自制教具在《牛頓第一定理》教學(xué)中的應(yīng)用摘要：中學(xué)生學(xué)習(xí)《牛頓第一定理》的困難在于從生活經(jīng)驗(yàn)中得到的一種被現(xiàn)象掩藏了本質(zhì)的錯(cuò)誤觀念，怎么解決這個(gè)問題，在教學(xué)中突破該難點(diǎn)，伽里略的斜面實(shí)驗(yàn)的成功演示是解決該問題的關(guān)鍵。為了充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，講課時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室資源自制便捷使用、易于操作、效果顯著的斜面實(shí)驗(yàn)的教具是突破教學(xué)重、難點(diǎn)的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：牛頓第一定理；自制教具；斜面實(shí)驗(yàn)《牛頓第一定理》是小學(xué)數(shù)學(xué)選修一第四章第一節(jié)的內(nèi)容，牛頓第一定理闡明了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，是牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石，熱學(xué)的第一原理，它破不僅歷時(shí)兩千年以來亞里士多德的錯(cuò)誤，改變了人類的自然觀和世界觀，本身還包含著重、慣性和參考系的科學(xué)概念，是數(shù)學(xué)學(xué)理論的支柱和基石。在教學(xué)中，不能把它看作牛頓第二定理的特殊情況，它意在引導(dǎo)中學(xué)生了解科學(xué)的發(fā)覺和發(fā)展。作為一節(jié)規(guī)律課的教學(xué)，教學(xué)有一定的難度，如何把這樣一節(jié)規(guī)律課上好？怎么充分調(diào)動(dòng)中學(xué)生的積極性？本人在悉心打算并上了該課后，關(guān)于自制教具在本節(jié)課的應(yīng)用有一些思索。中學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓第一定理的困難在于從生活經(jīng)驗(yàn)中得到的一種被現(xiàn)象掩藏了本質(zhì)的錯(cuò)誤觀念，常年以來，在研究物體運(yùn)動(dòng)緣由的過程中，人們的經(jīng)驗(yàn)是：要使一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，必須推它或拉它。
因而，人們直覺地覺得，物體的運(yùn)動(dòng)是與推或拉等行為相聯(lián)系的，當(dāng)不再推、拉的時(shí)侯，原先運(yùn)動(dòng)便停止出來。按照這類經(jīng)驗(yàn)，亞里士多德得出推論：必須有力作用在物體上，物體能夠運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體便要停止在某個(gè)地方。我想除了亞里士多德這樣想，就是在現(xiàn)今，好多人還是這樣想的，由于它與我們的現(xiàn)實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)是這么的一致。雖然有了中學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，中學(xué)生會(huì)背了牛頓第一定理的內(nèi)容，但在心理上真正接受并理解的中學(xué)生少之又少，怎么解決這個(gè)問題，在教學(xué)中突破該難點(diǎn)，伽里略的斜面實(shí)驗(yàn)的成功演示是解決該問題的關(guān)鍵。伽里略的斜面實(shí)驗(yàn)：兩斜面平滑對(duì)接，還可以調(diào)節(jié)斜面的夾角。在本節(jié)課的教學(xué)中，該實(shí)驗(yàn)的成功演示有著重要的作用，而一般實(shí)驗(yàn)室又沒有相關(guān)的教具，為了充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，讓中學(xué)生對(duì)力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，運(yùn)動(dòng)不須要力來維持，有一個(gè)深刻的理解，本人在院長(zhǎng)該課時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室資源自制了方便使用、易于操作、效果顯著的斜面實(shí)驗(yàn)的教具。按照本實(shí)驗(yàn)所須要達(dá)到的療效，選擇了以下材料來制做本教具：一、所需材料1.寬約6分米，長(zhǎng)約1.5米的鐵皮一條，在其中間壓下一凹槽。（注：鐵皮加工處可做，有專門的工具壓槽，就像做水桶時(shí)，其邊沿的凹槽）2.實(shí)驗(yàn)室中的一端帶定滑輪的長(zhǎng)木板一塊。
