理想实验，主动探究——“牛顿第一定律”教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,定律论文,主动论文,理想论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
内容简析
本节课首先对人类认识运动和力的关系作了简单的历史回顾，介绍了四位科学家研究运动和力的关系的思想方法及卓越贡献。伽利略的理想斜面实验是牛顿第一定律的突破点。通过本节课的学习，知道力是改变物体运动状态的原因，物体的运动不需要力来维持，只有当物体的运动状态发生变化，即产生加速度时才需要力的作用。任何物体都具有惯性。让学生知道规律的得出既有实验基础，也是一种理想化的思维产物。
本节课是物理学中一个转折，在伽利略之前的人们可能都没有认真思考过如何对运动进行分类，所以总是对力和运动的关系含混不清。牛顿第一定律有一个要点，就是提出把运动的概念进行细分，分成匀速运动和变速运动，前者不需要力来维持，而后者必需力来维持。牛顿第一定律是整个动力学的基础，它在牛顿运动定律中具有极其重要的地位，它揭示了物体具有惯性的性质。
目标定位
一、知识目标
1.了解伽利略的理想实验，了解物理学上理想实验的实质。
2.知道力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
3.知道什么是惯性，认识一切物体都有惯性。
4.在生活中认识惯性，了解利用惯性及防止惯性危害的方法并初步应用于生产和生活实践。
二、能力目标
1.培养学生严谨的逻辑推理能力，领悟实验加推理的科学研究方法。
2.通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合能力。
3.培养学生善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合的思想。
三、情感目标
1.通过对牛顿第一定律得出过程的体验，感受科学成果往往是多人智慧的结晶。
2.通过了解历史上人们认识力和运动的关系的艰难历程，使学生形成不迷信权威，敢于提出疑问的科学的学习态度。
方法阐释
本节课的历史回顾体现了科学探究的思想，让学生体会探究的过程，本节课的重点应放在历史回顾这一部分，在教学过程中渗透物理思想、物理方法。提供给学生理想实验的器材，可以让学生体会物体停下来的原因，体会伽利略理想实验的猜测依据，让学生领悟理想实验在物理学发展中的重要地位和作用。教学方法上采用自主学习、启发诱导、合作探索实验等。通过本节课的学习，使学生初步掌握科学研究的思想和方法——理想实验法。
教学流程
环节一：学生带着问题自主学习
这部分内容的知识有些是学生已知的，有些是学生未知的，但学生都能看得懂，所以要求学生带着下列问题去看课本。(1)本节课讲的是力和运动的关系，有哪些科学家对力和运动的关系作出过贡献？(2)亚里士多德提出的力和运动的关系是什么？其依据是什么？(3)伽利略提出的力和运动的关系是什么？其依据是什么？(4)笛卡尔在前人的基础上总结出什么结论？(5)牛顿第一定律的内容是什么？(6)以上四位科学家把人们认识力和运动的关系都向前推进了一步，试分析每人推进的一步具体在哪里？这些问题通过学生看课本、互相交流，学生可以总结出以下知识：
1.在研究力和运动的关系发展史中，其中四位科学家亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿分别提出了具有代表性的观点。他们分别是：
亚里士多德：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。
现象：在平路上人推车或拉车，车才能运动，人停止用力，车子就要停下来。
伽利略：水平面上物体所以会停下来，是因为摩擦的作用，如果没有摩擦，水平面上的物体一旦具有某一速度将保持这一速度运动下去。其依据是理想斜面实验。
笛卡儿：除非物体受到外力的作用，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。
牛顿：一切物体总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，除非有外力作用在它上面迫使它改变这种状态。
2.每位科学家把人们认识力和运动的关系逐步向前推进。
(1)亚里士多德通过直觉的观察提出问题，为科学家的研究确立了课题。
(2)伽利略提出不易察觉的摩擦力，并且应用到了一种科学思维实验方法——理想实验法，提出了运动不需力来维持的观点。
(3)笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，他还提出该观点应该作为一个原理加以确立，并且是人类整个自然观的基础。
(4)牛顿总结出了动力学的一条基本定律，并提出了两个重要的物理概念：力和惯性。
【设计意图】教师通过设计这样一些问题，指明学生要探究的内容和方向。看完课本后学生交流讨论，最后总结出所学习的知识，并对整个物理学的发展有更深刻的了解。通过这一环节的学习，培养了学生的自学能力、总结归纳能力和逻辑思维能力。
环节二：理想实验，找出本源
在学生认识了亚里士多德的观点是错误的以后，再进行下面的教学。在此过程中老师要鼓励学生多动脑思考，教师设置一定的问题情境，例如，如果你是伽利略，你将用什么方法证明亚里士多德的观点是错误的？学生会想出许多减小摩擦力的方法，从学生的设想中逐渐将理想化的方法渗透到教学中，最后通过提出问题来讲解伽利略的斜面实验。
1.伽利略如何推断：若没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远滚下去？
伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大；而向上滚动时，它的速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增大也不减小。实际上他也发现，球越来越慢，最后停下来。伽利略认为，这是摩擦阻力的原因，因为他同样还观察到：表面越光滑，球便会滚动得越远。于是他推断：若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。
