黃玲麗

（浙江省余姚市實驗學(xué)校）

巧設(shè)問題，突破學(xué)生思維障礙
——《牛頓第一定律》教學(xué)案例

黃玲麗

（浙江省余姚市實驗學(xué)校）

牛頓第一定律的教學(xué)一直是個難點。牛頓第一定律的研究過程是推理歸納的復(fù)雜高級思維過程，這對剛步入物理領(lǐng)域的初中生來說是極其困難的。根據(jù)經(jīng)驗，學(xué)生會有認(rèn)為物體的運動是力作用的結(jié)果，這就是在初中科學(xué)教學(xué)中牛頓第一定律至今仍是難點的原因所在。要成功地完成牛頓第一定律的教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生擺脫這種觀念，轉(zhuǎn)變錯誤認(rèn)識，最重要的環(huán)節(jié)之一就是揭示建立牛頓第一定律的思維活動過程，引導(dǎo)學(xué)生進入牛頓第一定律的思維活動中來，而不是生硬地把結(jié)論塞給學(xué)生。這就需要教師精心設(shè)計問題，嚴(yán)密推理，把復(fù)雜的思維分解成為學(xué)生可以接受和理解的各個層次的簡單推理，把高度概括的復(fù)雜思維過程分解成簡單的淺化思維過程，即通過提問，設(shè)計一定的思維臺階，幫助學(xué)生突破推理、概括的思維障礙，由淺入深，深入淺出，使思維的難點分散、難度降低，使原來難以想象的牛頓第一定律轉(zhuǎn)變成學(xué)生自然而然、順理成章的思維必然結(jié)果，才能幫助學(xué)生走出誤區(qū)。在教學(xué)中，以斜面小車實驗的觀察和分析為中心，逐項逐層通過一系列問題展開思維活動。

【案例分析】

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究的欲望

學(xué)生體驗：1.要讓靜止的書本在桌面上運動，該怎么辦？

2.停止用力，書本又處于什么運動狀態(tài)呢？

在學(xué)生體驗的基礎(chǔ)上提問：力和運動之間有什么關(guān)系呢？

有的學(xué)生說，有力物體才能運動，也有的說，力改變物體的運動狀態(tài)（有思考有爭議）。此刻和學(xué)生回顧歷史，告訴他們曾經(jīng)歷史上就有關(guān)于運動和力的關(guān)系的爭論（增強了學(xué)生探究的價值感）。最有代表的觀點就是2000多年前的古希臘科學(xué)家和哲學(xué)家亞里士多德根據(jù)諸如“用力推車，車則進；停止用力，車則止”的經(jīng)驗事實，而得出“力是維持物體運動的原因”。

順勢提問：“你是如何理解這句話的？你覺得這個觀點有問題嗎？舉個反例。”學(xué)生思考理解，舉出踢足球的例子等。有了正確認(rèn)識的初步感受，然后教師演示推小車，進一步讓學(xué)生體會力不是維持物體運動的原因，沒有力，仍然可以運動。

進一步設(shè)問：“為何不用力，小車和書都停下來了？”前面學(xué)過摩擦力，很快就能答出是摩擦阻力使運動物體速度變小，直至靜止，運動狀態(tài)發(fā)生改變。這樣就很容易回答這個問題：“小車和書對比，誰停下來快？停下來快慢與什么有關(guān)？”學(xué)生說，與摩擦阻力的大小有關(guān)，小車的滾動摩擦小得多！進入今天的研究課題：物體運動狀態(tài)改變（速度減小得快慢）與阻力的關(guān)系。

【環(huán)節(jié)一隨感】學(xué)生學(xué)習(xí)需要一定的問題情境，知識融于情境中才能顯示出活力與美感。

環(huán)節(jié)二：實驗探究中的問題設(shè)置，觀察討論

提問：“根據(jù)探究課題：物體運動狀態(tài)改變（速度減小得快慢）與阻力的關(guān)系，你能提出可行性的問題和建立相應(yīng)的猜想嗎？”學(xué)生紛紛提出自己的問題和猜想，教師給予評價。然后根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的探究能力，給出實驗器材，讓學(xué)生思考選這些器材的用意，如，斜面有什么用？思考討論以下幾個問題：（1）實驗中我們應(yīng)該控制哪些變量？如何設(shè)計？這種設(shè)計的方法叫什么？（2）實驗過程中我們需要觀察什么？（3）實驗從粗糙的毛巾開始做，還是從光滑的木板開始做（留個懸念）？學(xué)生討論得出：控制小車進入水平面時的具有相同的初速度，需要同一小車從同一斜面的同一高度靜止釋放；小車在水平面上受到的摩擦阻力大小——實驗變量，給水平面鋪上粗糙程度不同的物體，從粗糙的毛巾開始實驗。學(xué)生活動，記錄結(jié)果在表格中。

