“牛人牛事”——我教“牛顿第一定律的形成”

对于教学中的任何问题，都有很多值得挖掘、思考、深入的地方，以期把学生领入“物理世界”，体会“物理之美”，突出学科教学的德育属性、美育属性、方法属性等。

初中物理所讲知识较浅显，以现象、简要规律为主，这就使得很多同学产生误解——认为物理过于简单、只是背诵知识、早期物理学家“思维简单”。在引导学生学习牛顿第一定律时，这种问题尤其突出，很多同学对亚里士多德理论在当时被广泛接受表示出了不可理解，同时认为伽利略的斜面实验很简单，牛顿只是做了一些“总结性”工作。

为了扭转这种局面，我进行了全新的教学设计，突出“物理学史”与“物理学本质”。具体教学目标与设想如下：

（1）通过牛顿第一定律建立的过程，理解科学知识的暂定性。

对力与运动关系的思考自古以来就是人们关心的问题，它与人们日常生活联系密切。最早可追溯至古希腊时期，后经过伽利略、笛卡儿、牛顿等人的研究建立了牛顿第一定律，爱因斯坦相对论的建立又进一步发展了这一认识。

在初中阶段，需要简单介绍亚里士多德、伽利略和牛顿等科学家及其贡献。通过这一过程，帮助学生体会人们对力与运动关系认识的逐步深化，并最终建立牛顿第一定律的过程。

（2）通过伽利略对力与运动关系的研究，理解科学探究的过程和研究方法的多样性。

伽利略的研究是教材中强调的重点，现有教材一般只是演示伽利略的理想实验或让学生探究摩擦力对物体运动的影响，从而获得力与运动的基本关系，突出探究、科学方法。

首先，伽利略的研究过程基本是按照观察和提出问题、形成假设、检验求证、得出和解释结论的过程进行的，体现了科学探究的要素与过程。

其次，伽利略之所以对牛顿第一定律的建立做出重大贡献，主要源于其创立的科学研究方法，一般教材都非常重视科学方法教育——特别是实验和推理这两种重要方法，缺少科学本质视角的关注。对于同样的观察和经验，伽利略和亚里士多德给出的解释完全不同，这说明科学虽然以经验为基础，但不能拘泥于直观的经验，还非常重视逻辑推理。

此外，伽利略的理想实验法体现了科学研究的创造性特征。

（3）通过牛顿第一定律的形成和最终确立的过程，理解证据的重要性，并知道科学知识的可预测性。

伽利略对亚里士多德观点的质疑与研究过程，以及人们对力与运动关系认识的每一次发展都体现了证据在科学研究中的重要性，一个论断或解释的正确与否，都取决于实验的检验。

同时，在不能直接验证一个科学结论或论断的正确性时，可以通过对推论的检验或其解释功能间接验证其正确性，这体现了科学知识的可预测性。

在此思想基础上，进行教学设计与实施，先把一些主要环节加以呈现：

活动1

讨论：维持物体的运动需要力吗？——体会证据的重要性。

提供体现力与运动关系的情景，如展示图片、视频：关闭发动机的列车会停下来；自由摆动的秋千会停下来；打出去的球会停下来。也可引导学生回忆生活中的体验，如骑车、踢球。

问题1：维持物体的运动需要力吗？

教师介绍亚里士多德的观点：如果要使一个物体持续运动，就必须对它施加力的作用。如果这个力被撤销，物体就会停止运动。

教师介绍伽利略的观点：物体的运动不需要力来维持。

问题2：这两种观点你支持哪一个？为什么？

学生会举出各种例子来支持自己的观点。

在学生充分发表自己观点的前提下，教师说明伽利略对亚里士多德的质疑与提出的证据，并说明：在科学研究中证据的重要性，证据可以验证或质疑权威。

以学生日常生活经验为出发点创设问题情境，唤起学生已具备的感性经验，并激发他们对问题的思考，暴露学生关于力与运动关系的原有认识。介绍历史上亚里士多德与伽利略等人的观点，让学生为他们支持的观点进行辩护。

在现有教学中，这种处理基本上是人教版教材的处理方式，很多教师在教学中也会如此进行。但是，以往教学目的只在于引入新课，为学生认识运动与力的关系提供概念转变的情境，而本节课的设计还强调该环节对学生理解证据重要性的价值。

