《牛顿第一定理》教学案例
杨鹏瑞山东省曹县第二中学电话********
【一、设计思想】
本节课的设计特征是通过自然现象和生活现象，引导中学生“观察思索”，“提出问题”，进行“讨论交流”，让中学生去经历解决问题的过程，体验获取数学规律的成就感，在化学史实中展现化学思维的力量和美，重视数学规律的发觉和发展。先是介绍了人类对力和运动关系的发展历史，并注重述说了伽俐略的理想实验及其重要的实验思想，之后引入牛顿第一定理和惯性概念，并由此剖析出力不是维持物体速率的缘由，而是改变物体速率的诱因。适当介绍一些数学学史的知识，通过对大量实例的剖析，让中学生真正理解力不是维持物体速率的缘由，而是改变物体速率的诱因。
【二、教材剖析】
本节是中学选修I第三章第一节，从牛顿第一定理开始，教材出现运动和力的关系问题，这是在上面学习过运动学和静力学知识后一个很自然的延展，牛顿第一定理在数学学中确切描述了“力”和“运动”之间的关系。提出了“惯性”这一概念，尤为重要的是整个数学学体系选取了一种特殊的参考系——惯性系，从这一点上看，牛顿第一定理构建对化学学的发展有了很重要作用，学好牛顿第一定理有着非常重要的意义。另外，伽利略的研究过程蕴含了重要的科学方式，教学中要引导中学生感悟牛顿第一定理的含意，充分说明伽利略“理想实验”的实验基础和推理过程，展示了伽利略斜面理想实验的猜测根据、推断结果这一思维过程，通过教学让中学生明晰运动和力的关系。惯性因其具象难懂而成为难点。所以新课标中本节内容对中学生有以下基本要求：1．了解亚里士多德对力和运动关系的阐述及存在的错误。2．认识伽利略研究运动和力关系的思想方式，了解理想实验的作用。3．晓得速率是描述物体运动状态的数学量。4．理解牛顿第一定理的内容，才能运用牛顿第一定理解释有关现象。5．晓得惯性是物体的固有属性，晓得质量是物体惯性大小的量度。6．运用惯性概念，解释有关实际问题。
【三、学情剖析】
本节所述内容在中学课本上已涉及到，中学生已有一定的基础，关键是怎样让中学生加深对牛顿第一定理的理解。对力和运动的关系，从日常经验出发，人们常常会形成错误的认识，所以使中学生构建起运动改变的缘由在于物体间的互相斥力的观点，不是轻而易举的事情。在对惯性的学习中，尤其是惯性定理的内容及导入过程，指出它在科学中的地位和作用，引导中学生了解科学的发觉和发展，同时科学家自身的创造性思维品质和勇于指责、坚持真理的献身精神，成为情感心态价值观教育的好素材。
【四、教学目标】
（一）、知识与技能:
1、知道并能用语言叙述牛顿第一定理。
2、理解哪些是惯性，才能列出生活中有关惯性的现象。
（二）、过程与方式:
1、了解伽利略“理想实验”的科学方式，经历“探究物体不受力时如何运动”的过程，进一步培养中学生科学探究的能力。
2、通过实验和观察活动，体验一切物体都有惯性。
（三）、情感心态与价值观:
1、通过探究物体不受力时如何运动，产生实事求是、不迷信权威、尊重自然规律的科学心态。
2、通过学习惯性的应用，感遭到科学就在身边。。
【五、教学重与难点】
重点：“理想实验法”牛顿第一定律中总的含义，牛顿第一定理和惯性。
难点：理解牛顿第一定理及其内涵。
【六、教学打算】
班主任：货车、木块、纸条、玻璃板、象棋子、杯子（内盛水）、硬纸板、鸡蛋。
中学生：斜面、小车、木板、棉布、毛巾。
【七、教学过程】
一、情境导出，明晰任务
引导中学生看两张来自生活的图片（多媒体投影）：
①为什么立定跳高不如急行跳高跳得远？
