牛頓運動定理在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中地位和作用因為數(shù)學(xué)學(xué)研究的成果，它提供的科學(xué)思想、科學(xué)方式，以及對其他自然科學(xué)以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的深刻影響，數(shù)學(xué)學(xué)已成為自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)。在學(xué)校教育中，數(shù)學(xué)教學(xué)也就成了自然科學(xué)教育科學(xué)素養(yǎng)教育的重頭戲。數(shù)學(xué)學(xué)研究物質(zhì)的各類運動方式及其互相轉(zhuǎn)化的規(guī)律。學(xué)過數(shù)學(xué)的人都曉得，熱學(xué)是數(shù)學(xué)學(xué)中最古老、發(fā)展最早、最快的學(xué)科。它的發(fā)展帶動了數(shù)學(xué)學(xué)其他學(xué)科的發(fā)展。而牛頓運動三定理是整個精典熱學(xué)的基礎(chǔ)。在所有普通化學(xué)教科書中，牛頓運動定理的教學(xué)都占有重要的篇幅，非常是小學(xué)數(shù)學(xué)。本文通過結(jié)合牛頓運動定理在教學(xué)中的地位和作用，強調(diào)在牛頓運動定理教學(xué)中實驗的重要性。熱學(xué)教學(xué)是高中數(shù)學(xué)教學(xué)的入門和基礎(chǔ)，因此作為動力學(xué)基礎(chǔ)的牛頓定理，在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)地位是明晰的。牛頓運動定理在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的地位和作用除了表現(xiàn)為知識結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)要性，更突出地表現(xiàn)在對中學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)和剖析問題、解決問題的能力培養(yǎng)方面。首先，牛頓運動定理是中學(xué)生第一次面對的重要科學(xué)定理，它所支配的運動又是中學(xué)生常見的機械運動。中學(xué)生在生活中接觸到好多力以及物體的運動現(xiàn)象，已產(chǎn)生了一些感性的體驗或想法。這種想法與科學(xué)概念可能相去甚遠，有的還是錯誤的，但總歸是已有相當(dāng)?shù)母行哉J識基礎(chǔ)。
如何以中學(xué)生對現(xiàn)象的感性體驗為背景，引導(dǎo)中學(xué)生通過去粗取精，去偽存真，由表及里，從感性的認識上升為正確的理智認識，進而構(gòu)建慣性、質(zhì)量、動量、力以及慣性參考系等科學(xué)的概念及有關(guān)規(guī)律的科學(xué)認識。這對中學(xué)生來說，是第一次經(jīng)歷的科學(xué)認識論的實踐。為此，牛頓定理涉及到的概念與規(guī)律的教學(xué)，是中學(xué)生進行辯證唯心主義認識論方面培養(yǎng)的良好載體。其次，牛頓第二定理的突出特征是敘述的簡明性和應(yīng)用的廣泛性。背誦它的條文，記住公式輕而易舉，但應(yīng)用它去剖析解決具體的熱學(xué)問題，對大多數(shù)的初學(xué)者來說，并非易事。用正確的概念作為指導(dǎo)，對豐富多樣的具體物體的具體運動，以及這個物體同周圍物體的互相作用進行實事求是的剖析，才可能正確地應(yīng)用F=ma。這樣一個非常好記的公式。對從小學(xué)升入中學(xué)的中學(xué)生來說是一個極大的挑戰(zhàn)。牛頓定理及其應(yīng)用的教學(xué)，剛好在引導(dǎo)中學(xué)生迎接這一挑戰(zhàn)的過程中，培養(yǎng)科學(xué)思維的素養(yǎng)，提升剖析問題、解決問題的能力，為之后的數(shù)學(xué)教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。牛頓第二定理是一個矢量規(guī)律。力是矢量，加速度是矢量。中學(xué)生第一次應(yīng)用矢量規(guī)律，解決矢量運算的問題。矢量運算的解析法，是數(shù)學(xué)學(xué)中應(yīng)用很廣泛的教學(xué)方式。在進行牛頓定理及其應(yīng)用的教學(xué)中，著力指導(dǎo)中學(xué)生學(xué)會處理矢量運算的方式，把握好剖析，會應(yīng)用解析方式構(gòu)建矢量多項式的份量式，因而解決問題，是對中學(xué)生應(yīng)用物理解決數(shù)學(xué)問題能力的培養(yǎng)。
