PAGEPAGE6《牛顿第一定理》教学设计上海师院附属实验学校王运淼〖设计思想〗1．重视三维目标的和谐统一牛顿第一定理是牛顿数学学的基石，是热学的第一原理，它改变了人们对自然的认识，改变了人们的世界观。这就是，原先亚里士多德觉得物体运动须要力，而如今是运动不须要力。这样的重大科学发觉，称得上是真正的科学真理。为此，我在设计牛顿第一定理教学时，重视三维目标的和谐统一，让中学生理解科学的完整内涵，同时在人文、德育方面给中学生以潜移默化的影响。2．创设情景，让中学生体验建构新知识的乐趣在小学阶段，中学生对牛顿第一定律已有大致了解，晓得亚里士多德的观点（力是维持物体运动的缘由）是错的，也晓得伽利略通过研究澄清了运动和力的关系（力是改变物体运动状态的缘由）。并且，在解决实际问题时，她们还经常下意识地用亚里士多德的观点去剖析，这说明运动和力的正确关系在中学生的脑子中还没有真正完善上去。为此，我在设计这节课的教学时，注意创设情景，突出研究过程和技巧，让中学生脑子里的前概念与数学学里的科学概念激烈交锋，引导中学生在现有知识经验的基础上主动构建新知识。〖教学目标〗1．知识与技能理解牛顿第一定理的内容和意义。
晓得惯性的概念，晓得惯性大小跟质量有关，才能正确解释有关惯性的现象。2．过程与方式通过将研究物体运动缘由的相关史籍合理裁剪，融入化学教学，历史地诠释伽利略的批判精神、逻辑推理的方式、猜想与假说的气魄和实验验证的科学作风，使中学生有身临其境之感，体会他的研究方式、科学精神，得其真谛、有所借鉴。3．情感、态度与价值观通过牛顿第一定理的教学，使中学生感受到化学学对人们的世界观、自然观、思维形式的改变都在起着重要的作用。从“嫦娥一号”从“嫦娥一号”引入亚里士多德的运动观伽利略的研究笛卡儿的补充牛顿的总结理解牛顿第一定理1．引入看大屏幕：嫦娥一号奔月过程模拟动漫。提出问题：嫦娥一号宇宙飞船的运动相当复杂，而它的运动靠的是地面上的技术人员遥控。要想成功地控制它的运动，必须晓得它为何能这样运动，也就是运动的诱因。关于运动的诱因问题是一个古老的话题。可以溯源到公元前4世纪。2．亚里士多德的质朴运动观（1）回顾研究“落体运动”时对亚里士多德的认识中学生：西方最伟大的哲学家，古埃及的圣人。（2）介绍亚里士多德的运动观他观察了大量物体的运动，经过思索，把运动分成两类，一类是自然运动，另外一类是受迫运动。自然运动：每位物体都有自己的固有位置，例如，火的自然位置在上，土的自然位置在下，气和水在中间。
偏离固有位置的物体将趋于固有位置运动。地上物体的自然运动沿直线，轻者上升，重者增长；天体的自然运动永恒地顺着圆周进行。受迫运动：物体的运动是在推或拉的外力作用下发生的。没有外力，物体都会停止。（3）引导中学生认识受迫运动缘由的实质亚里士多德的伟大之处在于，他在找运动的缘由时跟推或拉的外力构建起关系来了。他总结的受迫运动缘由的实质是：运动须要力来维持，力是维持运动的缘由。按照中学的学习，多数中学生晓得这是错的。并且，她们的潜意识里未必根不仅这些运动观。（4）迸发中学生的潜意识，启发中学生思索亚里士多德的运动观听起来很有道理。事实上这个观点是没有学过化学的人的一种质朴的运动观。这些观点从公元前4世纪诞生起，两千年里没人指责，仍然到了公元后16世纪，法国学院里化学讲的还是这些观点。我们学过中学数学了，都晓得这些观点有问题，这么问题在哪呢？其实中学生能说出：力不是维持物体运动的缘由，是改变物体运动状态的缘由。而且，她们很难结合生活中的实例说清楚运动和力的关系。这说明她们还没有找到指责亚里士多德观点的切入点。3．伽利略的研究（1）指责伽利略研究的切入点是：原先运动的物体之所以停出来莫非真的是没有力的作用吗？中学生：原先运动的物体之所以停出来，是由于有磨擦力或空气、水等流体的阻力作用的结果。