②冬奥会冰球联赛中为何要先要助滑一段距离？
师：要解决这两个问题，我们首先来研究有关“牛顿第一定理”的知识。
板书课题：牛顿第一定理
投影：学习目标
1、知道牛顿第一定理的内容，了解它的探究历程。
2、通过活动体验任何物体都具有惯性。
二、维持运动须要力吗？
1、自主探究，合作交流
师：朋友们，上面我们晓得力可以使静止的物体运动，也可以使运动的物体静止，可见力和物体的运动有密切的关系。关于力和运动的关系，古埃及学者亚里士多德提出了一个观点——物体的运动须要力来维持。他的观点仍然维持和统治人们的思想近两千年，直至三百年前伽利略才提出了新的观点——物体运动不须要力。你同意谁的观点呢？请各小组自主探究。
投影：自主探究提示：
（1）观察课本第71页图3—1-1，想想在生活中还有什么类似的现象？从这种现象中你能得到哪些启示吗？
（2）结合生活体验回答下述问题：①怎样才能使静止的排球运动上去？②足球离开运动员的脚之后，在草地上滚动的过程中速率有何变化？③骑单车时，假若停止蹬车，单车运动情况会有哪些变化？为此，你觉得物体的运动是不是一定须要力来维持？物体的运动和物体受力之间可能有哪些关系？（3）亚里士多德和伽利略都对物体的运动和受力关系进行了研究，你同意谁的观点？
2、展示交流合作学习成果
师：你是同意亚里士多德的观点，还是同意伽利略的观点？说出你的理由。
生1：静止在桌子上的书，使劲一推由静止变为运动，不推，重新变为静止。可见物体的运动须要力来维持。
生2：骑单车时我们停止蹬车，车依然继续运动；踢出去的篮球能继续在空中飞行；掷出去的标枪能继续往前运动，可见物体的运动不须要力来维持。
生3：物体的运动有时须要力，有时不须要力来维持。
生4：我们组也觉得物体的运动不须要力来维持，如车辆制动后仍能继续滑行一段距离。
3、疑难解析，评价激励
师：爱因斯坦曾把一代一代科学家探求自然奥秘的努力，称作福尔摩斯侦探小说中的破案过程，有时侯显著可见的线索却把人们引向错误的判定。也就是说，光凭经验来做判定往往是靠不住的，在探究运动缘由的“侦探小说”里，亚里士多德正是因为凭着生活中明显的线索引出了错误的判断。
师：造成亚里士多德观点的“罪魁帮凶”是哪些呢？
中学生思索，交流。
生：单车停下，停下不是没有受力，而是遭到了磨擦力才停的。为此，导致亚里士多德错误观点的“罪魁帮凶”是磨擦阻力。
师：现今假定你是伽利略，你会找寻如何“侦察”去推翻这维持两千年的“错案”？
师：物体不受力时能够继续运动须要实验来验证。
三、牛顿第一定理
1、设计实验方案
（1）小组交流合作学习
师：下边请以小组为单位，依据屏幕上的提示设计出实验方案。
投影：温情提示
1、明确探究实验的对象、条件：要探究运动物体不受力时，运动情况会如何，实验时我们应当把静止的还是运动的物体作为我们的研究对象？按照实验目的可知：实验应观察运动的物体在不受（阻）力时运动情况，你准备怎么创造“不受（阻）力”实验条件？
2、回忆曾经做过的“真空不能传声”的实验：如图1所示，把玻璃罩中的空气抽出，我们看到的铃声越来越小，这说明真空不能传声。思索以下问题：
（1）在这个实验中，我们能使玻璃罩内达到“绝对真空”吗？
（2）既然做不到“绝对真空”，你是按照哪些现象推测出真空不能传声的？当玻璃罩中的空气越来越少时，我们看到的铃声越来越小。由此推论：如果玻璃罩内没有空气，我们都会听不到声音，这说明真空不能传声。
（3）受这些技巧的启示，你能够设计实验，探究运动物体“没有阻力作用”时如何运动？
