基于“簡明悟理”教育思想下的一堂悟理課
——以“牛頓第一定律”為例

楊凌霄

貴州省黔西南州興義一中，貴州 黔西南 562400

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》將學(xué)生核心素養(yǎng)具體體現(xiàn)在物理學(xué)科中，包含了“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面。筆者提出了“簡明悟理”（簡稱“簡悟”）教育思想，用認(rèn)知過程的“簡”帶來學(xué)生認(rèn)知結(jié)果的“悟”。在“簡明悟理”教育思想的基礎(chǔ)上，提出了“簡明悟理”的教學(xué)方法，通過“四悟”發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)：悟出物體的道理，所謂收獲知識，即掌握物理概念、原理、規(guī)律等，體現(xiàn)了高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求之“物理觀念”；悟出思維的道理，所謂提煉思想，即提煉學(xué)科思想、思維方法等，體現(xiàn)了高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求之“科學(xué)思維”；悟出研究的道理，即掌握研究、探究方法等，體現(xiàn)了高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求之“科學(xué)探究”；悟出人生的道理，所謂感悟大道，即領(lǐng)悟道德、道義、品質(zhì)、精神等，體現(xiàn)了“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

在物理教學(xué)中，不論你用了什么方法，經(jīng)歷什么過程，最終的目標(biāo)是要讓學(xué)生“悟理”，即悟出物體的道理、悟出思維的道理、悟出研究的道理、悟出人生的道理。怎樣在課堂教學(xué)中演繹出“四悟”，以培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)呢？現(xiàn)以高一物理必修1“牛頓第一定律”為例進(jìn)行論述。

1 教學(xué)設(shè)計中“悟理”

【課 題】牛頓第一定律

【教學(xué)內(nèi)容分析】

牛頓運(yùn)動定律是經(jīng)典力學(xué)的基本定律，構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的核心。牛頓第一定律又是牛頓運(yùn)動定律的基石，力學(xué)的第一原理。它改正了亞里士多德長達(dá)兩千多年的錯誤，改變了人類的世界觀和自然觀，同時也是正確理解和掌握牛頓第二定律、牛頓第三定律乃至整個動力學(xué)知識的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。牛頓第一定律深刻揭示了運(yùn)動和力的關(guān)系：力不是維持速度的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。與此同時，它本身還包含著力、慣性等這些物理學(xué)典型的科學(xué)概念，成為物理學(xué)理論的支柱和基石。

伽利略對力與運(yùn)動關(guān)系的研究蘊(yùn)含重要的科學(xué)方法，教材中對伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)”，敘述清楚明了，學(xué)生能自學(xué)得懂，所以不作為課堂學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，讓學(xué)生課前學(xué)習(xí)，要求知道理想實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、推理過程和對推斷結(jié)果的分析。

【學(xué)生分析】

本節(jié)內(nèi)容在初中階段學(xué)生的認(rèn)識只是停留在認(rèn)識的層次上，如知道亞里士多德的觀點(diǎn)是錯的，通過實(shí)驗(yàn)得出了牛頓第一定律。在高中階段的學(xué)習(xí)中，除了要保持新鮮感，還需提升思維層次，注意知識的深究和科學(xué)的研究方法、科學(xué)態(tài)度責(zé)任的教育，讓學(xué)生對牛頓第一定律及慣性有更深入的理解。應(yīng)該發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解上存在的問題、深化對牛頓第一定律的理解，糾正一些片面、不恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識，進(jìn)一步深化和提高對相關(guān)問題的認(rèn)識，進(jìn)一步培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣。如教學(xué)時注重圍繞定律的產(chǎn)生過程，挖掘物理思想和思維方法，將物理學(xué)史中關(guān)于定律產(chǎn)生過程的幾個關(guān)鍵方面展示給學(xué)生，讓學(xué)生作為相應(yīng)歷史時期的“探究者”參與討論。

【教學(xué)目標(biāo)】

（一）物理觀念

體驗(yàn)牛頓第一定律得出的歷史進(jìn)程，建構(gòu)物體不受力時的物理圖景，能準(zhǔn)確表述牛頓第一定律，并能對定律有較為深入地理解，掌握慣性概念和慣性大小的量度。

