李玲

【摘要】目前，設(shè)計(jì)性或者探究性實(shí)驗(yàn)備受關(guān)注，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)所占的比例也越來(lái)越高，而對(duì)傳統(tǒng)的驗(yàn)證性物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和利用，下的功夫較少。例如牛頓第一定律，初中已作為重點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)并做實(shí)驗(yàn)，那么高中教學(xué)就要增加實(shí)驗(yàn)的趣味性和創(chuàng)新性。受到伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)的啟示，本文認(rèn)為牛頓第一定律的伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)是在以上2個(gè)實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的整合，自制教學(xué)演示儀，對(duì)牛頓第一定律追本溯源，創(chuàng)設(shè)情境、挖掘知識(shí)內(nèi)容，以達(dá)到激發(fā)學(xué)生思維的目的。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)；情境；牛頓第一定律

探究性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)者在不知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)、探究、分析得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認(rèn)知方式。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)者針對(duì)已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作能力，掌握實(shí)驗(yàn)原理為目的的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

本文以牛頓第一定律為例，談?wù)勗鯓痈脑爝@個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，達(dá)到創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生思維目的。

1.分析教材，確定教學(xué)目的

1. 1教材分析

牛頓第一定律在初中已經(jīng)介紹，但教學(xué)重點(diǎn)是物質(zhì)屬性———“慣性”。所以在高中必修一課程里面重現(xiàn)，容易被忽視。但高中教學(xué)要達(dá)到知識(shí)上、情感態(tài)度價(jià)值觀(guān)兩個(gè)要求，有一定難度。

1. 1. 1對(duì)牛頓第一定律知識(shí)上的理解

牛頓第一定律作為牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)，有3個(gè)層面上的理解。①它指出了力跟運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，不是牛頓第二定律的特例。②它揭示了物體所具有的一種重要屬性：“保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”。③它為“慣性參考系”的概念奠定了基礎(chǔ)。

1. 1. 2對(duì)牛頓第一定律的情感態(tài)度價(jià)值觀(guān)的要求

首先，牛頓第一定律的來(lái)源是一個(gè)知識(shí)發(fā)展的過(guò)程，經(jīng)歷了亞里士多德、伽利略、笛卡爾的探索之后，牛頓深入研究才確立出來(lái)的。不進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生難以理解一個(gè)定律從有意識(shí)到最后形成，需要一個(gè)漫長(zhǎng)的，許多人不斷思考、不斷完善、不斷提高的過(guò)程。其次，本節(jié)重點(diǎn)介紹了伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，目的在于要讓學(xué)生有“理想”的概念，會(huì)用“理想”模型來(lái)簡(jiǎn)化生活中遇到的問(wèn)題。最后，伽利略是如何憑空想到斜面實(shí)驗(yàn)的，依然值得思考。

1. 2學(xué)情分析

從學(xué)生角度來(lái)看，這是第二次學(xué)習(xí)該定律。有了初中學(xué)習(xí)的“前概念”在學(xué)生腦海，已有的知識(shí)必將減弱學(xué)生對(duì)其再次學(xué)習(xí)的興趣。

2.借助實(shí)驗(yàn)，銳化教學(xué)設(shè)計(jì)

2. 1課本的實(shí)驗(yàn)介紹

伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，教材上是給出來(lái)（如圖1）的理想斜面，同時(shí)在課后的資料活頁(yè)里面介紹了伽利略針（如圖2）。學(xué)生在初中曾經(jīng)在“探究摩擦力”一節(jié)中也做過(guò)（如圖3）的實(shí)驗(yàn)。若只用圖1做實(shí)驗(yàn)，較無(wú)吸引力，學(xué)生難于理解伽利略思想的可貴性和沖破時(shí)代的意義。

2. 2改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)以上的三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，各取其優(yōu)點(diǎn)，用以下面的儀器來(lái)代替它。

首先，如圖4所示，是個(gè)鐵架臺(tái)和一個(gè)單擺，為了能夠清晰的看到小球擺回原來(lái)的高度，就如圖5在鐵架臺(tái)上放一塊泡沫材料背景板。板粘穩(wěn)在鐵架臺(tái)上，在表面貼一張白紙，如圖5畫(huà)一條水平線(xiàn)，可以很清晰的觀(guān)察到擺球能否擺到原來(lái)的高度。另外，背景板用泡沫制成，可以在泡沫板上釘一顆釘子，即成了伽利略針。

圖6是藏起擺球，在背景板上用文件夾固定一斷電線(xiàn)槽，可以調(diào)節(jié)傾斜度。然后再讓小球從一端滾下，觀(guān)測(cè)其是否能夠到達(dá)等高點(diǎn)。另外還可以在線(xiàn)槽上放一布條以增大摩擦，觀(guān)測(cè)小球在有摩擦的情況下的運(yùn)動(dòng)情況。最終的實(shí)驗(yàn)儀器（如圖7、圖8）。

3.創(chuàng)設(shè)情境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程

有了以上的教學(xué)分析和教具作為輔助，主要的教學(xué)可分成以下幾個(gè)步驟：

3. 1創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生思考

教學(xué)片斷1：兩千年前亞里士多德最先思考了力跟運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，并且認(rèn)為“力維持了運(yùn)動(dòng)”。請(qǐng)同學(xué)們觀(guān)察實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：在木板上拉小車(chē)，當(dāng)彈簧秤拉車(chē)時(shí)車(chē)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)力撤銷(xiāo)時(shí)車(chē)停止運(yùn)動(dòng)。

問(wèn)題：①亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)是否正確？

②如果不正確，舉例推翻亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)。

③力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系應(yīng)該是怎么樣的？并且舉例子證明你的觀(guān)點(diǎn)。