3、结合课本，剖析图2所示的实验方案。
思索：（1）为充分“显示”阻力对物体运动情况的影响，每次实验时应当控制什么诱因相同？怎样改变物体遭到的阻力？
（2）为何让货车从斜面的同一高度滑下？
（3）货车在不同材料的平面上最终停出来的缘由是哪些？
（4）设计一个记录实验数据的表格。
（5）构想一下，假如水平面足够光滑（没有任何阻力），货车的运动情况会如何？
（6）展示交流合作学习成果
师：下边请第二组来展示实验计划与实验方案。
生：我们晓得月球上完全不受力的物体是不存在的，我们可以使物体受力渐渐减少，观察物体运动情况，进一步推理物体不受力时如何运动，这些方式叫理想实验法。实验时我们让同一货车从同一斜面的同一高度滑下，观察货车分别在浴巾、棉布、木板表面滑行的距离，进一步推理物体不受力时的运动情况。我们设计的实验
介绍实验装置：带斜面的长木板、小车、毛巾、棉布，演示实验，观察现象，完成表格。
推论：平面越光滑，货车运动的距离越远，这说明货车遭到的阻力越小，速率增大的越慢。
推理：假如运动物体不受力，它将永远运动下去。
师：爱因斯坦曾高度评价伽利略的工作：“这个理想实验强调了真正完善运动学基础的线索。”这位朋友就象是踏过伽利略的足迹重温理想实验，很伟大啊。
视频观看：目前的一项体育项目——冰壶球运动，因为冰球运动过程阻力很小，以几乎不变的速率前进。师：在我们昨天看来是极其简单的道理。在它发觉的最初常常是十分艰辛的，假如没有坚强的意志和信念，没有足够的事实和理论根据去支持你，许多人可能会舍弃，但伽俐略没有舍弃。
四、阅读理解
师：运动的物体不受力将仍然运动下去，那静止的物体假如不受力，会如何呢？
生：永远保持静止。
师：牛顿在前人的基础上，进一步概括总结得出知名的牛顿第一定理。下边请朋友们阅读理解牛顿第一定理的内容。
师：牛顿第一定理的内容是，一切物体在没有遭到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。适用范围为一切物体，条件为不受力。
师：关于牛顿第一定理，朋友们还有补充或疑惑吗？
生：我补充一下，牛顿第一定理是在实验的基础上经过进一步的推理得出的，这些方式叫理想实验法。师：你补充的挺好！
生：牛顿第一定理是在任何情况下都组建吗？
师：是的，牛顿第一定理适用于一切物体。
五、惯性
师：牛顿第一定理还强调一切物体都具有的一种性质，我们把这些性质叫惯性。
1、思考、讨论下边两个问题：
（1）为何立定跳高不如急行跳高跳得远？
（2）出席百米大赛的运动员抵达终点为何很难立刻停出来？
（3）奥运会冰球联赛中为何要先先助滑一段距离？
2、演示实验：将小铁块置于货车上，小铁块随货车一起运动，货车忽然停止，铁块飞出。
中学生讨论剖析。
3、试一试：请你在地面上使劲竖直向下跳起，观察一下，落地点将落在起跳点的旁边、后边还是起跳点上？
拓展：（1）当你在匀速直线运动的列车车箱内竖直向下跳起、落下后将落在起跳点的前方、后方还是起跳点上？
（2）当你在列车车箱内竖直向下跳起后，列车忽然加速，你落下后将落在起跳点的前方、后方还是起跳点上？
4、精彩展示
课前选出6个学习数学困难的中学生，三人一组，提早练习下边3个实验中的一个，课上让她们精彩展示。（1）将字条压在玻璃板下，突然抽出玻璃杯下的字条。
（2）将6个象棋子叠上去，让两个中学生展示迅速击打最下边一枚棋子。
（3）在装有水的瓶子上放一硬纸片，纸板上放一猪肉，迅速击打猪肉下的硬纸板。