（二）科學(xué)思維

體會由易到難、理想化、靜者恒靜、動者恒動的學(xué)科思想、思維方法，形成結(jié)論，使課堂插上思想的翅膀。

（三）科學(xué)探究

親歷科學(xué)探究過程，提煉研究方法。

（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

1.體會物理學(xué)家自身的創(chuàng)造思維品質(zhì)和堅持真理、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度及獻(xiàn)身精神。

2.經(jīng)過由表及里，由片面到全面，由易到難的長時間的認(rèn)識過程，養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法。

3.了解到物理學(xué)中所體現(xiàn)出來的簡潔之美。

【重難點(diǎn)】

重點(diǎn)：正確理解牛頓第一定律，感悟出由易到難、理想化、靜者恒靜、動者恒動的學(xué)科思想、思維方法、研究方法。

難點(diǎn)：力不是維持速度的原因，而是改變速度的原因。

【教學(xué)用具】

多媒體，教育云平臺，兩個乒乓球（一個空，一個注滿水），氣墊導(dǎo)軌和兩個滑塊，衛(wèi)生紙盒，卷筒衛(wèi)生紙，兩個紙杯，桔子。

【教學(xué)過程】

（一）引入新課

1.在鐵架臺上掛兩個乒乓球，一個注滿水，一個空的。讓一個學(xué)生同時吹乒乓球，鼓勵他將乒乓球吹的幅度越大越好。

教師:為什么同樣施加了力，但兩個乒乓球的運(yùn)動狀態(tài)卻不同呢？力和運(yùn)動到底是什么關(guān)系呢？我們帶著這個問題進(jìn)入學(xué)習(xí)。

2.思維體操。

做“單手撕紙”的小游戲：將衛(wèi)生紙裝入衛(wèi)生紙盒，要求學(xué)生單手撕下一部分紙來，比較誰的辦法最快、最容易。

師：什么原因？帶著這個問題進(jìn)入今天的學(xué)習(xí)。

3.回顧知識。

師：回憶高一必修1的前三章內(nèi)容。

生：……

師：前兩章學(xué)習(xí)的都是“運(yùn)動”，第三章學(xué)習(xí)的是“相互作用”，接下來將學(xué)習(xí)“力和運(yùn)動之間的關(guān)系”，即第四章“牛頓運(yùn)動定律”。

師：前兩章我們是在“判天地之美”，接下來我們要做的就是“析萬物之理”，這就叫“判天地之美，析萬物之理”。

（二）新課教學(xué)

1.討論：思考幾個問題。

（1）研究一個物體的運(yùn)動與力的關(guān)系簡單，還是研究多個物體的運(yùn)動與力的關(guān)系簡單？

（2）確定研究對象之后，研究對象是受力情況下的運(yùn)動簡單，還是不受力情況下的運(yùn)動簡單？

（3）按照由簡單到復(fù)雜的順序排列：兩個物體之間相互作用；一個物體受力運(yùn)動；一個物體不受力運(yùn)動。

請一個學(xué)生利用氣墊導(dǎo)軌及兩個滑塊做演示實(shí)驗(yàn)，同時通過教育云平臺將實(shí)驗(yàn)過程投影到屏幕上，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象討論出結(jié)果：

按照從易到難排列：一個物體不受力—一個物體受力—兩個物體相互作用。

師：一個物體不受力就是牛頓第一定律研究的內(nèi)容，一個物體受力就是牛頓第二定律研究的內(nèi)容，兩個物體之間相互作用就是牛頓第三定律研究的內(nèi)容。它們內(nèi)在的邏輯關(guān)系是從易到難，所以這章我們就按照這個順序來學(xué)習(xí)。

2.牛頓第一定律推理。

師：將自己當(dāng)作研究對象并簡化成一個質(zhì)點(diǎn)，想象如果不受力會怎樣？

通過學(xué)生互動總結(jié)出：物體不受力的時候保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不改變，當(dāng)物體受力以后會改變原來的運(yùn)動狀態(tài)，即靜者恒靜，動者恒動。通過神州7號航天員出艙的視頻和氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固這八個字。

