《牛頓第一定律》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教材分析
這節(jié)教材首先對(duì)人類認(rèn)識(shí)“運(yùn)動(dòng)和力”的關(guān)系作了歷史的回顧，介紹了四位科學(xué)家研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的思想方法及卓越貢獻(xiàn)。然后講述牛頓第一定律的內(nèi)容和物體慣性的概念。這是初、高中知識(shí)相銜接的一節(jié)課程。學(xué)生已經(jīng)了解了牛頓第一定律的基本內(nèi)容，所以在教學(xué)設(shè)計(jì)上應(yīng)以教材中有關(guān)“力是運(yùn)動(dòng)的原因還是改變運(yùn)動(dòng)的原因”這一問(wèn)題認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷史為線索，以科學(xué)思想、科學(xué)方法教育與思維能力培養(yǎng)為主要目標(biāo)。教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)放在理解人類認(rèn)識(shí)“運(yùn)動(dòng)和力”的關(guān)系研究、思考、推理過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究中常用的理想實(shí)驗(yàn)方法。在牛頓第一定律內(nèi)容的學(xué)習(xí)上，注重知識(shí)的理解及與生活實(shí)際的聯(lián)系。為發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，思維的積極性，本課采取學(xué)生自主探究模式組織教學(xué)。
二、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
引入新課：運(yùn)動(dòng)的起因是什么
（一）學(xué)生閱讀歷史的回顧并找出四位科學(xué)家關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)
這塊內(nèi)容中有些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生是已知的，也有未知的，但學(xué)生都看得懂，所以就由學(xué)生來(lái)完成，同學(xué)們相互補(bǔ)充，教師只起到歸納總結(jié)的作用。
1．亞里士多德：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。
現(xiàn)象：在平路上人推車，車才能運(yùn)動(dòng)，人停止用力，車子就要停下來(lái)。
2．伽利略：水平面上物體所以會(huì)停下來(lái)，是因?yàn)槟Σ恋淖饔�，如果沒(méi)有摩擦，水平面上物體一旦具有某一速度物體將保持這一速度運(yùn)動(dòng)下去。
笛卡兒：如果沒(méi)有其它原因，運(yùn)動(dòng)物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，即不會(huì)停下來(lái)，也不會(huì)偏離原來(lái)的方向。
牛頓：一切物體總保持原來(lái)的勻速直線運(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。
（二）問(wèn)：以上四位科學(xué)家每一位都把人類的認(rèn)識(shí)向前推進(jìn)了一步，試分析每人推進(jìn)的一步體現(xiàn)在哪里？你認(rèn)為誰(shuí)的.貢獻(xiàn)最大？
教師通過(guò)設(shè)計(jì)這樣一個(gè)問(wèn)題，指明學(xué)生要探究的內(nèi)容與方向，具體由學(xué)生們合作完成，教師只起到總結(jié)歸納的作用。
a）亞里士多德的貢獻(xiàn)：通過(guò)直覺(jué)的觀察提出問(wèn)題為科學(xué)家的研究確立了課題。
b）伽利略的貢獻(xiàn)：（1）伽利略發(fā)現(xiàn)了不易直覺(jué)的摩擦力，改變了亞里士多德根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)得出的直覺(jué)結(jié)論提出運(yùn)動(dòng)不需力維持；（2）思維代替直覺(jué)認(rèn)識(shí)宇宙。
c）笛卡兒的貢獻(xiàn)：（1）明確勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）指出速度改變是有原因的。
d）牛頓的貢獻(xiàn)：（1）推廣到一切物體；（2）提出靜止；（3）明確力的作用。
關(guān)于誰(shuí)的貢獻(xiàn)大，學(xué)生眾說(shuō)紛紜，沒(méi)有一個(gè)確切的定論，教師也無(wú)需給出一個(gè)正確的結(jié)論。但是通過(guò)對(duì)物理學(xué)歷史發(fā)展過(guò)程的考察，對(duì)四位科學(xué)家貢獻(xiàn)的探究，它將有助于學(xué)生了解物理學(xué)家認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)物理定理、定律的基本方法。從而“以史為鑒”，培養(yǎng)他們以物理學(xué)家認(rèn)識(shí)世界本來(lái)面目的方式去認(rèn)識(shí)世界。在一定意義上，通過(guò)對(duì)規(guī)律認(rèn)識(shí)的歷史的還原，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思想和科學(xué)方法論的教育是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑。這是設(shè)計(jì)此問(wèn)題的關(guān)鍵所在，也是本節(jié)課的亮點(diǎn)所在。
