陳文鑫

摘 要：物理學(xué)史在物理教學(xué)中的滲透有助于活躍學(xué)生的思維，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有效地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。本文利用物理學(xué)史進(jìn)行物理教學(xué)實(shí)踐，以初中《牛頓第一定律》一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，詮釋了物理學(xué)史在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；物理教學(xué)；牛頓第一定律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）6-0025-3

牛頓第一定律是由伽利略、笛卡兒到牛頓幾位科學(xué)家努力總結(jié)出來(lái)的自然定律。通常牛頓第一定律的教學(xué)是按這樣的順序進(jìn)行：先演示實(shí)驗(yàn)引出課題，然后通過(guò)講解伽利略與亞里士多德的爭(zhēng)論，提出“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”的觀點(diǎn)，進(jìn)一步通過(guò)演示斜面小車實(shí)驗(yàn)證明牛頓第一定律，最后運(yùn)用定律解決問(wèn)題。經(jīng)歷這樣的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生可以做到把定律的內(nèi)容一字不差地背誦，但在具體處理問(wèn)題時(shí)，仍然存在很多的問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)思想

牛頓第一定律的建立經(jīng)歷了一個(gè)曲折漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程，許多老師對(duì)該段發(fā)展史僅一語(yǔ)帶過(guò)。事實(shí)上，學(xué)生的學(xué)習(xí)將大體重演這一過(guò)程。因此，教師在教學(xué)中可以充分利用這一現(xiàn)成的課程資源，再現(xiàn)科學(xué)家的探索過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀，讓學(xué)生“重走”物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)之路。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 新課導(dǎo)入

師：前面我們分別學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)，那么，力與運(yùn)動(dòng)有沒(méi)有什么關(guān)系呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，今天我們就來(lái)重走歷史，看看歷史上，科學(xué)家們對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的描述。

2.2 新課教學(xué)

師：首先是亞里士多德發(fā)表了言論。

2.2.1 展示閱讀資料一：亞里士多德關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)”的描述（圖1）

師：亞里士多德有關(guān)“力與運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)是怎樣的？

生：物體只有在外力推動(dòng)下才能運(yùn)動(dòng)，外力停止，運(yùn)動(dòng)也就停止。

教師演示生活實(shí)例：推粉筆盒

師：生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，給力，物體就運(yùn)動(dòng)起來(lái)，不給力，物體就停止運(yùn)動(dòng)。物體的運(yùn)動(dòng)好像確實(shí)需要力來(lái)維持。但這只是亞里士多德的觀點(diǎn)，在亞里士多德之后，伽利略對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”也做出了研究。

2.2.2 展示閱讀資料二：伽利略談“力與運(yùn)動(dòng)”（圖2）

師：閱讀資料中伽利略關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的觀點(diǎn)又是怎樣的呢？

生：物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，運(yùn)動(dòng)的物體沒(méi)有力也可以繼續(xù)以該速度一直運(yùn)動(dòng)下去。

師：該觀點(diǎn)完全否定了亞里士多德“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持”的說(shuō)法。兩種觀點(diǎn)哪一種是正確的呢？

【學(xué)生舉例】【老師引導(dǎo)】

生活中的體驗(yàn)——足球運(yùn)動(dòng)。

1）開(kāi)始，足球只是靜止在草坪上。接著運(yùn)動(dòng)員與球接觸，一踢，給了球一個(gè)力的作用，球就飛出去了。

給力，足球才運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這符合亞里士多德的觀點(diǎn)。

2）之后，運(yùn)動(dòng)員與球脫離接觸，運(yùn)動(dòng)員給球還有沒(méi)有力？（沒(méi)有了）但球仍然在運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)撤去人給球的力，球還是能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這就與亞里士多德的觀點(diǎn)不符合了。

3）最后，足球會(huì)落在草坪上，滾來(lái)滾去至靜止。

師：為什么足球最終會(huì)停止運(yùn)動(dòng)？

生：因?yàn)樽闱蚴艿搅四Σ磷枇Φ淖饔谩?/p>

從足球運(yùn)動(dòng)中得出結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

師：我們?cè)賮?lái)看看伽利略的觀點(diǎn)（圖2），他還說(shuō)了“運(yùn)動(dòng)的物體沒(méi)有力也可以繼續(xù)以該速度一直運(yùn)動(dòng)下去”。他為什么又得出這樣的結(jié)論呢？下面，我們就一起來(lái)看看，當(dāng)年伽利略是怎樣探究的？

2.2.3 展示閱讀資料三：伽利略的探究過(guò)程（圖3）

學(xué)生從閱讀中認(rèn)識(shí)伽利略的自然觀察，及其對(duì)自然觀察的合理推想，了解其探究過(guò)程。

師：為了證明其結(jié)論，伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 展示閱讀資料四：伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)（圖4）