3.歷史的回顧。

師：科學(xué)家介紹，亞里士多德—伽利略—笛卡兒—牛頓。

亞里士多德由經(jīng)驗(yàn)得出：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動，沒有力的作用，物體就要靜止下來。即力是維持物體運(yùn)動的原因。

伽利略由理想斜面實(shí)驗(yàn)外推得出：物體一旦具有某一速度，沒有外界作用物體會以某一速度一直運(yùn)動下去。運(yùn)動的物體之所以停下，是物體受到摩擦阻力之緣故。即力不是維持物體運(yùn)動的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

笛卡兒補(bǔ)充和完善：如果運(yùn)動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動，既不停下來也不偏離原來的方向。

牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出有關(guān)運(yùn)動的三條定律。

牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

這就是后人所說的牛頓第一定律。

師：理解牛頓第一定律。

①一切物體——無一例外，普適；

②總——反映物體本身的固有屬性；

③或——指出了靜止與勻速直線運(yùn)動的等同性，它們都是物體不受外力時的運(yùn)動狀態(tài)；

④物體具有保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)，直到有外力改變它（具有慣性）；

⑤揭示了運(yùn)動和力的定性關(guān)系：力不是維持速度的原因，而是改變速度的原因。

4.慣性。

師：什么是“慣性”？

生：保持原有運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)。

師：一切物體不管是否受力，也不管怎樣運(yùn)動，都具有慣性，慣性是物體的固有屬性。

讓學(xué)生用紙杯和桔子做游戲總結(jié)出：物體質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大。物體慣性大小與物體運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。

讓學(xué)生解釋慣性現(xiàn)象（解釋單手撕紙及吹乒乓球現(xiàn)象），總結(jié)解釋慣性現(xiàn)象的邏輯關(guān)系：原來物體處于什么狀態(tài)—現(xiàn)在發(fā)生了什么樣的改變—由于慣性又怎樣了。

拓展：

“力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”“質(zhì)量是慣性大小的唯一量度”。這兩個結(jié)論，我們的祖先在兩千多年前就提出了。如《墨經(jīng)》中給力下的定義：“力，形之所以奮也”，形——物體，奮——由靜到動、動而愈快、由動到靜等，即運(yùn)動狀態(tài)的改變。整文的意思為“力是使物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因”；東漢王充所著《論衡》中提出：“車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾”。

（三）課堂小結(jié)

師生：歸根到底就八個字“靜者恒靜，動者恒動”。

（四）布置作業(yè)

1.認(rèn)真閱讀“科學(xué)漫步”，思考：以加速或減速運(yùn)動的車廂為參考系，牛頓第一定律是否成立？

2.“道路交通安全法”為什么要規(guī)定“在小型車輛前排乘坐的乘客必須系好安全帶”？將“開車請系好安全帶”嚴(yán)肅告知家長。完成對應(yīng)的練習(xí)。

3.同學(xué)們試著自己學(xué)做蛋炒飯時，你兩手分別拿著一只雞蛋，用右手的雞蛋去碰靜止在你左手中的雞蛋，結(jié)果將會如何？如果只破了一只雞蛋，你認(rèn)為先破的蛋是左手的還是右手的？回去試試，給家人炒一個蛋炒飯表達(dá)你對家人的關(guān)愛。

2 案例評析中“悟理”

本節(jié)課的目標(biāo)是演繹“簡明悟理”教學(xué)法中培育和發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體方法，讓學(xué)生的核心素養(yǎng)在物理學(xué)科中落地生根，使物理學(xué)科的核心素養(yǎng)從抽象的概念變得簡明扼要，看得見、摸得著、可操作。重點(diǎn)目標(biāo)是演繹出“簡明悟理”教育思想的核心“四悟”：悟出物體的道理，悟出思維的道理，悟出研究的道理，悟出人生的道理。下面就針對這“四悟”談?wù)勗谶@節(jié)課是怎樣“悟理”的。

