單元設(shè)計視角下的“牛頓第一定律”教學(xué)

(江蘇省無錫市西漳中學(xué),江蘇 無錫 214171)

單元設(shè)計一般包含:學(xué)情分析、框架設(shè)計、課堂實施、課后評價。通過初中物理第五章“物體的運動”和第八章“力”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對運動狀態(tài)、力都有了初步的概念,但是對于力和運動之間的聯(lián)系,學(xué)生會根據(jù)生活經(jīng)驗,產(chǎn)生錯誤的認(rèn)識:物體之所以運動，是由于物體受到了力的作用。為了能消除學(xué)生根深蒂固的錯誤觀念,第九章“力與運動”的教學(xué)設(shè)計需要在遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上,根據(jù)學(xué)生的日常生活體驗進行整個單元設(shè)計，圖1呈現(xiàn)的是從學(xué)生角度設(shè)計單元教學(xué)的思維框架結(jié)構(gòu)。

圖1

1 教學(xué)分析

“牛頓第一定律”是蘇科版八年級下冊第九章“力與運動”第二節(jié)的內(nèi)容,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了第八章“力”,對力已經(jīng)有一定的了解。“牛頓第一定律”的學(xué)習(xí)比較抽象,研究過程屬于推理、歸納的復(fù)雜高級思維過程,對初中生而言有一定難度。但學(xué)生在第一章“聲現(xiàn)象”中已經(jīng)完成了“聲音在真空中能否傳播的實驗”，有了一定的“理想+推理”的經(jīng)驗。在教學(xué)中,教師可通過這個例子給學(xué)生在思維上搭建一個臺階,借助斜面小車實驗的觀察和分析,通過問題串逐層展開思維活動。同樣,“慣性”概念也比較抽象，教材先利用生活中的4個實例,讓學(xué)生通過觀察、分析和歸納,建立慣性的概念。緊接著引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗，以加深對慣性的理解,運用慣性知識解決實際問題,這一思維層次的要求比較高。從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律看,通過一節(jié)課“慣性”的學(xué)習(xí)并不能使所有學(xué)生都能夠理解透徹，這就需要借助于實例領(lǐng)悟其中的原理。

2 教學(xué)設(shè)計

根據(jù)上述分析，本節(jié)的教學(xué)設(shè)計如圖2所示。

圖2

3 教學(xué)實施

3.1 導(dǎo)入

師:如何使桌上的書運動起來？如果你撤去了力,會發(fā)生什么情況?根據(jù)以上體驗，你認(rèn)為力和運動有何關(guān)系？歷史上曾經(jīng)就力和運動關(guān)系發(fā)生爭論,2000多年前古希臘科學(xué)家亞里士多德曾經(jīng)提出：“力是維持物體運動的原因”。

師：針對亞里士多德的觀點,談?wù)勀銓@個觀點的看法,如有不同看法,請舉例說明。剛才有同學(xué)提出力是物體運動的原因，這句話是否正確?如果是正確的,你如何理解這句話的含義?

設(shè)計意圖：通過教學(xué)導(dǎo)入，引出部分學(xué)生的前概念:有力就運動，沒有力就靜止。

3.2 新課教學(xué)

師:老師對小車施加推力，小車由靜止變?yōu)檫\動；當(dāng)老師的手離開車后,發(fā)現(xiàn)小車?yán)^續(xù)前進,當(dāng)撞擊前面的障礙物后,發(fā)現(xiàn)小車停下了,小車受到障礙物的彈力作用，導(dǎo)致小車由運動到靜止,這與一些同學(xué)的觀點有矛盾。

師:不受力的物體運動情況是如何的?如何做到使物體不受力?

生:把小車放在水平桌面上進行實驗。支持力與重力是一對平衡力,可以不用考慮。

師:小車在水平桌面上運動時,水平方向還受到什么力的作用?

生:摩擦阻力。

師:現(xiàn)實生活中,是否存在零阻力,如果沒有我們該怎么辦?

生:可以減小接觸面的粗糙程度,減小壓力。

師:現(xiàn)在我們研究同一輛小車,可以通過改變接觸面的粗糙程度來減小阻力。我們首先探究阻力對物體運動的影響。在實驗中,你通過什么方式比較阻力對物體運動的影響？

生1:比較物體運動的遠(yuǎn)近,運動得越近說明阻力對物體運動的影響越大。

生2:比較速度的變化快慢,速度很快就減慢了說明阻力對物體運動的影響大。

師:同學(xué)們先自己討論一下,你準(zhǔn)備如何做這個實驗,在實驗中是否有困惑,我們該如何解決這個困惑？

師:把實驗情況填寫表1，從中你是否有所發(fā)現(xiàn)?

表1

生:摩擦力越小,小車運動得越遠(yuǎn),速度減小得越慢。

師:如果沒有摩擦阻力,你猜想一下,會有什么結(jié)果？

生:小車一直運動下去,而且速度沒有變化。

師:也就是說物體將做勻速直線運動。所有物體在不受力時,是否都是保持勻速直線運動狀態(tài)?如果不是，請舉例說明。

生:放在水平桌面上的書,水平方向沒有受到力的作用,而豎直方向受到一對平衡力的作用(平衡力相互抵消),此時書處于靜止?fàn)顟B(tài)。

師:我們發(fā)現(xiàn)物體一旦不受力,有兩種運動狀態(tài)。請大家探討:物體處于哪種狀態(tài)取決于什么前提?

