《牛頓第一定理》教學案例
楊鵬瑞山東省曹縣第二中學電話********
【一、設計思想】
本節課的設計特征是通過自然現象和生活現象，引導中學生“觀察思索”，“提出問題”，進行“討論交流”，讓中學生去經歷解決問題的過程，體驗獲取數學規律的成就感，在化學史實中展現化學思維的力量和美，重視數學規律的發覺和發展。先是介紹了人類對力和運動關系的發展歷史，并注重述說了伽俐略的理想實驗及其重要的實驗思想，之后引入牛頓第一定理和慣性概念，并由此剖析出力不是維持物體速率的緣由，而是改變物體速率的誘因。適當介紹一些數學學史的知識，通過對大量實例的剖析，讓中學生真正理解力不是維持物體速率的緣由，而是改變物體速率的誘因。
【二、教材剖析】
本節是中學選修I第三章第一節，從牛頓第一定理開始，教材出現運動和力的關系問題，這是在上面學習過運動學和靜力學知識后一個很自然的延展，牛頓第一定理在數學學中確切描述了“力”和“運動”之間的關系。提出了“慣性”這一概念，尤為重要的是整個數學學體系選取了一種特殊的參考系——慣性系，從這一點上看，牛頓第一定理構建對化學學的發展有了很重要作用，學好牛頓第一定理有著非常重要的意義。另外，伽利略的研究過程蘊含了重要的科學方式，教學中要引導中學生感悟牛頓第一定理的含意，充分說明伽利略“理想實驗”的實驗基礎和推理過程，展示了伽利略斜面理想實驗的猜測根據、推斷結果這一思維過程，通過教學讓中學生明晰運動和力的關系。慣性因其具象難懂而成為難點。所以新課標中本節內容對中學生有以下基本要求：1．了解亞里士多德對力和運動關系的闡述及存在的錯誤。2．認識伽利略研究運動和力關系的思想方式，了解理想實驗的作用。3．曉得速率是描述物體運動狀態的數學量。4．理解牛頓第一定理的內容，才能運用牛頓第一定理解釋有關現象。5．曉得慣性是物體的固有屬性，曉得質量是物體慣性大小的量度。6．運用慣性概念，解釋有關實際問題。
【三、學情剖析】
本節所述內容在中學課本上已涉及到，中學生已有一定的基礎，關鍵是怎樣讓中學生加深對牛頓第一定理的理解。對力和運動的關系，從日常經驗出發，人們常常會形成錯誤的認識，所以使中學生構建起運動改變的緣由在于物體間的互相斥力的觀點，不是輕而易舉的事情。在對慣性的學習中，尤其是慣性定理的內容及導入過程，指出它在科學中的地位和作用，引導中學生了解科學的發覺和發展，同時科學家自身的創造性思維品質和勇于指責、堅持真理的獻身精神，成為情感心態價值觀教育的好素材。
【四、教學目標】
（一）、知識與技能:
1、知道并能用語言敘述牛頓第一定理。
2、理解哪些是慣性，才能列出生活中有關慣性的現象。
（二）、過程與方式:
1、了解伽利略“理想實驗”的科學方式，經歷“探究物體不受力時如何運動”的過程，進一步培養中學生科學探究的能力。
2、通過實驗和觀察活動，體驗一切物體都有慣性。
（三）、情感心態與價值觀:
1、通過探究物體不受力時如何運動，產生實事求是、不迷信權威、尊重自然規律的科學心態。
2、通過學習慣性的應用，感遭到科學就在身邊。。
【五、教學重與難點】
重點：“理想實驗法”牛頓第一定律中總的含義，牛頓第一定理和慣性。
難點：理解牛頓第一定理及其內涵。
【六、教學打算】
班主任：貨車、木塊、紙條、玻璃板、象棋子、杯子（內盛水）、硬紙板、雞蛋。
中學生：斜面、小車、木板、棉布、毛巾。
【七、教學過程】
一、情境導出，明晰任務
引導中學生看兩張來自生活的圖片（多媒體投影）：