2.1 悟出物體的道理

本節(jié)課緊緊圍繞核心知識，讓學(xué)生“體驗(yàn)牛頓第一定律得出的歷史進(jìn)程，能準(zhǔn)確表述牛頓第一定律，并能對定律有較為深入的理解，理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度，并能用慣性知識解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題”，教學(xué)中學(xué)生能夠建構(gòu)起“不受力”的物理圖景，教師能適時抓住學(xué)生的生成性知識進(jìn)行拓展，讓學(xué)生體驗(yàn)到成功的樂趣，從而使運(yùn)動與相互作用觀念在學(xué)生頭腦中得到提煉與升華。

2.2 悟出思維的道理

本節(jié)課設(shè)置的重點(diǎn)是“上一堂有思想的物理課，使課堂插上思想的翅膀”，所以設(shè)計時強(qiáng)調(diào)了“牛頓第一定律”的研究過程，貫穿了由易到難思想、理想化思想、靜者恒靜、動者恒動的學(xué)科思想、思維方法。讓學(xué)生形成科學(xué)思維習(xí)慣、領(lǐng)悟?qū)W科思想、體會思維過程，讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)到理想，插上想象的翅膀，經(jīng)歷了從感性—理性—總結(jié)—理解的過程。

2.3 悟出研究的道理

人類認(rèn)識“運(yùn)動和力的關(guān)系”經(jīng)歷了“事實(shí)—推論—推論—推論”的探索過程?！芭ｎD第一定律”的研究過程中就貫穿了由易到難、理想化的研究方法。所做的吹乒乓球、單手撕紙、氣墊導(dǎo)軌、紙杯裝桔子等一系列實(shí)驗(yàn)探究，懸疑后解惑，經(jīng)過由表及里、由片面到全面、由易到難的長時間的認(rèn)識過程，使學(xué)生親歷科學(xué)探究過程，獲得科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度。

2.4 悟出人生的道理

牛頓第一定律推理過程中的悟：在牛頓第一定律推理過程中假想了一個情境，將自己當(dāng)作研究對象并簡化成一個質(zhì)點(diǎn)，想象如果不受力會怎樣？通過學(xué)生互動總結(jié)出“物體不受力的時候保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不改變，當(dāng)物體受力以后會改變原來的運(yùn)動狀態(tài)，即靜者恒靜，動者恒動”。通過視頻和實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固這八個字。此處的悟，讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)到理想，插上想象的翅膀，體味從生活走向物理；再從理想到現(xiàn)實(shí)，體現(xiàn)從物理走向生活。

歷史回顧中的悟：歷史的回顧中，每位科學(xué)家的PPT上，除了有相關(guān)內(nèi)容外，還有這位科學(xué)家的名言。此處的悟，讓學(xué)生體會物理學(xué)家自身的創(chuàng)造思維品質(zhì)和堅持真理、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度及獻(xiàn)身精神，以形成正確的世界觀、人生觀和價值觀。

拓展延伸中的悟：通過中國古代對力的定義和慣性的理解（《墨經(jīng)》中給力下的定義：“力，形之所以奮也”；東漢王充所著《論衡》中提出：“車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾”），通過博大精深的中華文化對學(xué)生進(jìn)行中國夢的教育，此處的悟，即感悟大道，這就是教學(xué)生成，這是一節(jié)課的升華。

作業(yè)中的悟：第二題（“開車請系好安全帶”），可以讓學(xué)生感受珍愛生命、遵守法律、尊重科學(xué)、人人有責(zé)；此處的悟，體現(xiàn)了從物理走向生活——透過物理看人生：人生悟理。

本節(jié)課經(jīng)歷了從感性—理性—總結(jié)—理解的過程，讓學(xué)生體會物理學(xué)研究問題的方法，悟出物體的道理，悟出思維的道理，悟出研究的道理，悟出人生的道理。

3 結(jié)語中“悟理”

“悟”者，明白也，覺醒也?！邦I(lǐng)悟”“覺悟”“醒悟”“悟出”“悟性”等詞語，皆由此衍生而來。事實(shí)證明，一旦用“悟理”來引領(lǐng)教師備課、上課和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，對于其悟性的養(yǎng)成和靈性的引發(fā)，對于教師備課水平的提升和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升，都是大有裨益的。