介绍一下亚里斯多德的生平，有助于学生对其形成正确的评价）
亚里斯多德（公元前384－前322）古希腊著名的哲学家、教育家、文学评论家、物理学家、生物学家、教育家、伦理学家和教师。黑格尔称亚里斯多德是历史上最多才、最渊博的科学天才之一，他的讲课被认为是古希腊思想的百科全书。
哈佛校训：“让你与柏拉图为友，让你与亚里士多德为友，重要的，让你与真理为友。”
学生窃窃私语：原来亚里士多德这样的伟大呀！
学生B：伽利略认为力不是维持物体速度的原因，是改变物体速度的原因。
教师引导学生：那么运动物体为什么最终会停下来？
学生B：因为受到摩擦力的缘故。
教师：那如果没有摩擦力会怎么样呢？
学生B：物体会一直运动下去。
教师：你完全可以和伽利略相媲美！（学生大笑）
其实，当时伽利略也觉察到了将人们引入歧途的是摩擦力，如果没有摩擦力他也认为物体会一直运动下去，并不需要力来维持。最有说服力的是实验，但没有摩擦的环境在自然界中不存在，那伽利略是设计了怎样的实验呢？
学生：伽利略设计了理想实验。
教师：伽利略用理想实验作推论的一个重要前提是什么呢？
学生分析后回答：小球沿对接的斜面总可以滚到原来的高度。
教师：请同学们分析一下这个实验有事实依据吗？伽利略在那些方面进行了科学的抽象？
（教师与学生进行交流并回答学生提出的质疑）
学生C：我们以前处理过关于小球在对称光滑斜面上的运动问题，符合这种情形。
教师予以肯定。
学生D：我们初中学过，小球在运动过程中重力势能和动能可以相互转化，所以小球可以滚到原来的高度。
教师：回答的不错，但能量这个概念的提出是在伽利略之后的两百年后，由英国物理学家托马斯.杨提出的。其实，伽利略理想实验是以事实为基础的，只是他还借助了类比物——单摆．他是从单摆在空气阻力很小的情况下来回摆动时到达几乎相同的高度演化到小球在两个对接斜面上的滚动，得出结论的．我们不妨重温一下伽利略的实验。
教师演示：
（1）放上细砂纸，让小球从同一高度静止滚下将滚上另一斜面. （事实）
（2）让小球从一个较光滑斜面从同一高度静止滚下，发现小球滚得较高，几乎等高. （事实）
（3）如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度. （推论）
教师：伽利略以这个事实作依据，进行了合理的外推。刚才角度是任意的，如果减小第二个斜面的倾角，小球会怎样运动？
学生：仍然会上升到原来的高度，只是达到这个高度它会经过更长的路程
教师：如果继续减小第二个斜面的倾角，直到放平第二个斜面，小球会怎样运动？
学生：小球再也达不到原来的高度，而是沿着水平面以恒定的速度一直运动下去。
教师：伽利略因此否定了亚里斯多德的观点，认为力不是维持物体运动的原因。
教师总结：这就是伽利略的理想斜面实验。伽利略的理想实验虽然无法实现，他的结论也不能直接从实验得出，但它们有事实作依据，是观察与思考的结果，它需求的是想像力，这不正是理想实验的魅力所在吗？
爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端。他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。
学生：伽利略真的很了不起啊！
教师：关于力和运动的关系，笛卡儿又持以什么样的观点？
学生：笛卡儿指出：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。
教师：笛卡儿补充完善了伽利略的观点，对物体运动作了准确的描述，为什么在隔了一代以后才由牛顿写成牛顿第一定律？
学生：当然是因为笛卡儿的观点还没有达到尽善尽美，不像牛顿第一定律表述的全面。
教师：笛卡儿的观点和牛顿第一定律比较，有哪些不足之处呢？
学生分组探讨，教师引导学生进行对照分析。
学生代表1：笛卡儿虽然对物体的运动作了准确的描述，但没有指明原因是什么，这个原因跟运动的关系是什么。
学生代表2：笛卡尔也没有将运动和力的关系表述出来，也没有将此规律推广到一切物体，笛卡尔的观点也只能是个原理。
教师：回答的很好。牛顿继承了伽利略、笛卡尔的研究成果，并以自己的发现完善了这些成果，以定律的形式，作出了完整准确的结论：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。”
教师：为什么说牛顿第一定律是完整准确的呢？
学生讨论后回答：牛顿第一定律不仅对物体的运动作了准确的描述，还揭示了力与运动的关系。
教师：那么牛顿第一定律是从几方面阐述了力与运动的关系呢？
学生讨论后回答：两个方面。不受力时，物体总保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，迫使它改变这种状态。
教师：接下来请同学们再来讨论一下牛顿第一定律。这个定律包含了几层意思？
学生在教师引导下答出：1、定律指出一切物体都具有保持原来运动状态的惯性；2、定律指出了力是改变运动状态的原因。 教师：我们看到，从亚里斯多德以来，关于力与运动的问题，经过了几千年漫长的求索过程，直到伽利略和牛顿时代以后，
才加快了认识进程，可见认识世界，发现真理是很不容易的。
教学反思：本节课的教学采取的探究式方法，打破了以往的传统设计，从课堂反馈情况来看，学生对这样处理“牛顿第一定律”的教
学还是比较欢迎的，通过探究学习较为深刻地认识到了牛顿第一定律的本质，所以教学方法的创新我觉得应该是本节课的成功
之处，在具体的实施过程中也深刻体会到了发挥学生的主体性的重要性。教师在教学中不能只关注掌握知识结论，更要关注学
生对知识形成过程的理解。我相信，在新课程背景下，只要我们积极参与课改，就一定能与学生分享课改带给我们的快乐！