①為什么立定跳高不如急行跳高跳得遠？
②冬奧會冰球聯賽中為何要先要助滑一段距離？
師：要解決這兩個問題，我們首先來研究有關“牛頓第一定理”的知識。
板書課題：牛頓第一定理
投影：學習目標
1、知道牛頓第一定理的內容，了解它的探究歷程。
2、通過活動體驗任何物體都具有慣性。
二、維持運動須要力嗎？
1、自主探究，合作交流
師：朋友們，上面我們曉得力可以使靜止的物體運動，也可以使運動的物體靜止，可見力和物體的運動有密切的關系。關于力和運動的關系，古埃及學者亞里士多德提出了一個觀點——物體的運動須要力來維持。他的觀點仍然維持和統治人們的思想近兩千年，直至三百年前伽利略才提出了新的觀點——物體運動不須要力。你同意誰的觀點呢？請各小組自主探究。
投影：自主探究提示：
（1）觀察課本第71頁圖3—1-1，想想在生活中還有什么類似的現象？從這種現象中你能得到哪些啟示嗎？
（2）結合生活體驗回答下述問題：①怎樣才能使靜止的排球運動上去？②足球離開運動員的腳之后，在草地上滾動的過程中速率有何變化？③騎單車時，假若停止蹬車，單車運動情況會有哪些變化？為此，你覺得物體的運動是不是一定須要力來維持？物體的運動和物體受力之間可能有哪些關系？（3）亞里士多德和伽利略都對物體的運動和受力關系進行了研究，你同意誰的觀點？
2、展示交流合作學習成果
師：你是同意亞里士多德的觀點，還是同意伽利略的觀點？說出你的理由。
生1：靜止在桌子上的書，使勁一推由靜止變為運動，不推，重新變為靜止。可見物體的運動須要力來維持。
生2：騎單車時我們停止蹬車，車依然繼續運動；踢出去的籃球能繼續在空中飛行；擲出去的標槍能繼續往前運動，可見物體的運動不須要力來維持。
生3：物體的運動有時須要力，有時不須要力來維持。
生4：我們組也覺得物體的運動不須要力來維持，如車輛制動后仍能繼續滑行一段距離。
3、疑難解析，評價激勵
師：愛因斯坦曾把一代一代科學家探求自然奧秘的努力，稱作福爾摩斯偵探小說中的破案過程，有時侯顯著可見的線索卻把人們引向錯誤的判定。也就是說，光憑經驗來做判定往往是靠不住的，在探究運動緣由的“偵探小說”里，亞里士多德正是因為憑著生活中明顯的線索引出了錯誤的判斷。
師：造成亞里士多德觀點的“罪魁幫兇”是哪些呢？
中學生思索，交流。
生：單車停下，停下不是沒有受力，而是遭到了磨擦力才停的。為此，導致亞里士多德錯誤觀點的“罪魁幫兇”是磨擦阻力。
師：現今假定你是伽利略，你會找尋如何“偵察”去推翻這維持兩千年的“錯案”？
師：物體不受力時能夠繼續運動須要實驗來驗證。
三、牛頓第一定理
1、設計實驗方案
（1）小組交流合作學習
師：下邊請以小組為單位，依據屏幕上的提示設計出實驗方案。
投影：溫情提示
1、明確探究實驗的對象、條件：要探究運動物體不受力時，運動情況會如何，實驗時我們應當把靜止的還是運動的物體作為我們的研究對象？按照實驗目的可知：實驗應觀察運動的物體在不受（阻）力時運動情況，你準備怎么創造“不受（阻）力”實驗條件？
2、回憶曾經做過的“真空不能傳聲”的實驗：如圖1所示，把玻璃罩中的空氣抽出，我們看到的鈴聲越來越小，這說明真空不能傳聲。思索以下問題：
（1）在這個實驗中，我們能使玻璃罩內達到“絕對真空”嗎？
（2）既然做不到“絕對真空”，你是按照哪些現象推測出真空不能傳聲的？當玻璃罩中的空氣越來越少時，我們看到的鈴聲越來越小。由此推論：如果玻璃罩內沒有空氣，我們都會聽不到聲音，這說明真空不能傳聲。
