基于物理学史的一堂探究课

王建辉

1 教学设计思路的建立

1.1指导思想与理论依据

新的课程标准要求学生学习科学探究方法，发展自主学习能力，通过自主的探索行为，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。物理概念的形成过程，结论的推导过程，方法的思考过程，问题的发展过程，规律的被揭示的过程等，都是向学生渗透物理思想方法、训练思维的好机会。本节课以自主学习理论、探究教学理论为基本依据，将科学探究与物理知识有机结合，创设实验问题情境，让学生经历探究的过程，在体验中获得物理规律，在探究中领略思维的逻辑。

1.2教学背景分析

《牛顿第一定律》是人民教育出版社《高中物理》必修一第四章第一节的内容，是将力与运动联系起来的纽带，是物理学中的一个重要内容，也是本章本节的重点。牛顿第一定律破除了长达近两千年的亚里士多德的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，成为物理学理论的支柱和基石。另外，伽利略的理想实验为牛顿第一定律的提出发挥重要作用。教学中要引导学生领会牛顿第一定律的含义，充分说明伽利略理想实验的基础和推理过程，让学生明确力和运动的关系，以及学会运用惯性知识解决分析实际问题。

学生们经过初中的学习，已初步知道牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是对牛顿第一定律的内容一知半解，对其历史也不太了解；此外，他们具备一定分析推理的思维能力，但探究学习能力和学习主动性不强，以被动接受为主，所以本节课由教师引导学生学习前人的研究过程，让他们逐步掌握一定的探究方法，正确认识力与运动的关系。

2 教学目标的确立

2.1知识与技能

体会伽利略的理想实验思想；理解牛顿第一定律的内容及意义；理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。

过程与方法：通过回顾历史及探究过程，理解牛顿第一定律的形成过程，理解理想实验是科学研究的重要方法；通过对惯性现象的解释，培养学生灵活运用所学知识的能力。

情感态度与价值观：通过运动和力的关系的历史过程探究，了解人类认识事物本质的曲折，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性严密的科学态度教育，培养学生敢于坚持真理，不迷信权威的科学探究精神。

2.2教学重点

加深对牛顿第一定律形成的理解。重中之重是伽利略的理想斜面实验。

教学难点：惯性的概念建立及其在现实生活中的应用。

3 教学过程

3.1引入课题

活动1创设刹车互动游戏、观看神州飞船发射升空的视频。

学生：思考为什么刹车时人体会向前倾斜？你再想想为什么汽车能够做加速运动，为什么可以做减速运动？为什么有的物体作直线运动，有的物体可以转弯？神舟六号发射后，媒体称中国已经掌握微小卫星进动控制的方法，这具体是指什么？

教师：所有这些为什么其实质都是同一个问题：运动背后的原因是什么？这是个古老的话题，最早可以追溯到公元前四世纪。

3.2历史回眸

（1）亚里士多德（前384-前322年，古希腊哲学家、自然科学家）

活动2观看视频马拉车、拉弓射箭、赛场上滚动的足球。

教师：亚里士多德通过诸如马拉车行驶，奴隶曳船行驶等生产、生活中物体推拉的运动进行观察发现，这些运动必须有推动者，即运动必须有外力维持，否则就归于静止。他认为“一切运动的物体必定受某物的驱动”，外力是物体维持运动的原因。有力作用物体动，力停止作用物体停止运动。同学们同意这个观点吗？理由是什么？

学生：交流讨论后得出亚里士多德观点不正确，没考虑阻力。

教师：那若没有空气阻力、地面摩擦阻力的存在水平运动的物体会怎样呢？

学生：会一直运动下去。

教师：亚里士多德的观点2000多年无人质疑，直到十六世纪物理学家伽利略才发出质疑。他第一个意识到摩擦力存在的问题，没有阻力存在，水平运动的物体将会永远运动下去！你们与他的设想是一样的。如何验证正确与否？

学生：通过实验验证。

（2）伽俐略（1564-1642意大利物理学家、天文学家）

活动3分组操作弯曲斜面的实验。

学生：在铝合金轨道上垫上毛巾，小球从固定释放点释放，有摩擦，低于释放点的高度；撤去毛巾，更换棉布，同一点释放，小球爬行的高度增加；撤去棉布同一点释放，小球基本接近等高。结论：若轨道无摩擦小球会回到等高处。

点评：无摩擦时小球会滑到等高处是在实验基础上合乎逻辑的推理，是让人信服的结论。

活动4分组实验：不断减小光滑轨道右侧斜面的倾角。

教师：减小一个斜面的倾角——同一高度上释放小球，运动的水平距离更远了，为什么？

学生：运用刚才的结论回答小球仍将要运动等高。

教师：肯定学生的回答。继续减小斜面倾角同一高度释放，水平距离越来越远，假如无摩擦，假如轨道足够长小球会怎样？

学生：会一直运动下去。

点评：这进一步的实验推理。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索，既然选择了高度，留给世界的便只能是背影。