生:取決于物體最初的狀態(tài)。

教師板書(如圖3)。

圖3

師:老師用手推小車,小車就運動,即小車從靜止變?yōu)檫\動的原因是由于受到了老師的推力作用。老師松手后,小車?yán)^續(xù)往前運動,最終停下來。有同學(xué)認(rèn)為力是物體運動的原因,你是否發(fā)現(xiàn)了其中的矛盾之處?

生:第一次老師用力推小車,小車從靜止到運動；第二次小車只受摩擦力作用,但此時小車卻是從運動到靜止,所以力并不是運動的原因。

師:老師施加力之后,到底起到了什么作用?

生:改變了物體的運動狀態(tài)。

師:所以力并不是物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因(如圖4)。

圖4

設(shè)計意圖：為了讓學(xué)生更好地掌握“實驗+推理”的科學(xué)方法,教師利用身邊的器材逐步引導(dǎo),學(xué)生通過科學(xué)推理的過程,培養(yǎng)了良好的思維品質(zhì)。教師采用“問題串—學(xué)生實驗驗證—邏輯推理—思維辨析—得出結(jié)論”這一教學(xué)流程，在教學(xué)中注重引導(dǎo),注重學(xué)生對知識的自主構(gòu)建，提升邏輯思維能力,讓學(xué)生在積極互動的氛圍中不僅糾正了前概念，完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，更提升了思辨能力，這正是理想實驗的魅力之所在。

師:絕對光滑的平面在現(xiàn)實中并不存在，我們在實驗的基礎(chǔ)上加以推理，這種方法叫做理想實驗法。最早運用這個方法的科學(xué)家是伽利略，他通過理想實驗，得出的結(jié)論是：當(dāng)一個物體在一個水平面上運動，沒有碰到任何阻礙時，它的運動就是勻速的，并將無限地繼續(xù)進行下去，假若平面是在空間中無限延伸的話。笛卡兒、牛頓在伽利略的基礎(chǔ)上，對運動和力的關(guān)系作了進一步的完善。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過了解科學(xué)家的探索過程,深知每一個科學(xué)結(jié)論都是經(jīng)歷無數(shù)次的探究、思辨、實驗之后才總結(jié)出來的。學(xué)生經(jīng)歷簡約的探究和思辨過程,知道在實驗探索過程中要用控制變量、科學(xué)推理等科學(xué)方法。

師生進一步探討一些問題,以促進學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維習(xí)慣,如：“牛頓第一定律的研究對象是什么?定義中的‘時’是指哪一時刻?‘或’又代表什么含義?”學(xué)生討論得出結(jié)論：研究對象是一切物體,包括運動和靜止的物體。學(xué)生在充分討論的基礎(chǔ)上,增進了對牛頓第一定律的理解。

接下來教師借助例子，進一步鞏固對牛頓第一定律的理解,請同學(xué)們思考并說出自己的觀點及其理論支撐。

師：做水平運動的小球，若在水平方向上不受外力，其運動狀態(tài)如何?若在豎直方向上不受外力，其運動狀態(tài)如何?在任一方向上運動的小球,如果在其運動方向上不受外力，其運動狀態(tài)如何?

生：運動的物體,如果不受外力,那么該物體必將在其原運動方向上一直運動下去。

設(shè)計意圖：再一次回顧實驗及思維過程,把復(fù)雜問題進行梯度化分解,降低學(xué)習(xí)難度。

師：推出手的鉛球落到地面上之后,在水平地面上繼續(xù)向前滾動。跳遠(yuǎn)運動員要助跑一段距離,一旦起跳騰空后,還能往前移動一段距離。為什么鉛球和運動員在水平方向上沒有受到力的時候,還能繼續(xù)向前運動？你能用剛才所學(xué)知識解釋這一現(xiàn)象嗎?

生:鉛球和運動員在空中運動的時候,在水平方向不受力的作用,所以要在水平方向上一直運動下去。

師:鉛球和運動員在空中飛行的時候,水平方向不受力,此時兩個物體要保持原來的運動狀態(tài)。任何物體都具有保持原有運動狀態(tài)的性質(zhì)，這叫做慣性。質(zhì)量越大的物體,物體保持其原運動狀態(tài)的能力就越強。所以,從物理的角度來說,慣性的大小反映了物體保持其原運動狀態(tài)能力的強弱。

4 教學(xué)后記

筆者從力與運動的單元視角，精心設(shè)計牛頓第一定律的教學(xué)過程。充分利用師生之間的思辨、討論,糾正學(xué)生錯誤的前概念。教師在設(shè)計的問題時注重學(xué)生思辨能力的提升,再運用問題串的形式展開教學(xué),便于學(xué)生接受和理解牛頓第一定律,切實幫助學(xué)生走出認(rèn)識誤區(qū)。通過實驗使學(xué)生的認(rèn)知活動變得有序,圍繞牛頓第一定律的產(chǎn)生過程,介紹物理學(xué)史中的相關(guān)素材,讓學(xué)生作為各個歷史時期的“探究者”參與相關(guān)問題的討論。