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[!--downpath--]《牛頓第一定理》教學設計
一、三維目標
1．知識與技能
⑴體會伽利略的理想實驗思想方式。
⑵理解牛頓第一定理的內容及意義；理解力和運動的關系。
⑶理解慣性的概念，曉得質量是慣性大小的量度。
2．過程與技巧
⑴通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理的產生過程。
⑵理解理想實驗是科學研究的重要方式。
3．情感心態與價值觀
⑴通過運動和力的關系的歷史探究過程，使中學生感受規律的產生都有一個從感性到理智、從低級到中級的形成、發展和演化的過程。
⑵通過理想斜面的教學，感受理想實驗的魅力。
二、教材剖析
牛頓運動定理是整個熱學體系的基石，而牛頓第一定理又是這個“基石”中的“基石”，它定性地闡明了力和運動的關系，提出慣性的概念，為定量研究力和運動的關系拉開了帷幕。
小學教材與高中相比，主要有四方面的不同。
一是定理內容深淺不同：小學教材表述為“一切物體在沒有遭到外力作用的時侯，總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”；小學教材表述為“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直至有外力促使它改變這些狀態為止”。小學教材中的敘述具有更為豐富的內涵，它指出了力是改變物體運動狀態的緣由，突出了第一定理的獨立性和重要意義，也為學習牛頓第二定理做了一定的鋪墊。
二是慣性的認識層次不同：小學指出一切物體都有慣性，中學注重慣性與質量的關系。
三是實驗的設計、探究及思維深度不同：小學為斜面貨車實驗；中學為伽利略理想實驗，突出了理想實驗這些科學方式的價值所在。
四是情感、態度、價值觀的彰顯不同：小學對牛頓第一定理構建的歷史一語帶過，小學教材回顧了牛頓第一定理得出的整個歷史過程，讓中學生感受一個規律的獲得是一代又一代科學家們努力探求的結果，才能迸發中學生追求科學，敢于創新的情感。
三、學情剖析
經過小學的學習，中學生初步曉得了牛頓第一定理的內容和慣性的概念，并且對于牛頓第一定理的數學學史內容幾乎沒有了解，雖然了解也是過分片面和自私，科學的探究過程是一代代人不斷努力的結果，中間要經歷好多的失敗和磨難，然而這種沒有阻斷人們科學探究真知的腳步，總結前人的觀點，不斷的迸發自己的創新和創造靈感，勇敢的付諸實踐，最終得到科學真理。這種數學學史內容有挺好的教育價值和教育意義。
中學生對于“質量是慣性惟一的量度”更是欠缺認識，憑著自己的生活經驗，覺得速率也是慣性的量度。班主任要在課堂上充分引導，配合實驗、結合生活例子來澄清概念。
教學實踐表明，中學生在腦子中完善正確的力和運動關系的過程，并非一帆風順，往往產生與亞里士多德相像的觀點，且根深蒂固。處理具體的實際問題時，一些直覺的錯誤觀點不時冒下來，存在著嚴重的"口是心非"問題。
四、教學重難點
1．教學重點：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理；慣性的理解。
2．教學難點：力和運動的關系；慣性和質量的關系。
五、教研課題
數學學史在教學中的有效滲透的研究
六、教學方式
微課教學法、實驗探究、講授法、討論法。
七、教具
自制伽利略理想實驗教具、微課視頻、氣墊滑軌、滑塊、小車、軌道、教學講義、光電門傳感、鐵架臺、氣泵、傳感器軟件、希沃白板、手機或Pad等聯通終端。