中学生讨论剖析。
师：大量事实表明，一切物体都有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。我们把物体保持运动状态不变的性质称作惯性。
5、观看视频，小组讨论。
让中学生观看拍打尘土、锅炉工人填碳、足球的“香蕉球”在空中的运动轨迹、奥运会女子百米世锦赛冲刺终点，驾驶员系安全带等方面的视频片断。
中学生以小组为单位，讨论剖析上述生活中的惯性现象。
师：惯性的应用非常广泛，对人类有利的一面我们要加以充分借助，比如，铁锤松了，借助惯性可将铁锤牢牢地套在斧柄上；跳高运动员助跑后，借助惯性能跳的远些；柯受良借助惯性飞跃长江等。
师：其实，也有对人类不利的一面，如驾车不可超速，驾驶员系上安全带等。
六、梳理整合，迁移提升
1、师：请朋友们想一想：本节课的学习内容有什么？它们之间有哪些内在的联系？请用你喜欢的图示方式表示下来。
中学生思索交流并尝试作图。
2、各小组推出代表进行展示、交流。中学生在互评、自评中取长补短，知识框架得到修正、完善。
3、引导中学生找寻知识的脉络和内在联系。
【八、学习小结】
⑴这节课我们主要学习了牛顿第一定理:一切物体在没有遭到外力作用时,将保持匀速直线运
动状态或静止状态。
⑵这一节我们还学习了研究解决数学问题的方式：
①实验采用了控制变量法：同一物体从同一高度下降,保证货车在水平面上开始运动的速率相同，三种情况惟一不同的就是三个表面对货车的阻力不同,造成速率变化的快慢不同。这些控制变量法是我们用实验研究问题的常用技巧。
②在实验的基础上进行科学推理,得出推论的方式。
③归纳总结法：牛顿就是总结了伽利略等人的研究成果,因而概括出了牛顿的一定理。
【九、课后小结】
施行新课程的关键在班主任，不能习惯于只用一种教学方式即讲授法进行教学，而是要按照化学学科的特性以及中学生的实际采用灵活多样的教学方式，使课堂饱含生机和活力。
中学生在生活中早已有所了解，但理解不深。并且惯性这个概念比较具象。为此，在教学中紧扣化学学科的特性，突出实验教学，让中学生充分动手、动口、动脑，迸发她们的学习兴趣，培养她们观察、分析、归纳的能力。这节课我主要突出以下几个方面：
一、充分地采用直观的教学方式，迸发中学生的学习兴趣
本节课我共设计了四个实验，即1．货车运铁块（起动和煞车）；2．用卷尺严打叠在一起的棋子；3．打硬板；4．斜面实验等。通过在课堂上演示这种实验，化具象为具体，由静到动，由易到难，使中学生更易理解所学知识，充分调动中学生学习的积极性，整个课堂非常轻松活跃。
二、充分地发挥中学生的主体作用，培养中学生的实践能力
通过让中学生动手的方式来探索知识。这节课设计的斜面实验由中学生自己动手完成牛顿第一定律中总的含义，让中学生通过自己的亲身体验，从实验中发觉规律，探索知识，因而培养了中学生科学的探求精神和实践能力。
三、充分地采用发散性提问，训练中学生的发散思维
在向中学生提问的过程中，尽量避开“是不是”、“对不对”的提问，这样提问对中学生的思维作用不大，尽量少用“为什么”的提问，这样提问似乎对中学生的思维有一定的作用但容易重视惟一的正确答案，不利于培养中学生的发散思维；应积极采用“有什么观点”、“有哪些不同的想法”的提问，来训练中学生的发散思维。肯定朋友们能积极动脑，多想办法解决问题特别好，接着引导中学生剖析这种方式与借助惯性的方式的好坏，因而加深了中学生对运用惯性解决实际问题的认识。
