6.1 科学探究 牛顿第一定律 教学分析 （沪科版八年级）

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科学探究 牛顿第一定律
教材首先通过回忆思考的形式提出问题：如果物体不受力，将会怎样？通过小车在不同表面运动的演示实验，使学生直观的看到物体运动距离与阻力大小的关系，为讲解伽利略的推理作准备。然后讲述伽利略的推理方法和通过推理得出的结论，再介绍迪卡儿对伽利略结论的补充，牛顿最后总结得出的牛顿第一定律。通过这些使学生了解定律的得出是建立在许多人研究的基础上的，正如牛顿所说：“如果说我所看的更远一点，那是因为站在巨人肩上的缘故”。最后指出牛顿第一定律不是实验定律，而是用科学推理的方法概括出来的，定律是否正确要通过实践来检验。给学生以科学方法论的教育。
　　本节课的重点是揭示物体不受力时的运动规律，即牛顿第一运动定律。
教法建议
　　1.学生学习牛顿第一定律的困难在于从生活经验中得到的一种被现象掩盖了本质的错误观念，认为物体的运动是力作用的结果。如推一个物体，它就动，不再推它时，它便静止。为使学生摆脱这种错误观念，首先要把运动和运动的变化区别开，树立从静到动和从动到静都是“运动状态改变”的概念，这是为了揭示力和运动的关系做的重要铺垫。其次，通过实验确立“力是改变运动状态的原因”的概念。再通过推理建立“不受力运动状态不变”的概念。
　　2.通过图9-1演示实验的比较、分析、综合、推理是本节课的核心，可对学生进行简单的科学推理方法的教育。在此演示实验中可通过设计不同的问题渗透研究方法。
　　3.本节课可按着人类对知识的认识顺序组织教学，让学生体会规律的认识过程，对学生进行学史教育。从亚里士多德的观点——伽利略的研究——笛卡尔的补充——牛顿的总结。
关于“牛顿第一定律”教学的认识
牛顿第一定律是力学中的一条基本定律，十分重要，要使初中学生真正理解掌握该定律并不容易，因为该定律是在实验基础上，凭借想象运用推理总结概括得出的。下面就如何做好该节教学，谈一些有关知识。
一、在导入课题时，要创设引人入胜的教学情境，形成浓厚的教学氛围，使学生进入积极的学习状态。
可通过简介牛顿的经历，勤奋学习、专心科研的故事，以及在科学领域对人类的重大贡献，来感染学生，激发学生的学习兴趣，培养学生的意志，引发学生对科学的神往，创设学生对牛顿第一定律的悬念。
二、先给学生提供一些典型的事实材料，作为实施牛顿第一定律教学的基础。
物理规律一般都是通过对大量物理事实的总结概括得出的。牛顿第一定律也是如此，要以事实为基础，学生已经知道力可以改变物体的运动状态，反过来，要改变物体的运动状态，就必须对物体施加力。例如，自由落体及抛体的运动过程等。也可由学生根据生活经验列举出物体运动状态的改变与力相联系的某些现象。从而使学生认识到力与物体运动状态的改变有着内在的联系。这种认识正是深入理解牛顿第一定律的基础。在此基础上，向学生提出，当物体不受力时状态会怎样呢？通过设疑以学生进行深入思考。这就为牛顿第一定律的研究做了很好的铺垫。
三、做好演示实验是关键，通过演示实验，既能为学生提供生动具体的感性形象，又能培养学生的实验观察能力及实事求是的科学态度。
该演示实验是让同一小车从同一高度沿斜面滑下，分别滑到铺有毛巾、棉布和光滑木板的平面上，做该实验之前，应让学生思考两个问题：一是为什么要用同一小车从同一高度沿斜面滑下？二是毛巾、棉布、木板这些不同表面对同一小车的摩擦阻力有何影响？并指明让学生观察的内容，这样学生对该实验的目的、方法及注意的问题就会十分清楚，也就能把握关键抓住要害，结合实验，学生就会兴趣盎然，形象深刻，记忆牢固，思维活跃，取得实效。