化學(xué)實驗在數(shù)學(xué)教學(xué)中占有非常重要的地位。它是數(shù)學(xué)教學(xué)的重要組成部份，是使教學(xué)形象化和直觀化的重要舉措，是幫助中學(xué)生正確理解和把握數(shù)學(xué)概念、物理規(guī)律的重要手段，同時培養(yǎng)中學(xué)生的觀察、分析、邏輯推理及動手能力。牛頓運動定理也是教學(xué)過程中的重點和難點。中學(xué)生對它理解把握的優(yōu)劣，直接影響整個數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)。怎么解決這一點？是每位化學(xué)班主任都在探求的問題。而實驗是解決這一問題最有效、最可行的辦法。“一切物體在沒有遭到外力作用的時侯，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直至有外力促使它改變這些狀態(tài)為止?！边@是牛頓第一運動定理。它是從天文觀測中間接推論下來的推論，是物體運動所遵守的規(guī)律的具象概括。由牛頓第一運動定理我們可以得出力不是運動的緣由，而是運動狀態(tài)改變的緣由。物體為何會運動？因為慣性。假如它原先是運動的，因為慣性它現(xiàn)今要保持這些運動狀態(tài)。而這點恰恰和我們?nèi)粘Ｉ钪械暮枚啾砻娆F(xiàn)象?思維習(xí)慣相違逆。如“靜止的球用腳踢它一下，它往前滾去，要使它仍然往前運動，則需不停地用腳踢它，”很多朋友就是從這種現(xiàn)象中得出了“力是使物體運動的緣由”牛頓第一定律是知識還是信息，也就是統(tǒng)治了人們二千多年的古埃及學(xué)者亞里斯多德的觀點即他的“必須有力作用在物體上，物體能夠運動，沒有力的作用，物體就要靜止出來”這一觀點。
怎樣改變中學(xué)生的這些錯誤觀念，進而正確深刻地理解牛頓第一運動定理？我們采用的辦法是實驗。在講授牛頓運動第一定理這部份內(nèi)容前，讓中學(xué)生觀察下邊的演示實驗：讓三輛貨車從同樣高的斜面上滑下，之后在浴巾?光滑的木板面?光滑的玻璃燴面上運動。現(xiàn)象很顯著：貨車在光滑的玻璃燴面上運動最遠。這時再引導(dǎo)中學(xué)生想像：玻璃燴面更光滑時結(jié)果如何？玻璃燴面十分光滑對貨車完全沒有磨擦?xí)r結(jié)果如何？因而很自然地推導(dǎo)入牛頓第一運動定理。物體保持原有勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的這些性質(zhì)稱為慣性。牛頓第一律統(tǒng)稱為慣性定理。質(zhì)量是慣性大小的量度。質(zhì)量越大的物體，運動狀態(tài)越無法改變，則慣性越小。如停一部轎車難于停一部轉(zhuǎn)租車。我們就說卡車的慣性小于轉(zhuǎn)租車的慣性。再做一個趣味的演示實驗，使中學(xué)生愈發(fā)明晰關(guān)于慣性的概念：分別讓生的、熟的、空的三只豬肉旋轉(zhuǎn)，再迅速按住，使蛋停下牛頓第一定律是知識還是信息，又立刻松手，兩只不動，另一只卻能繼續(xù)轉(zhuǎn)動分別讓松手后不動的兩只蛋重新旋轉(zhuǎn)，再用紙片壓著其停下，一只無法停下，一只易停?？梢耘卸ǎ孩俜謩e讓三只豬肉旋轉(zhuǎn)，迅速按住使蛋停下，又立刻松手，仍在轉(zhuǎn)的為生豬肉。②分別讓松手后不動的兩只蛋重新旋轉(zhuǎn)，再用紙片壓其停下，難停的為熟鴨蛋，易停的可能是空蛋殼。
生豬肉蛋殼停下時蛋黃和雞蛋因為慣性要繼續(xù)轉(zhuǎn)。故松手后又推動蛋殼轉(zhuǎn)；熟鴨蛋因為質(zhì)量大，所以慣性大，無法停下；空蛋殼因為質(zhì)量小，所以慣性小，便于停下。因為牛頓第一運動定理，中學(xué)生很容易就可以接受“力是物體形成加速度的緣由”這一推論。這既是進一步明晰力的概念，又為牛頓第二定理的學(xué)習(xí)做好打算。我們要解決的問題是力與加速度之間確定的數(shù)目關(guān)系。而日常例子也告訴我們：當(dāng)物體質(zhì)量不變時，加速度的大小與外力成反比；當(dāng)外力一定時，加速度的大小與物體的質(zhì)量成正比。如：我們用不同的力去踢橄欖球，力大時球運動的遠一些，力小時球運動的近一些；用相同的力推標槍，大的跳高推得近一些，小的標槍則推得遠一些。這種實例使我們確切地理解了牛頓第二運動定理。在這個基礎(chǔ)上，再通過借助牛頓第二運動演示器或氣墊滑軌演示，得出牛頓第二運動定理，即“物體遭到外力作用時，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成反比，并與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同?！边@一定理及其物理表達式F=ma。在牛頓三個運動定理中，表面分級最簡單，最容易接受牛頓第三運動定理。力是存在于兩物體間的互相作用，甲物體對乙物體有斥力，乙物體也必對甲物體有斥力。
它們互相以對方作為自已存在的前提，不能獨立地存在。我們把其中的任意一個力稱作斥力，另一個力稱作反斥力。依據(jù)牛頓第三運動定理：“物體間的斥力和反斥力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上?！钡趯嶋H應(yīng)用中最容易出現(xiàn)問題的也是它。如在熟悉的“雞蛋碰石頭”這個問題中，對牛頓第三運動定理理解不深刻的朋友覺得“雞蛋碎了，豬肉受的力大”；又如在“用手施暴”問題中，總覺得施暴者占了實惠，被打者受的斥力大；在撥河賽事時，勝利方給對方的拉力大等錯誤的觀念。力的大小雖是從力對物體的作用療效―物體運動速率的變化或形變來估量的。并且其療效的差別程度則不僅與力的大小和力的作用時間有關(guān)，還與受力物體自身的誘因（外因）有關(guān)。為能形象直觀