在該塊教學(xué)內(nèi)容中學(xué)生未知的是關(guān)于伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，教師要采取的教學(xué)方法是采用設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自己分析問(wèn)題自己解決問(wèn)題，具體可如下操作。
提問(wèn)：伽利略用什么方法證明物體運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持呢？
演示說(shuō)明：設(shè)置一個(gè)向下的斜面，再圓滑地連一個(gè)向上的斜面。然后拿一個(gè)小球放在斜面某點(diǎn)上，由靜止運(yùn)動(dòng)下來(lái)，它將沖上另一斜面。
教師設(shè)疑：它能“沖”到哪里，它能回到原來(lái)高度嗎？如果光滑，結(jié)果怎樣？
教師通過(guò)一系列問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的思考。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，它升不到原來(lái)的那個(gè)水平高度，這是因?yàn)槟Σ凛^大。若換一個(gè)摩擦較小的斜面，可以看出，它就較接近那個(gè)水平高度。若摩擦越小，就越接近。這是實(shí)驗(yàn)事實(shí)�？茖W(xué)推理：依據(jù)這可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，然后沿著摩擦力越來(lái)越小的發(fā)展趨勢(shì)，去科學(xué)推理──假如摩擦非常非常的小、以至于沒(méi)有摩擦，那小球?qū)⒎浅７浅＝咏ぉひ灾劣谶_(dá)到原來(lái)水平高度。這是一種理想的實(shí)驗(yàn)情景，即小球沿著光滑的斜面總能上升到原來(lái)的高度。教師指出“假設(shè)”兩個(gè)字用得很好，它對(duì)物理結(jié)論進(jìn)行合理的外推，其結(jié)論的得出符合邏輯。減小第二個(gè)斜面的傾角，傾角越小，小球?yàn)檫_(dá)到原來(lái)的高度所通過(guò)的路程就越長(zhǎng)；傾角越小，通過(guò)的路程就越長(zhǎng)。然后，我們?cè)偃タ茖W(xué)推理，假如它最終成為水平面，那小球所通過(guò)的路程也就無(wú)限長(zhǎng)，只能沿著水平面繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。
教師總結(jié)：“理想實(shí)驗(yàn)”雖然也叫實(shí)驗(yàn)，但它不等同于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。真實(shí)的實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，而“理想實(shí)驗(yàn)”則是一種思維活動(dòng)，是由人們?cè)诔橄笏季S中設(shè)想出來(lái)而實(shí)際上無(wú)法做到的“實(shí)驗(yàn)”。并指出理想實(shí)驗(yàn)是以真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對(duì)實(shí)際過(guò)程做出了更深入的抽象分析。理想實(shí)驗(yàn)是以正確的邏輯法則為依據(jù)的。它是自然科學(xué)理論研究中的重要方法。
（三）演示氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)
氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)是學(xué)生未知的實(shí)驗(yàn)，所以采用的方法是由師生共同操作完成，教師介紹實(shí)驗(yàn)裝置及裝置的特點(diǎn)，由學(xué)生來(lái)推動(dòng)氣墊導(dǎo)軌上的物體，觀察它的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步地幫助學(xué)生加深理解物體不受外力作用時(shí)將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
（四）讓學(xué)生們仔細(xì)閱讀牛頓第一定律的內(nèi)容，并思考定律包含的幾層含義
在進(jìn)行牛頓第一定律的教學(xué)時(shí)，不能只滿足于學(xué)生能復(fù)述牛頓第一定律的內(nèi)容，還應(yīng)幫助學(xué)生理解牛頓第一定律所包含的幾層意思。定律的理解是未知的，但可以在教師的啟發(fā)下，通過(guò)學(xué)生們相互討論、自主探究、教師補(bǔ)充共同完成下面的三層含義。
1．描述了物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
牛頓第一定律描述了物體不受外力作用，或者所受的合外力為零時(shí)，物體將保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)──勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。
2．闡明了力的科學(xué)定義
力是物體間的相互作用，它是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即產(chǎn)生加速度的原因，而不是產(chǎn)生和維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。
3．一切物體都有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，揭示了物體普遍具有的屬性──慣性。
（五）學(xué)生聯(lián)系生活中的實(shí)際問(wèn)題自己分析慣性問(wèn)題
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