活动2

探究：摩擦力对物体运动的阻碍——认识科学探究过程与方法。

实验探究：比较小车沿斜面滑下，在毛巾、棉布、桌面、玻璃等不同表面上运动距离的关系。

教师引导学生进行逻辑推理，得出研究结论：表面越光滑，运动的距离就越远，所受摩擦力越小，速度减小得越慢；如果表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，速度不会减慢，将以恒定不变的速度永远运动下去。

这一部分是学生通过探究过程，获得摩擦力对物体运动的阻碍关系的认识，在这一过程中学生通过直接的科学体验，可以进一步认识证据的重要性以及实验、逻辑推理的方法，初步体会到科学方法的多样性。

教师在此基础上介绍伽利略的理想实验和研究结论。

问题3：研究伽利略的研究过程，其中用到了哪些科学方法？对于科学研究方法，你觉得有什么特点？

运用到的方法包括：实验、推理、联想。体现研究方法的多样性和科学探究的创造性。

学生通过实验探究和对伽利略理想实验的学习，获得运动与力关系的认识。这个实验亦是教材内容，是教师在课上都会演示或让学生探究的，同时教师也都会通过逻辑推理得出结论，但是较少将其中蕴含的科学本质内容显现出来。对于某些水平较高的学生，突出伽利略理想实验中蕴含的丰富的想象力和创造精神，可以让其体会科学探究的创造性特征。

活动3

讲授：牛顿第一定律——体会科学知识的暂定性。

介绍笛卡儿和牛顿的研究和发展，得出牛顿第一定律的表述：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。讲解牛顿第一定律。

带领学生回顾牛顿第一定律建立的过程，说明亚里士多德—伽利略—笛卡儿—牛顿理论演化的轨迹，以及他们关于牛顿第一定律的主要观点，指出：科学知识是暂定性的，要以发展的眼光看待它。

帮助学生厘清牛顿第一定律建立和发展的过程，并引导他们认识牛顿第一定律。

活动4

思考：你有什么收获？

帮助学生思考本节课都有哪些收获？引导学生从物理学史、科学知识能力、科学本质教育角度发表观点。

这与现在某些教学处理的区别在于不仅强调理想实验的方法，而且将定律发展不同阶段的历史文化背景和科学家因此而具有的局限性结合起来，使学生能够获得更加真实的历史图景，从而深入领会科学本质。

案例分析及反思

通过观察学生课堂表现、课后作业，通过课后访谈，发现有很多“生成性”的结果。

（1）很有意思，思想深刻，挖掘出了物理“背后的好东西”。

（2）对亚里士多德理论在当时被广泛接受表示出了可理解性。支持依据是：亚里士多德的观点更符合人们的日常经验；亚里士多德的权威地位；当时不具备验证“惯性定律”的实验条件。

（3）伽利略能对牛顿第一定律的建立做出重大贡献的原因是：伽利略对自然科学的强烈兴趣、求知欲望和敢于质疑权威的精神；伽利略的研究方法科学、合理、逻辑清晰；伽利略敢于对当时普遍存在的理论提出质疑，并对生活中的现象进行推理，打破思维惯性，思想局限性小。

（4）很多同学意识到了科学的暂定性；对科学探究过程有了更深刻的认识，如认为形成对自然现象的假设和预测是形成新知识的必要环节、意识到了观察的重要性；关注到了证据的重要性、科学研究的主观性与创造性。

（5）学生对这种方式比较赞同，并希望以后更多地渗透物理学史教学，展现物理奇妙的研究过程，觉得这样更有“物理味儿”，学得更“深刻”；渴望了解什么是科学，体会科学本质；大部分学生对培养物理学学习兴趣、养成良好的科学态度和科学精神，表示出比较肯定的态度，认为这样会对理解和掌握科学研究方法、理解科学探究和培养探究能力、领悟物理学基本思想和观念有帮助或帮助很大。

总之，对于教学中的任何问题，都有很多值得挖掘、思考、深入的地方，以期把学生领入“物理世界”，体会“物理之美”，突出学科教学的德育属性、美育属性、方法属性等。

物理组
郭亮亮