水平面材料小車受到摩擦阻力的大?。ù蟆⑤^大、小）小車運動的距離 小車速度減?。?、較快、慢）毛巾棉布木板

由學(xué)生來講實驗結(jié)果并得出實驗結(jié)論：水平表面越光滑，小車運動時所受到的摩擦力（阻力）_________ _，運動的距離_________，速度減小得________。

【環(huán)節(jié)二隨感】學(xué)生已經(jīng)了解了探究的各個環(huán)節(jié)，明確了探究目的，在教師的循循誘導(dǎo)下，通過師生雙邊活動，把這個實驗活動做活了。

環(huán)節(jié)三：層層設(shè)問，科學(xué)推理，獲得新知和新法

推理：“有比木板更光滑的材料嗎？”學(xué)生答：“玻璃?！薄霸诓Ａ线\動，小車受阻力情況、運動距離、小車速度變慢情況如何？”學(xué)生立即回答。進一步推理：“有比玻璃更光滑的材料嗎？運動情況如何？”學(xué)生也很快做出思考回答。試想：“倘若在更理想的絕對光滑的平面上運動，小車的運動情況？”學(xué)生成功推理：小車根本停不下來。結(jié)論水到渠成。同時解決問題（3）為何從粗糙的毛巾開始實驗。

再次啟發(fā)點撥：“絕對光滑的平面現(xiàn)實有嗎？這種方法叫推理法。那么是憑空想象的嗎？”學(xué)生自然想到是在實驗的基礎(chǔ)上加以推理。這種方法叫做理想實驗法。最早開創(chuàng)這個方法的科學(xué)家是伽利略，他也做過類似的實驗。體會新方法帶來的成就感，再和學(xué)生回顧歷史——300年前伽利略的理想實驗法和他得出的結(jié)論：理想情況下，如果運動物體若不受任何阻力，保持原來的速度運動下去。再次體會：力不是維持物體運動的原因。引導(dǎo)學(xué)生思考：“伽利略得出這個結(jié)論容易嗎？學(xué)習(xí)他的什么精神？”學(xué)生體會其中的不易以及伽利略挑戰(zhàn)權(quán)威和堅持真理的執(zhí)著精神。

同時不能讓學(xué)生對亞里士多德誤解，所以再追問一下：“亞里士多德這么有名的人提出的觀點是錯誤的，你如何看待？”學(xué)生都表示理解當(dāng)時的科技發(fā)展水平，亞里士多德有此思考已很了不起。但從歷史的觀點來看，經(jīng)典力學(xué)毫無疑問與亞里士多德物理學(xué)及中世紀(jì)物理學(xué)有著緊密的關(guān)系。因而，我們不能用非此即彼的態(tài)度來給真實而復(fù)雜的歷史下一個粗暴而簡單的結(jié)論，應(yīng)當(dāng)在古希臘哲學(xué)的背景中去領(lǐng)會亞里士多德關(guān)于力與運動關(guān)系的論述。所以這個追問很有必要。

伽利略的觀點還進一步地得到了發(fā)展，閱讀書本笛卡兒的觀點：如果運動物體不受到任何力的作用，不僅速度大小不變，它的運動方向也不會改變。請學(xué)生思考：“為什么說笛卡兒進一步發(fā)展了伽利略的思想？有哪些發(fā)展？”學(xué)生對比得出，不受任何阻力變成不受任何力，速度的大小和方向都不變，即做勻速直線運動?！耙罁?jù)笛卡兒和伽利略的研究，那么靜止的物體不受力，會如何？”學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有知識水平得出，應(yīng)該保持靜止。

引出牛頓的高度概括——牛頓第一定律：一切物體，在沒有受到外力作用時，它們的運動狀態(tài)保持不變，包括保持靜止和保持勻速直線運動狀態(tài)。自然理解牛頓名言：“如果我有什么貢獻的話，那是因為我站在巨人的肩膀上?！弊寣W(xué)生感悟我們今天的學(xué)習(xí)也是站在巨人的肩膀上。展示牛頓第一定律得出所經(jīng)歷的曲折的發(fā)展歷程，以及人類理性在兩千多年的歷史長河中發(fā)展的產(chǎn)物。

【環(huán)節(jié)三隨感】根據(jù)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)置梯度問題，降低學(xué)生的思維難度，提高思維力度，讓學(xué)生感受滿滿的成就感。

環(huán)節(jié)四：剖析定律，強化理解

問題一：“牛頓第一定律的條件是什么？牛頓是如何得出的？”學(xué)生理解這個定律是有條件的，而且條件是沒有受到外力作用時，是理想條件，所以得出定律也是用到實驗加推理的理想實驗法，這種方法論就不是強加給學(xué)生的。

問題二：“牛頓第一定律的研究對象？‘時’是指那一刻？‘或’代表的什么含義？”