（3）受這些技巧的啟示，你能夠設計實驗，探究運動物體“沒有阻力作用”時如何運動？
3、結合課本，剖析圖2所示的實驗方案。
思索：（1）為充分“顯示”阻力對物體運動情況的影響，每次實驗時應當控制什么誘因相同？怎樣改變物體遭到的阻力？
（2）為何讓貨車從斜面的同一高度滑下？
（3）貨車在不同材料的平面上最終停出來的緣由是哪些？
（4）設計一個記錄實驗數據的表格。
（5）構想一下，假如水平面足夠光滑（沒有任何阻力），貨車的運動情況會如何？
（6）展示交流合作學習成果
師：下邊請第二組來展示實驗計劃與實驗方案。
生：我們曉得月球上完全不受力的物體是不存在的，我們可以使物體受力漸漸減少，觀察物體運動情況，進一步推理物體不受力時如何運動，這些方式叫理想實驗法。實驗時我們讓同一貨車從同一斜面的同一高度滑下，觀察貨車分別在浴巾、棉布、木板表面滑行的距離，進一步推理物體不受力時的運動情況。我們設計的實驗
介紹實驗裝置：帶斜面的長木板、小車、毛巾、棉布，演示實驗，觀察現象，完成表格。
推論：平面越光滑，貨車運動的距離越遠，這說明貨車遭到的阻力越小，速率增大的越慢。
推理：假如運動物體不受力，它將永遠運動下去。
師：愛因斯坦曾高度評價伽利略的工作：“這個理想實驗強調了真正完善運動學基礎的線索。”這位朋友就象是踏過伽利略的足跡重溫理想實驗，很偉大啊。
視頻觀看：目前的一項體育項目——冰壺球運動，因為冰球運動過程阻力很小，以幾乎不變的速率前進。師：在我們昨天看來是極其簡單的道理。在它發覺的最初常常是十分艱辛的，假如沒有堅強的意志和信念，沒有足夠的事實和理論根據去支持你，許多人可能會舍棄，但伽俐略沒有舍棄。
四、閱讀理解
師：運動的物體不受力將仍然運動下去，那靜止的物體假如不受力，會如何呢？
生：永遠保持靜止。
師：牛頓在前人的基礎上，進一步概括總結得出知名的牛頓第一定理。下邊請朋友們閱讀理解牛頓第一定理的內容。
師：牛頓第一定理的內容是，一切物體在沒有遭到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。適用范圍為一切物體，條件為不受力。
師：關于牛頓第一定理，朋友們還有補充或疑惑嗎？
生：我補充一下，牛頓第一定理是在實驗的基礎上經過進一步的推理得出的，這些方式叫理想實驗法。師：你補充的挺好！
生：牛頓第一定理是在任何情況下都組建嗎？
師：是的，牛頓第一定理適用于一切物體。
五、慣性
師：牛頓第一定理還強調一切物體都具有的一種性質，我們把這些性質叫慣性。
1、思考、討論下邊兩個問題：
（1）為何立定跳高不如急行跳高跳得遠？
（2）出席百米大賽的運動員抵達終點為何很難立刻停出來？
（3）奧運會冰球聯賽中為何要先先助滑一段距離？
2、演示實驗：將小鐵塊置于貨車上，小鐵塊隨貨車一起運動，貨車忽然停止，鐵塊飛出。
中學生討論剖析。
3、試一試：請你在地面上使勁豎直向下跳起，觀察一下，落地點將落在起跳點的旁邊、后邊還是起跳點上？
拓展：（1）當你在勻速直線運動的列車車箱內豎直向下跳起、落下后將落在起跳點的前方、后方還是起跳點上？
（2）當你在列車車箱內豎直向下跳起后，列車忽然加速，你落下后將落在起跳點的前方、后方還是起跳點上？
4、精彩展示
課前選出6個學習數學困難的中學生，三人一組，提早練習下邊3個實驗中的一個，課上讓她們精彩展示。（1）將字條壓在玻璃板下，突然抽出玻璃杯下的字條。
（2）將6個象棋子疊上去，讓兩個中學生展示迅速擊打最下邊一枚棋子。