學(xué)生閱讀資料，教師再次演示理想斜面實(shí)驗(yàn)。

【教師引導(dǎo)】

在這兩個(gè)對(duì)接的光滑斜面上，首先，讓小球從斜面一側(cè)由靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面。如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⒃诹硪恍泵嫔显趺礃樱俊_(dá)到原來(lái)的高度。（圖5）

繼續(xù)第二個(gè)斜面的傾角，小球還是要達(dá)到原來(lái)的高度，就會(huì)滾得更遠(yuǎn)一些。（圖7）

最后，將傾角減小到零，即第二個(gè)斜面完全被放平。小球還是想達(dá)到原來(lái)的高度，但它卻怎么樣也達(dá)不到原來(lái)的高度，就將怎樣運(yùn)動(dòng)？——一直運(yùn)動(dòng)下去。（圖8）

師：伽利略就通過(guò)理想斜面實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了自己的觀點(diǎn)。但在歷史上，關(guān)于亞里士多德和伽利略的爭(zhēng)論，并沒(méi)有如此輕易地就分出了勝負(fù)。這是由亞里士多德的地位和當(dāng)時(shí)的宗教信仰決定的。讓我們來(lái)看看，亞里士多德在當(dāng)時(shí)的地位和科學(xué)成就。

2.2.5 展示閱讀資料五：亞里士多德的地位，科學(xué)成就，當(dāng)時(shí)的宗教信仰（圖9）

學(xué)生從閱讀資料中可以看到，亞里士多德的德高望重，以及當(dāng)時(shí)人們被束縛在神學(xué)、教條的框框里。學(xué)生也體會(huì)到伽利略不迷信權(quán)威，敢于向傳統(tǒng)的權(quán)威思想挑戰(zhàn)的精神。

師：但伽利略的這個(gè)結(jié)論也不夠完善。你們覺(jué)得不完善在哪里呢？

師：伽利略只說(shuō)了運(yùn)動(dòng)的物體，那靜止的物體呢？他也只說(shuō)了物體是勻速運(yùn)動(dòng)，那物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，還是曲線呢？

師：與伽利略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡爾，他發(fā)現(xiàn)其中的不完善，就進(jìn)行了補(bǔ)充。

2.2.6 展示閱讀資料六——笛卡爾的觀點(diǎn)。（圖10）

師：笛卡爾做出了怎樣的補(bǔ)充？

生：除非物體受到力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持在直線上運(yùn)動(dòng)。

【教師引導(dǎo)】

得出結(jié)論，笛卡爾從他數(shù)學(xué)家的角度，提出物體在不受外力的情況下，物體只能做直線運(yùn)動(dòng)，不能做曲線運(yùn)動(dòng)。

師：現(xiàn)在，伽利略、笛卡兒的正確觀點(diǎn)都擺在了世人的面前。在隔了一代人之后，牛頓將對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的探究，在前兩位的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步，提出“靜止的物體在不受外力時(shí)將保持靜止?fàn)顟B(tài)”，并將所有的結(jié)論總結(jié)成了一條基本定律——牛頓第一定律。

牛頓第一定律內(nèi)容：一切物體在沒(méi)有受到外力作用的時(shí)候，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。

師：今天，我們通過(guò)讀歷史知道了牛頓第一定律的發(fā)展過(guò)程。先是亞里士多德延續(xù)兩千多年的錯(cuò)誤，然后是伽利略的勇敢抗?fàn)?，再到笛卡兒的補(bǔ)充，最后是牛頓，站在巨人的肩膀上總結(jié)出牛頓第一定律。

3 教學(xué)分析

在此教學(xué)過(guò)程中，教師緊緊圍繞牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，深入挖掘了物理學(xué)史中的相關(guān)素材，將牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)以歷史原貌的形式展示給學(xué)生。學(xué)生的“重走”歷史之路，不僅讓他們自主建構(gòu)了物理知識(shí)，深刻認(rèn)識(shí)了牛頓第一定律，又讓他們又能在閱讀過(guò)程中學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法，感受到科學(xué)結(jié)論得出的艱難，領(lǐng)略科學(xué)思維的力量和美，取得了較好的教學(xué)效果。

經(jīng)教學(xué)實(shí)踐證明：物理學(xué)史在物理教學(xué)中的滲透有助于活躍思維，增強(qiáng)科學(xué)意識(shí)，使學(xué)生更自覺(jué)地繼承前人的事業(yè)，有效地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。把物理學(xué)史的知識(shí)融于物理教學(xué)中，無(wú)疑具有重要價(jià)值，特別是實(shí)施新課程改革的今天更是迫切需要的，也是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]義務(wù)教育教科書(shū)《物理》八年級(jí)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.

（欄目編輯 劉 榮）