2.伽利略用什么方法证明物体运动不需要力来维持呢？
模拟演示伽利略的斜面实验：设置一个向下的斜面，再圆滑地连一个向上的斜面，然后拿一个小球放在斜面上某点，由静止运动下来，它将冲上另一斜面。
实验发现小球不会冲到原来的高度，分析原因是因为摩擦较大。
3.老师进一步设疑：如果斜面光滑，结果怎样？
教师通过一系列问题引发学生的思考。若换一个摩擦较小的斜面，可以看出，小球就较接近原来的高度。若摩擦越小，就越接近。这是实验事实。科学推理：依据这可靠的实验事实为基础，然后沿着摩擦力越来越小的发展趋势进行科学推理：假如摩擦非常非常小或没有摩擦，那小球将非常非常接近或甚至于达到原来的高度。这是一种理想的实验情景，即小球沿着光滑的斜面总能上升到原来的高度。教师指出“假设”两个字用得很好，它是对物理结论合理的外推。减小第二个斜面的倾角，小球将上升到原来的高度，但这时它要滚的路径更长一些。倾角越小，小球为达到原来的高度所通过的路程就越长。
老师再设疑：若将后一斜面放置水平，球会滚动多远？
学生得出：球将永远滚下去。
然后，我们再去科学推理，假如它最终成为水平面，那小球所通过的路程也就无限长，只能沿着水平面继续运动下去。
【设计意图】通过本环节的学习，学生充分领略了伽利略理想实验的推理过程，知道理想实验是建立在可靠事实基础上的一种科学方法、学生会为伽利略的这一推理过程而叫绝。
环节三：总结归纳，得出结论
师：通过伽利略的斜面实验，我们得出的力和运动的关系是什么？
学生：力不是维持物体运动的原因，即不是维持物体速度的原因。而恰恰是改变物体运动状态，即改变物体速度的原因。
师：牛顿第一定律的内容是什么？
学生：一切物体总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，除非有外力作用在它上面迫使它改变这种状态为止。
在牛顿第一定律得出之后，带领学生仔细分析牛顿第一定律的内容，通过学生们相互讨论和自主探究，逐渐了解牛顿第一定律所包含的以下含义：
1.明确了力和运动的关系。物体的运动并不需要力来维持，当物体的运动状态发生变化即产生加速度时，一定有力的作用。
2；提出了惯性的概念。牛顿第一定律既有实验基础，又是一种理想化的思维产物。它在牛顿运动定律中具有极重要的地位，它揭示了物体都具有惯性的性质。
【设计意图】这一节课的中心就是牛顿第一定律。通过本环节的学习，学生对该定律有了深刻的理解，为后面的学习打下坚实的基础；让学生明白，牛顿第一定律所描述的虽然是一种理想化的状态，它却正确地揭示了自然规律。
环节四：提出问题，深化理解
许多同学把物体具有保持匀速直线运动和静止状态的性质与物体在这种状态下的特点混为一谈。通过以下问题澄清惯性的概念：
师：物体是不是只有在匀速直线运动或静止状态时才有惯性？惯性是一种力吗？速度大的物体停下来比较难，所以速度大的物体惯性大，对吗？（多媒体投影这几个问题）
通过这些问题，让学生理解惯性是一种“本领”，是物体“抵抗运动状态变化”的本领。任何物体都具有这样的本领，不同物体的本领是不同的。老师可以提问：这种“本领”的大小是怎样体现出来的呢？
引导学生分析：在初状态相同时，在相同力的作用下，空车和装满货物的车谁先达到某一速度？用相同的力使空车和装满货物的车停下来，谁用的时间短？
通过这样的实例分析，使学生总结出：质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小，物体的惯性与物体的质量有关，与物体的受力和运动状态无关。
为了加深学生对惯性概念的感性认识，可以增加一些有趣的实验。
【实验1】小车上放一个带轮的木块，使木块和小车均处于静止状态。当突然使小车启动，木块由于惯性将相对于车向后滑动。
【实验2】小车上放一个带轮的木块，使木块与小车一起向右匀速运动。当小车被挡板挡住时，木块将继续向前滑动。
【实验3】小车上放一碗水，让碗与小车均处于静止状态。当突然使小车起动，碗中的水向后泼出。
教师提出：惯性在实际生活中有哪些体现？哪些是有利的，哪些是有害的？怎样避免由于惯性给我们带来的危害（此问题可以留给学生课后讨论）。
【设计意图】惯性是紧随着牛顿第一定律提出的，是一个重要概念。虽然学生在初中已经学习了惯性的概念，但这仍是学生难于理解的问题。本环节通过设置一些学生容易含混不清的问题，并设置一些简单而有趣的实验，让学生对惯性的概念有了更直观更深刻的理解。
环节五：自主完善，系统构建
让学生自己总结这节课学习的内容和方法，找出学习过程中，理解不透彻、容易混淆的地方进行小组合作学习。
【设计意图】培养学生自我总结、自我完善、总结梳理的自学能力，及时巩固学习的内容和方法。
教有所思
牛顿第一定律的知识看起来简单，但在教学过程中渗透着很多研究物理问题的方法。在教学中通过大量的实例让学生理解力与运动的关系和惯性的概念。然后再由这些知识分析生活中的一些现象，并应用这些概念和规律去解决生活中的一些实际问题。很好地渗透了“从生活走向物理，然后再从物理走向生活”的这样一个教学原则。本节课的教学设计打破了以往的传统，通过探究学习真正深刻地认识到了牛顿第一定律的本质。教学方法的创新是这一节课最突出的亮点和成功之处。教师在整个教学过程中体现了导演和顾问的作用，要充分发挥学生的主体地位；备课时既要根据教学内容的目的要求来制定教学目标，又要深入了解学生的认识水平，精心设计教学流程；在教学中要把活动贯穿于教学的全过程，使学生能自主地活动和学习。教学中不应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。理想斜面实验的教学，还是有点唐突，没有真正体现其妙处，以后在教学过程中应不断完善和创新。另外，加深学生对惯性概念的感性认识的三个小实验是一种类型的，可以再举一些不同类型的或让学生举出生活中的惯性的例子，培养学生的发散思维能力。当然，也要留课后作业，但课后作业的重点是惯性的利用和危害。