（3）在裝有水的瓶子上放一硬紙片，紙板上放一豬肉，迅速擊打豬肉下的硬紙板。
中學生討論剖析。
師：大量事實表明，一切物體都有保持靜止狀態或勻速直線運動狀態的性質。我們把物體保持運動狀態不變的性質稱作慣性。
5、觀看視頻，小組討論。
讓中學生觀看拍打塵土、鍋爐工人填碳、足球的“香蕉球”在空中的運動軌跡、奧運會女子百米世錦賽沖刺終點，駕駛員系安全帶等方面的視頻片斷。
中學生以小組為單位，討論剖析上述生活中的慣性現象。
師：慣性的應用非常廣泛，對人類有利的一面我們要加以充分借助，比如，鐵錘松了，借助慣性可將鐵錘牢牢地套在斧柄上；跳高運動員助跑后，借助慣性能跳的遠些；柯受良借助慣性飛躍長江等。
師：其實，也有對人類不利的一面，如駕車不可超速，駕駛員系上安全帶等。
六、梳理整合，遷移提升
1、師：請朋友們想一想：本節課的學習內容有什么？它們之間有哪些內在的聯系？請用你喜歡的圖示方式表示下來。
中學生思索交流并嘗試作圖。
2、各小組推出代表進行展示、交流。中學生在互評、自評中取長補短，知識框架得到修正、完善。
3、引導中學生找尋知識的脈絡和內在聯系。
【八、學習小結】
⑴這節課我們主要學習了牛頓第一定理:一切物體在沒有遭到外力作用時,將保持勻速直線運
動狀態或靜止狀態。
⑵這一節我們還學習了研究解決數學問題的方式：
①實驗采用了控制變量法：同一物體從同一高度下降,保證貨車在水平面上開始運動的速率相同，三種情況惟一不同的就是三個表面對貨車的阻力不同,造成速率變化的快慢不同。這些控制變量法是我們用實驗研究問題的常用技巧。
②在實驗的基礎上進行科學推理,得出推論的方式。
③歸納總結法：牛頓就是總結了伽利略等人的研究成果,因而概括出了牛頓的一定理。
【九、課后小結】
施行新課程的關鍵在班主任，不能習慣于只用一種教學方式即講授法進行教學，而是要按照化學學科的特性以及中學生的實際采用靈活多樣的教學方式，使課堂飽含生機和活力。
中學生在生活中早已有所了解，但理解不深。并且慣性這個概念比較具象。為此，在教學中緊扣化學學科的特性，突出實驗教學，讓中學生充分動手、動口、動腦，迸發她們的學習興趣，培養她們觀察、分析、歸納的能力。這節課我主要突出以下幾個方面：
一、充分地采用直觀的教學方式，迸發中學生的學習興趣
本節課我共設計了四個實驗，即1．貨車運鐵塊（起動和煞車）；2．用卷尺嚴打疊在一起的棋子；3．打硬板；4．斜面實驗等。通過在課堂上演示這種實驗，化具象為具體，由靜到動，由易到難，使中學生更易理解所學知識，充分調動中學生學習的積極性，整個課堂非常輕松活躍。
二、充分地發揮中學生的主體作用，培養中學生的實踐能力
通過讓中學生動手的方式來探索知識。這節課設計的斜面實驗由中學生自己動手完成牛頓第一定律中總的含義，讓中學生通過自己的親身體驗，從實驗中發覺規律，探索知識，因而培養了中學生科學的探求精神和實踐能力。
三、充分地采用發散性提問，訓練中學生的發散思維
在向中學生提問的過程中，盡量避開“是不是”、“對不對”的提問，這樣提問對中學生的思維作用不大，盡量少用“為什么”的提問，這樣提問似乎對中學生的思維有一定的作用但容易重視惟一的正確答案，不利于培養中學生的發散思維；應積極采用“有什么觀點”、“有哪些不同的想法”的提問，來訓練中學生的發散思維。肯定朋友們能積極動腦，多想辦法解決問題特別好，接著引導中學生剖析這種方式與借助慣性的方式的好壞，因而加深了中學生對運用慣性解決實際問題的認識。