3.夾子（電火花計(jì)時(shí)器內(nèi)自帶的）兩個(gè)。4.靈敏電壓計(jì)的包裝盒的泡沫上蓋兩個(gè)。5.麻布一條（長(zhǎng)度與鐵皮相當(dāng)）。6.典范三個(gè)（可自制）7.小剛球一個(gè)。二、組合步驟1.用兩個(gè)夾子將鐵皮固定在木板合適的位置（注：固定斜面一端所留鐵皮的寬度約占總寬度的四分之一，以便捷改變另一斜面的夾角。）2.將其中一個(gè)泡沫蓋作為支架墊在有定滑輪的一端，產(chǎn)生一個(gè)固定夾角的斜面。（泡沫支架很穩(wěn)定）3.再將另一個(gè)泡沫支架墊在固定點(diǎn)的另左側(cè)，產(chǎn)生另一個(gè)斜面，因?yàn)殍F皮的性能，鐵皮較長(zhǎng)，調(diào)節(jié)該泡沫支架的位置，可調(diào)節(jié)該斜面的夾角。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.將麻布鋪在鐵皮上，將小球從固定斜面的固定位置滾下牛頓第一定律教學(xué)理念，當(dāng)小球滾到另一斜面的最高處時(shí)，用右手遮住。（為了讓中學(xué)生認(rèn)清楚，重復(fù)一次）。將典范置于該球的前方來標(biāo)記該位置。2.取下麻布，將小球從固定斜面同一高度釋放，同樣重復(fù)做兩次，用典范標(biāo)記其位置。此時(shí)比較1、2兩次的位置有何不同，中學(xué)生觀察得到第二次比第一次滾得位置高了，緣由是哪些？中學(xué)生思索后回答：是因?yàn)樽枇π×耍@么老師進(jìn)一步引導(dǎo)假定：假如阻力再小些，會(huì)有哪些不同，生：會(huì)滾得再高些。阻力再小以至于阻力為零牛頓第一定律教學(xué)理念，這么，小球滾得再高些，以至于達(dá)到與小球落點(diǎn)等高的位置，一步一步，以可靠的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行合理的思維，得到推理：假如沒有磨擦力及空氣阻力，這么，小球?qū)?huì)抵達(dá)與落點(diǎn)等高的位置。
由實(shí)際的實(shí)驗(yàn)到理想實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮理想思維的邏輯力量。3.將斜面的夾角增大，再度將小球從固定斜面的同一高度落下，（同樣重復(fù)兩次），用典范標(biāo)記其位置。比較第一次、第二次、第三次典范的位置，不同在于一次比一次的位置遠(yuǎn)了，為何？由于想要達(dá)到等高的位置，角度越小，小球走過的路程越多，更遠(yuǎn)了。若夾角再小些，會(huì)如何？夾角再小些以至于夾角為零，則釋放的小球會(huì)如何？中學(xué)生思索，想像……4.將泡沫支架向后移，再向后移直到拆掉，將小球從固定斜面同一高度釋放小球，釋放前要求中學(xué)生注意觀察，注意想像……小球會(huì)墜落平面（老師不去管它），繼續(xù)發(fā)問：假如水平軌道足夠長(zhǎng)，水平軌道足夠光滑，小球會(huì)如何？中學(xué)生很自然得到：小球會(huì)仍然運(yùn)動(dòng)下去。師：在水平面上，若阻力為零，水平方向還受其它的力嗎？生：沒有。師：并且小球仍在運(yùn)動(dòng)，自然而然得到：運(yùn)動(dòng)不須要力來維持，進(jìn)一步：力恰恰是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由。做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，平緩的節(jié)奏及精練的引導(dǎo)，可使該斜面演示實(shí)驗(yàn)的作用發(fā)揮到極致。至此，該演示實(shí)驗(yàn)完成了它的重要使命。本節(jié)課是根據(jù)人類對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)次序組織教學(xué)，讓中學(xué)生感受規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程，對(duì)中學(xué)生進(jìn)行化學(xué)學(xué)史教育，首先提出問題“運(yùn)動(dòng)背后的緣由是哪些”？引出亞里士多德的運(yùn)動(dòng)觀，到伽里略的指責(zé)，以“理想斜面實(shí)驗(yàn)”來支持自己的觀點(diǎn)，到笛卡兒的加以補(bǔ)充，到牛頓的總結(jié)建立。“運(yùn)動(dòng)背后的緣由是哪些？”這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題，以前困惑了人們數(shù)千年，并由此引起了科學(xué)史上一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)、影響廣泛的思想革命，改變了人們對(duì)世界的想法。引起這場(chǎng)革命的三個(gè)代表人物分別生活在不同的時(shí)代。將她們對(duì)力與運(yùn)動(dòng)問題的觀點(diǎn)置于一起進(jìn)行比較，就好似傾聽三位智者之間一場(chǎng)跨越時(shí)空的對(duì)話。