四、想象推理是桥梁，学生通过演示实验直接得到的只是具体的感性认识，要上升为理性认识，还需要教师的启发引导，通过学生的想象、思维，加以推理来实现，从而使学生的思维能力得以培养。
实验结果是表面越光滑，小车速度改变的就越缓慢，它运动的距离就越长，教师在这直接经验的基础上，层层深入，提出问题，引导学生思考解决。若表面逐渐光滑，直到没有摩擦时，小车速度的改变及前进的距离将如何？学生会很顺利地得出，若表面绝对光滑，阻力为零时，小车将以恒定不变的速度永远运动下去，这就是伽利略的观点。教师再进一步提问，小车不受阻力，速度大小不变，方向会改变吗？学生也会肯定方向不变，这也就是法国科学家笛卡儿对伽利略结论的补充发展。牛顿在前人研究成果的基础上，对运动的物体不受外力以及静止的物体不受外力这两种情况作了总结概括，得出牛顿第一定律，这样的过程就是引导学生想象推理的过程。然后说明该定律是在大量事实基础上，经过实验，并接受住了实践的检验。对定律中“没有受到外力作用”的实际含义作何理解给予解释，实现难点的突破。
这样的教学程序，我认为具有如下几个方面的作用，首先，符合学生的认识规律，以直接经验为基础，阶梯上升、逐渐深化，使认识从感性上升到理性，体现了对学生思维能力的培养。其次，真实地反映了知识产生发展的历史过程，人类对知识的创造和发展，都需要付长期的艰辛劳动，从而培养学生进行创造发明远大理想和坚定不移的意志品质。第三，培养了学生“真理来源于实践，实践是检验真理唯一标准”的辩证唯物主义思想。第四，更重要是突出地体现了解决物理问题的思路和方法。物理学中很多的概念和规律都是在对物理事实的分析概括中得出的。学会这种方法将受益终身。总之，这样的教学程序把传授知识、培养能力、进行情感思想教育有机地结合起来，效果良好。
五、关于惯性现象的解释，对理解掌握牛顿第一定律起着深化的作用。
物体都有惯性，在日常生活中物体惯性的表现，我们会经常遇到。例如，物体抛出后能继续飞行，是物体惯性的表现。物体在飞行过程中速度大小及方向会发生改变，是由于物体受到重力及空气阻力作用的结果。客车突然加速或减速时，乘客身体要向后或前倾。对此类现象进行解释，就把理论与实际紧密联系起来，既解释了实际现象，又深化了对理论的理解。树立了理论联系实际的良好学风。
综上所述，在牛顿第一定律的教学中，尽管所包含的知识点比较单一，其中却包含着深刻而丰富的教学思想及方法。作为物理教师要深入挖掘教材，发挥教学的综合效益，取得最佳教学效果。
“惯性”教学中应注意讲清的几个问题
“惯性”一节的教学历来是初二物理的难点，学生把概念背得滚瓜烂熟，一接触到实际问题，就犯经验性错误，为使学生正确理解惯性概念，在教学中必须讲清以下几点：
1．“惯性”的本质．
惯性是物体的固有属性，不论宏大物体，还是微小粒子，不论固体、液体、气体，不论静止物体，还是运动物体，不论物体在地球上，还是在月球上．一切物体在任何时刻，任何情况下都具有惯性．这一点应讲深讲透，教师应抓住概念中的关键字“一切物体都有的性质”，反复讲授，引导学生讨论，理解概念本身含义．教师应在下列方面讲清其内涵．惯性是物体的固有属性，既然是固有性质，就不能说物体处于匀速直线运动状态或静止状态时有惯性，而运动状态改变或所受合外力不为零时就没有惯性，也不能说惯性“仅在物体处于匀速直线运动状态或静止状态时起作用”，而“在物体运动状态改变或所受合外力不为零时不起作用”．再结合“行驶中的汽车或火车，由于惯性，不能立刻停止，即使紧急刹车，也要向前运动一段距离才能停下来”这一实例，指出“对运动物体即使加上很大的阻力，要使它停下来仍需一段时间”，正是运动物体要保持匀速直线运动状态（因而力图反抗速度减小）的性质表现；再以汽车出发时即使加大油门使牵引力很大，也不可能立刻开得很快为例阐明“对静止物体即使加上很大的推动力，要使它达到某一速度仍需一段时间”也正是静止的物体要保持静止状态（因而力图反抗速度增大）的性质表现．然后根据这两方面的表现，对照概念，使学生明确惯性是物体具有保持原有运动状态不变的一种“惰性”，即使物体受到外力作用，运动状态改变了，但它的“惰性”还是存在，因此惯性不会消灭，是物体本身具有的．