學(xué)生討論得出研究對象是一切物體，包括運動的和靜止的物體，教師指出牛頓本義，“一切物體”是指地下物體與天上物體；“時”是指外力消失的那一刻；“或”指一個物體只能處于一種狀態(tài)，到底處于哪種狀態(tài)，由原來的狀態(tài)決定原來靜止就保持靜止，原來運動就保持勻速直線運動狀態(tài)。教師舉例學(xué)生身邊的物體，如，“吊著的電風(fēng)扇，忽然外力消失，電風(fēng)扇處于什么運動狀態(tài)？”“運動會上，正在跑800米的某同學(xué)，忽然外力消失，會怎樣運動？”“同學(xué)喜歡轉(zhuǎn)筆，忽然外力消失，這筆會一直轉(zhuǎn)下去嗎？”學(xué)生通過身邊的例子做出解答，深刻理解牛頓第一定律的含義。再把主動權(quán)交給學(xué)生：“你能舉幾個類似的例子嗎？”學(xué)生舉例，并體會這個沒有外力的世界是瘋狂的。

問題三：“用心讀幾遍這個經(jīng)典定律，你還能由這個定律想到什么結(jié)論？”學(xué)生用心讀定律，發(fā)現(xiàn)，沒有外力，物體運動狀態(tài)不變，推導(dǎo)出如果有外力，運動狀態(tài)改變；還有學(xué)生說，沒有力，物體可以一直勻速直線運動，說明力不是維持物體運動的原因。歸納牛頓第一定律的重要貢獻就是揭示力和運動的關(guān)系，點題，呼應(yīng)開課問題——運動和力的關(guān)系，得出正確的力和運動的關(guān)系——力是改變物體運動狀態(tài)的原因。

問題四：“牛頓第一定律有什么重要的意義？”學(xué)生暢所欲言談意義，可以是知識上的意義，也可以是方法上的獨特，也可以是思想上的解放等等，開拓學(xué)生的發(fā)散思維。

【環(huán)節(jié)四隨感】剖析牛頓第一定律，傳統(tǒng)靠教師講解完成，學(xué)生沒有真切體會。設(shè)置一些針對性問題，解讀定律，激活學(xué)生積極、深刻的思考。

環(huán)節(jié)五：課堂總結(jié)，讓學(xué)生提問題

請學(xué)生談?wù)勥@節(jié)課的收獲和困惑，并提出一些有意義的問題。有學(xué)生就提到，牛頓第一定律一定完善了嗎？不妨提一下，不僅在牛頓之前經(jīng)歷了曲折的發(fā)展歷程，在牛頓之后也有了很大的發(fā)展。在這里特別一提的是，愛因斯坦與諾特爾對這個定律的發(fā)展所作出的創(chuàng)造性工作。特別是愛因斯坦，在創(chuàng)建了廣義相對論以后，使得牛頓第一定律變得更有包容性：“物理學(xué)定律比牛頓所想象的情況簡單得多。我們不需要對偏離慣性定律的情況作出解釋。”他認(rèn)為所有的運動都是慣性運動，為后面學(xué)生的進一步發(fā)展和學(xué)習(xí)做個鋪墊，也為致力于科學(xué)研究增加點信心。

【環(huán)節(jié)五隨感】愛因斯坦說：“提出一個問題往往比解決一個問題重要，因為解決一個問題也許只是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募记蓡栴}。而提出一個新的問題、新的可能性，從新的問題看舊問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進步。”學(xué)生學(xué)習(xí)物理剛剛?cè)腴T，不會被太多知識束縛，往往有很多新問題，也為后續(xù)學(xué)習(xí)激發(fā)欲望。

美國教學(xué)法專家卡漢爾認(rèn)為：“提問是教師促進學(xué)生思維，評價教學(xué)效果及推動學(xué)生實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的基本控制手段?！边@節(jié)課步步深入的提問，使學(xué)生在不知不覺中闖過一道道思維的難關(guān)，使學(xué)生處于最大限度的主動激活狀態(tài)，使學(xué)習(xí)成為其自主活動。這樣的教學(xué)方法，學(xué)生不僅理解了牛頓第一定律的內(nèi)容，還掌握了建立牛頓第一定律的方法和歷史。通過提問，學(xué)生知道不僅要關(guān)注知識結(jié)論的掌握，更要關(guān)注對知識形成過程的理解。

怎樣上好一堂課歷來無定論，提問作為一種重要的教學(xué)手段，只要我們勇于探索，不斷優(yōu)化設(shè)計問題，并鼓勵學(xué)生不斷質(zhì)疑，充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們的思維品質(zhì)和能力，引領(lǐng)他們發(fā)現(xiàn)、提出更多的問題，“拋磚引玉”是我們最終的目的。

·編輯 韓 曉