（學(xué)生經(jīng)過(guò)思考，并且有初中知識(shí)的基礎(chǔ)，可以舉出足球運(yùn)動(dòng)來(lái)證明力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。）

實(shí)驗(yàn)2：在木板上拉小車(chē)，當(dāng)力撤銷(xiāo)時(shí)車(chē)仍然在運(yùn)動(dòng)。

問(wèn)題：①是什么使小車(chē)最后停止？

②如何現(xiàn)實(shí)能夠做到?jīng)]有摩擦？（冰面行車(chē)）

③實(shí)驗(yàn)室中如何實(shí)現(xiàn)沒(méi)有摩擦？（氣墊導(dǎo)軌）

實(shí)驗(yàn)3：用氣墊導(dǎo)軌證明沒(méi)有摩擦?xí)r，物體將保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

問(wèn)題：伽利略那個(gè)時(shí)代沒(méi)有電，也不能實(shí)現(xiàn)完全沒(méi)有摩擦，他是如何用實(shí)驗(yàn)來(lái)推翻亞里士多德的結(jié)論？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活的基本現(xiàn)象結(jié)合物理知識(shí)進(jìn)行思考，明白亞里士多德得出錯(cuò)誤結(jié)論的原因，認(rèn)可伽利略在當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景下提出的斜面實(shí)驗(yàn)方案是創(chuàng)意之舉。

3. 2身臨其境，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)

教學(xué)片斷2：伽利略作為一個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在17世紀(jì)他是如何想到用斜面的理想實(shí)驗(yàn)假設(shè)來(lái)推翻亞里士多德的理論的呢？

實(shí)驗(yàn)1：如圖4，擺的運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性、等高性。

問(wèn)題：如何能夠更加直觀(guān)的觀(guān)測(cè)到小球回到等高處？（用水平標(biāo)尺如圖2）

實(shí)驗(yàn)2：如圖5，魔術(shù)般的在擺的后面加一個(gè)背景板，并畫(huà)一直線(xiàn)，觀(guān)測(cè)小球運(yùn)動(dòng)。（學(xué)生很喜歡這種直觀(guān)的觀(guān)測(cè)）

實(shí)驗(yàn)3：如果在中間加鐵釘，讓繩子碰釘，小球還能擺到原來(lái)高度嗎？（學(xué)生開(kāi)始有疑慮）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

引導(dǎo)：伽利略就在單擺的基礎(chǔ)上，想到理想斜面的實(shí)驗(yàn)假設(shè)?，F(xiàn)在來(lái)看，如果在背景板上裝一個(gè)斜面，小球在斜面上的情況。

實(shí)驗(yàn)4：如圖6，在背景板上裝上線(xiàn)槽，趁學(xué)生不注意，往線(xiàn)槽里面放一張紙，增大摩擦，讓小球在同一高度滾下，小球不能夠上升到原來(lái)的高度。（給學(xué)生設(shè)疑，增加魔術(shù)性，為拿掉紙后小球上升的高度做一個(gè)對(duì)比。）

實(shí)驗(yàn)5：拿掉線(xiàn)槽里面的紙（學(xué)生嘩然），重新釋放小球，小球到同一高度。

實(shí)驗(yàn)6：降低斜面的坡度，小球滾得更遠(yuǎn)，但仍然回到原來(lái)高度。

設(shè)計(jì)意圖：這一套實(shí)驗(yàn)是一氣呵成的，當(dāng)學(xué)生看到單擺變成伽利略針，再變成斜面時(shí)，會(huì)不由自主的佩服伽利略的智慧。而在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)改進(jìn)這個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，魔術(shù)般的展現(xiàn)了理想斜面的思維過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)有了更加深刻的理解。

3. 3跳出問(wèn)題，總結(jié)歸納

教學(xué)片斷3：講述完了牛頓第一定律，要求思考一下幾個(gè)問(wèn)題：

①亞里士多德在這必修一上提到兩次，兩次都犯錯(cuò)，他是不是非常失??？

②牛頓是不是就像是他自己說(shuō)的那樣，站到了巨人的肩膀上，撿盡了伽利略、笛卡爾等人的便宜？

設(shè)計(jì)意圖：要讓學(xué)生們意識(shí)到，雖然亞里士多德提出的兩個(gè)理論都是錯(cuò)誤的，但是他是第一個(gè)思考力與運(yùn)動(dòng)的人，愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)“提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更加重要”，他依然是當(dāng)之無(wú)愧領(lǐng)路人。牛頓自己謙虛自己的學(xué)問(wèn)，但能夠爬上巨人肩膀的，必須是一個(gè)更加偉大的巨人。體現(xiàn)了一個(gè)定律的完成，經(jīng)歷了幾代人努力的過(guò)程。

4.教學(xué)反思

在本次教學(xué)中，深刻體會(huì)到了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理規(guī)律的樂(lè)趣，同時(shí)也體會(huì)到了學(xué)生的思維在慢慢成長(zhǎng)。如在一開(kāi)始引入時(shí)候，提問(wèn)學(xué)生，“如何舉例反駁亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)”有同學(xué)舉手提到了“自由落體”的例子。這是讓人始料不及的，但是也恰好告訴我們“力”是無(wú)形，而物理很多時(shí)候考慮這些無(wú)形的東西就必須要有更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S。

總之，教學(xué)是無(wú)止境的。我們通過(guò)自己的思考，甚至是學(xué)生的提醒不斷的改進(jìn)各種實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)合適的，妙趣叢生的物理情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更加深入的觀(guān)察和思考，使學(xué)生逐步的掌握物理的學(xué)習(xí)思維，是我們教學(xué)的最大樂(lè)趣。

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（廣東華僑中學(xué)，廣東廣州510000）