2．“惯性”与“第一定律”的区别．
学生往往把牛顿第一定律的内容当做惯性概念，即“惯性”与“第一定律”混为一谈．这也正是他们认为物体只有在不受外力作用时才有惯性．为了纠正这种错误，除了使学生能准确地叙述惯性和牛顿第一定律的内容，还应该使学生知道它们的区别：惯性是一切物体固有的属性，是不依外界（作用力）条件而改变，它始终伴随物体而存在．牛顿第一定律则是研究物体在不受外力作用时如何运动的问题，是一条运动定律，它指出了“物体保持匀速直线运动状态或静止状态”的原因．而惯性是“物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态”的特性；两者完全不同．为何牛顿第一定律又叫惯性定律，是因为定律中所描述的现象是物体的惯性的一个方面的表现，当物体受到外力作用（合外力不为零）时，物体不可能保持匀速直线运动状态或静止状态，但物体力图保持原有运动状态不变的性质（惯性）仍顽强地表现出来．
3．“惯性”与“力”的区别．
学生往往把“惯性”当做力，认为“子弹离开枪口后还会继续向前运动”，“水平道路上运动着的汽车关闭发动机后还要向前运动”。这些都是“惯性”这个力作用的结果等．为了纠正这种错误，可结合力的概念，要求学生去寻找施力物体，让他们碰壁，再引导学生分析惯性与力的区别：①物理意义不同；惯性是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质；而力是指物体对物体的作用．惯性是物体本身的属性，始终具有这种性质，它与外界条件无关；力则只有物体与物体发生相互作用时才有，离开了物体就无所谓力．②构成的要素不同：惯性只有大小，没有方向和作用点，而大小也没有具体数值，无单位；力是由大孝方向和作用点三要素构成，它的大小有具体的数值，单位是牛．③惯性是保持物体运动状态不变的性质；力作用则是改变物体的运动状态．
4．“物体惯性”与“外力作用”的辨证关系．
物体原来具有某个速度，物体惯性则力图使其继续保持这一速度，但力图保持与能否保持则是不同的．当物体受到合外力为零时，物体可保持这个速度，当物体所受合外力不为零时，物体便不能再保持原来的速度，运动状态就发生了变化．物体的惯性和外力作用这一对矛盾的对立统一，形成了宏观物体的形形色色的各种复杂的运动．如果没有外力，物体也就没有复杂多样的运动形式；如果没有惯性，物体的运动状态改变不需要力的作用．只有当我们理解了惯性与外力作用的辨证关系，就不难解释惯性现象．例如“锤子松了，把锤把的一端在物体上撞几下，锤头就能紧套在锤柄上”这是因为锤与柄原来都向下运动，柄撞在物体上受到阻力作用，改变了它的运动状态，就停止了运动，锤头没受阻力仍保持原来运动状态，继续向下运动，这样锤头就紧套在锤柄上了．
5．“惯性”与“速度”的区别．
学生往往把惯性大小跟速度大小混为一谈，他们往往根据“汽车行驶得越快，刹车越困难”一类现象认为：“汽车行驶越快，其惯性越大”．对于初中学生，惯性的大小与物体速度大小的区别，限于知识面，很难讲深讲透，但要提醒学生注意，惯性大小与物体运动的快慢无关．运动快的汽车难刹车是因阻力大小有限，如果增大阻力，它也会很快停下来．
综上所述，教师只有在讲清了以上几个问题，学生才能真正理解惯性的内函，应用惯性解题才不会误入歧途．
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