（2）假定与推测假如没有磨擦阻力、流体阻力的影响，在水平面上运动的物感受如何呢？中学生：物体将会仍然运动下去。现实生活中不可能没有磨擦阻力、流体阻力的影响，因而，“在水平面上运动的物体将会仍然运动下去”是我们的推测。（3）理想实验这些猜测究竟正确与否，如何研究呀？中学生：通过实验，这是伽利略用到的研究方式。伽利略观察到在斜坡上运动的物体，从高处滑出来运动得越来越快，冲上斜面运动得越来越慢。于是他设计了一个对接斜面实验。演示1：先在对接斜面上铺一块麻布，从右侧斜面上的某一高度处释放一个小钢球，观察小球的运动情况，用一面旗子标记出小球抵达另左侧斜面的最低点。演示2：把麻布拿出来，再做一遍。通过对比，发觉小球上升的更高了，而且比释放时的高度还是低一点。这是哪些缘由呢？中学生：有磨擦。引导中学生推理：磨擦大时上升的高度小，磨擦小时上升的高度大，如果没有磨擦呢？中学生：应该会上升到同样的高度。演示3：在从同一高度释放小球之前，先把另左侧斜面的夹角增大，用旗子标记小球运动的最远距离。现象：小球运动的距离变大了。思索：这是为何呢？中学生：机械能守恒。而且，在伽利略那种时代还没有机械能守恒的思想。他是如何思索这个问题的呢？我们上面早已有过推理：如果没有磨擦，从某一高度释放，小球能冲上另左侧斜面的同样高度。
这么，夹角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大了。进一步降低斜面夹角，小球运动的距离会显得更大。当两侧斜面的夹角增大到0时，会有哪些现象呢？演示4：从斜面的同一高度释放小球，小球从斜面上滑下，在水平面上运动，最终从水平面上飞出。引导中学生推理：如果水平轨道足够长，但是没有磨擦，小球怎么运动呢？中学生：永远运动下去！小球在水平轨道上运动时，水平方向有推或拉的外力作用吗？中学生：没有。这说明哪些呢？中学生：运动不须要力来维持。到此为止，我们验证了上面的推测：假如没有磨擦阻力、流体阻力的影响，在水平面上运动的物体将会仍然运动下去。结合右图，领着中学生再回顾一下伽利略设计的实验，引导中学生认识到，伽利略的这个实验，是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验。hhhh（4）进一步引导中学生剖析运动和力的关系物体遭到推或拉的外力，运动上去，是从静到动；撤掉了推或拉的外力，物体最终会停出来，是从动到静，这是由于有阻力作用。这么，运动和力究竟是哪些关系呢？提示：从静到动，从动到静，是物体的运动状态发生了改变。中学生：力是改变物体运动状态的诱因。（5）感受伽利略的科学研究方式想想看，在研究落体运动时我们就把这两位伟人的观点进行了对比，如今她们关于运动和力关系的观点又摆在了一起。
之所以伽利略才能赶超前人的认识，缘由之一就是他在研究方式上与亚里士多德不同，有哪些不同呢？中学生：有实验，有推理。理想实验是在实验的基础上再进行合理的外推，实验和推理完美结合，这是伽利略开创的科学研究方式。而在公元前4世纪，亚里士多德的研究方式主要是静观而不做实验，思辨而不做定量的物理推演。从公元前4世纪到16世纪末17世纪初，之间有两千年牛顿第一定律是错的吗，自然科学踌躇不前。而从伽利略到明天（2007年），大师辈出，不过几百年的时间，对运动问题的研究深入延续下去，开创了热学和全部数学学，乃至于整个现代科学。爱因斯坦对伽利略的评价：伽利略的发觉以及他所应用的科学的推理方式是人类思想史上最伟大的成就之一，并且标志着化学学的真正开端。4．笛卡儿的补充在伽利略研究的基础上，跟伽利略同时代的数学学家、数学家笛卡尔，补充建立了伽利略的观点：除非物体遭到力的作用，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。5．牛顿的总结又隔了一代人，出了一位大师级人物。他就是——学生：牛顿说隔了一代人一点都不委屈牛顿，伽利略是1642年逝世的牛顿第一定律是错的吗，牛顿是1643年诞生的。堪称前赴后继。牛顿在前人研究的基础上，对运动和力的关系进行了全面的论述：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。