教师：活动总结。小球在光滑水平轨道运动，水平方向不受外力，却可以一直运动下去，这个实验证实了刚才的猜想，也说明亚里土多德的论点的错误，力不是维持物体运动的原因。

如果没有摩擦阻力流体阻力的影响，在水平面上运动的物体会一直运动下去。（板书）

教师：回顾伽利略研究力与运动的问题的研究思路，是在可靠实验事实的基础上运用逻辑推理得出规律的理论思维模式叫理想实验方法。亚里士多德采用的观察法也是一种研究方法，但直觉有时不一定很准确，更不能迷信权威。

学生：视频观看一项体育项目——冰壶球运动，由于球运动过程阻力很小，能以几乎不变的速度前进。

学生：观察气垫导轨上物体近匀速的运动实验演示，并交流实验体会

点评；爱因斯坦评价伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。

那为什么我们今天不是学习伽利略定律呢？

（3）法国科学家笛卡尔（1596——1650）

如果运动中的物体没有受到力的作用，那么它将继续以同一速度沿直线运动，既不停下来，也不偏离原来的方向。（板书）

活动5对比同时代两位科学家的表述。

教师：有什么区别？

学生：对比笛卡尔的观点和伽利略的观点的具体差异。笛卡儿补充完善了伽利略结论。

（4）1643年出生的牛顿系统总结了前人的研究并赋予更新的内涵。

牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（板书）

活动6理解牛顿第一定律。

学生：大声朗读第69页。

教师：牛顿全面总结了力与运动的关系。他的理论体系收录在1687年发表的《自然哲学的数学原理》。牛顿的三个定律成为动力学核心。亚里士多德提出问题，引起争议，伽利略创立方法，引导方向；笛卡尔补充完善，深化认识，牛顿系统总结，明确内涵。在牛顿第一定律的形成过程中，众多科学家的敢于大胆猜想、假设，对前人结论提出质疑并进行实验验证。牛顿曾谦虚地说，如果说我看的更远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。牛顿第一定律的形成过程贯穿了物理学史的全过程。

我国春秋战国末期的《考工论輈人篇》中更有明确的记载：“劝登马力，马力既竭，犹能一取也。”意思是说：马拉车的时候，马虽然对车不再施力了，但车还能继续前进一段路，这显然是在讲述一种现象。

（5）惯性定律

活动7观看视频，放慢400倍的镜头观看扎破装水气球的视频。

教师：为什么球破时水仍然保持原状？

学生：水具有保持原有的运动状态的性质。

设计小实验：用棒敲打叠放的象棋子，请学生继续分析。

点评：惯性；物体保持原来匀速直线运动或静止状态的性质叫做惯性。一切物体都具有与生俱来得惯性。

教师：物体抵抗运动状态的变化的本领与什么因素有关呢？

学生：观看高速公路超载的车祸视频。讨论分析出惯性是物体的固有性质，抵抗运动状态的变化的本领，质量大，惯性大，运动状态难改变；质量小，惯性小，运动状态易于改变。

点评：质量是物体惯性大小的量度。

活动8请学生列举生活中利用惯性的例子。

活动9教师设计小车实验，请学生猜想，若小车匀速动，衔住小球的电磁铁突然断开电源，小球掉哪里？小车加速运动呢？

学生：分析小球具有惯性的原因，掉入小车内。

教师：司机为什么要系安全带，呼应课题引入时刹车游戏。

点评：牛顿第一定律揭示了一切物体都具有一种保持其原来运动状态的特性即惯性，当物体不受力时，它处于静止匀速直线运动状态，体现了它保持原来运动状态的特性，当物体受到外力作用时，惯性会对运动状态的改变进行反抗，这时这种特性就明显表示出来，因此牛顿第一定律又被称为惯性定律。

3.3课堂小结

教师：今天这堂课有何收获呢？

学生：牛顿第一定律、惯性、理想实验研究方法、不迷信权威勇于质疑等。

点评：近代爱因斯坦等科学家又进一步发展了力与运动的关系。没有哪一个定律是终极真理，物理学的大厦永不封顶，还等待你们为它添砖加瓦。

4 板书设计：（如图1）

5 教学后记

本节课从人类对力和运动关系的认识历史入手。让学生对牛顿第一定律本身的建立有全面、清楚的认识。在物理教学中，恰当运用物理学史，加强物理史学教育，可以使学生在学习中受到科学方法和科学思维的训练，有利于学生掌握科学研究方法，提高科学研究能力，养成科学的态度和精神。从而最终达到全面提高学生科学素养的目的。