牛顿把力与运动的关系这个推论总缔结第一定理。写在了《自然哲学之物理原理》这本书里。出示这本书，提倡感兴趣的中学生课外阅读。牛顿说：假如我比笛卡儿看得远一点，那是由于我是站在大神巨人的肩上。这既反映了牛顿谦虚的一面，同时也是不争的事实。似乎“不受力”的情境在现实生活中很难看到，而且有些现象才能帮助我们认识理解这些理想情况。让中学生举例说明。如冰球球，轮滑，滑冰，等等。这种运动都是在体会磨擦力很小时带来的运动乐趣。由此也可以帮助我们理解牛顿第一定理中“不受力”的情境。6．理解牛顿第一定理（1）力是改变物体运动状态的诱因物体运动状态改变，也就是物体运动的速率改变，所以力是改变物体速率的诱因。为了描述速率的变化的快慢，我们构建了加速度的概念，速率改变了，也就是物体有加速度了，所以力是形成加速度的诱因。前一段时间，有的朋友总是问为何加速度变大，变小？现今明白了吧？中学生：是由于外力在变化。（2）惯性与质量的关系“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”说的是哪些呢？中学生：惯性。“总保持”说明这是物体与生俱来的本领，一种抵抗运动状态变化的本领——惯性。惯性大小与哪些诱因有关系呢？你能设计一个小实验或举一个生活中的实例加以说明吗？让中学生讨论、交流。
通常中学生才能说出：质量越大，惯性越大。量度物体惯性大小的化学量就是其自身质量。并且很难通过生活中的实例或设计简单的实验来说清楚这个关系。这就须要班主任通过实验和实例帮助学生理解惯性和质量的关系。小实验（师生合作）：找一个肺活量大一点的女孩到上面来，深呼吸一下，吹班主任用线提着的兵乓球。兵乓球被高高吹来（中学生笑）。班主任再掏出一个跟兵乓圆球积差不多的钢球，用线提着，让中学生使劲吹。钢球几乎不动（中学生大笑）。通过这个小实验就才能说明质量大的惯性大。虽然现实生活中事例太多了，但是按照质量和惯性的关系设计了很多娱乐项目，如兵乓球（展示图片）。兵乓球撞木瓶，很有趣，最好是一个球过去，十个木瓶全倒了。想想看，有这些娱乐项目吗？拿着木瓶去打兵乓球（中学生大笑）。在兵乓球跟木瓶碰撞的过程中彰显了质量和惯性的关系。7．尾声这节课在备考中学的基础上，我们晓得了力是形成加速度的缘由，质量是惯性大小的量度。思索：外力才能改变物体的运动状态；而物体有质量，有惯性，物体自身又在抵抗运动状态的改变。可见，物体运动的加速度与力、质量有关，有哪些定量的关系呢？这就是我们下节课即将继续探究的问题。附：板书设计第四章牛顿运动定理一、牛顿第一定理1．亚里士多德（公元前4世纪）的质朴运动观自然运动，受迫运动受迫运动缘由的实质是：运动须要力来维持，力是维持运动的缘由。
2．伽利略（1564—1642）的研究（1）指责（2）假定与推测（3）理想实验（4）运动和力的关系：力是改变物体运动状态的缘由。（5）伽利略的科学研究方式实验和逻辑推理的和谐结合。3．笛卡儿（1596—1650）的补充4．牛顿（1643—1727）的总结一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。5．理解牛顿第一定理（1）力是改变物体运动状态的缘由（2）惯性与质量的关系6．思索物体运动的加速度与力、质量有哪些定量的关系？〖教学疗效评价与教学反省〗1．评价“牛顿第一定理”一课，是在新课标理念的影响下，我为宣武区、西市区的初三班主任做的一节公开课。从课堂教学疗效来看，中学生在原有知识经验的基础上，在班主任的引导下，才能积极主动地构建新知识，对运动和力的关系有了更清晰的认识。在学习的过程中，她们对亚里士多德的贡献有所了解，才能自主总结出伽利略开创的科学研究方式——实验与推理完美结合。自始至终，多数中学生处于思索、研究的激动状态，甚至延展到课外。在课下跟听课班主任交流时，你们都一致觉得，这节课的教学挺好地彰显了三维目标，注重“过程和技巧”的教学。中学生积极参与，兴趣浓郁。2．反省在研究运动和力的关系的过程中，应当进一步强化与中学生的互动。最好在课前动员中学生检索有关亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿的史籍，让中学生自主评价她们的历史战功。