五、教學活動和過程設計
（一）實驗微視頻，引入課題
用手機鏈接希沃白板，用手機或Pad等聯通終端掃描講義中的二維碼，觀看課題組自制的微課視頻，即生豬肉碰撞實驗過程，實驗中用運動的鴨蛋用實驗中的問題引入新課。
【設計意圖】
通過實驗小視頻引入新課，可以極大的調動中學生學習新知識的興趣，中學生帶著思索和興趣步入新課的學習，可以極大的提高課堂的效率，但是實驗視頻可以反復觀看，中學生們可以就實驗視頻中提出的問題在課后進行討論，極大的拓展和補充了課堂學習的不足。
（二）回顧歷史，探究定理
1．歷史觀點的碰撞
（1）亞里士多德和伽利略的觀點對比
（2）設計實驗一：
①繩子拉車車就動，不拉不動（如圖1）
②細致觀察，手停止運動，面包車并沒有馬上停止運動（如圖2）
③減小磨擦，用有輪子的一面做實驗，撤掉拉力后面包車滑行得更遠（如圖3）。
（3）設計實驗二：
氣墊滑軌實驗（如圖4），通過光電門測出滑塊在滑軌上任意兩點的速率，滑塊看起來做勻速，實踐還是在做減速運動，說明現今科技這么發達，而且難以找到一個完全沒有磨擦的環境。
【設計意圖】
通過氣墊滑軌實驗，讓中學生曉得就現今的科技水平都未能找到一個沒有磨擦的環境，伽利略是怎樣讓你們心服口服的相信他的觀點。可以挺好的過渡到伽利略的理想實驗，并有效迸發中學生進一步探究和學習理想實驗的興趣。
2.體驗理想實驗的魅力
【演示實驗】演示伽利略擺實驗。
①球從等低點釋放，經過向上加速擺到最高點，再向下減速擺到等低點。
②在中間插上鐵釘，擺球條紋過程中間擺繩被鐵釘絆到，而且小球一直才能抵達等低點。
③換一個位置插上鐵釘，擺球條紋過程中間擺繩被鐵釘絆到，而且小球一直才能抵達等低點。
【演示實驗】演示伽利略理想實驗。
實驗項目
實驗事實
邏輯推理（無磨擦，右斜面足夠長）
右斜面固定，在軌道上墊上紅色綢帶
磨擦較大高一物理實驗視頻大全，球能滾到的高度離等高線有一定的距離
取下繃帶，小球應當會滾到更高的位置才停
右斜面固定
磨擦越小，球滾得越高
球將滾上原來的高度
減少右夾角
球沿斜面滾得越遠
球沿斜面滾得越遠，仍然滾到原先的高度
放平右斜面
球滾得最遠
球為了達到原先的高度，而且軌道是平的，球為了達到原先的高度，將始終滾動下去
【設計意圖】
伽利略從伽利略擺得到啟發，設計了伽利略理想實驗，
通過伽利略擺到伽利略理想實驗，層層遞進，凸顯伽利略設計實驗的巧妙技巧，而且挺好的還原了數學學史過程，讓中學生明白理想實驗的科學探究過程，迸發中學生對理想實驗的探求欲和創造力。伽利略擺實驗可以為理想實驗做個挺好的鋪墊。
通過演示和班主任的啟發引導，體驗理想實驗過程和推理的魅力，讓中學生曉得通過實驗，并經過理想化的處理，發揮理想思維的力量最終可以大大趕超科技水平的限制。伽利略理想實驗給我們的不僅僅是一個推論，更重要的是留給我們一個有效的科學研究的方式，即實驗加推理的科學研究方法。
3.牛頓第一定理
【PPT講義】呈現伽利略和笛卡爾的觀點和伽利略的觀點，讓中學生進行對比剖析，找出笛卡爾補充和建立了什么內容。
【設計意圖】
通過師生共同品位牛頓第一定理，使中學生曉得牛頓第一定理的適用范圍是一切物體，而且首次提出了平衡狀態，即“勻速直線運動狀態”和“靜止狀態”，而且解決了物體運動的緣由是為了保持原先的運動狀態，即物體具有“慣性”，并強調力是改變物體運動狀態的誘因。通過分析曉得牛頓第一定理是對伽利略和笛卡爾等科學家觀點的總結、歸納和提高，明晰了力和運動的關系，但是提出了好多全新的數學概念。
（三）認識慣性及慣性的大小
1．回顧慣性的概念
【視頻播放】人短跑、小狗跳高視頻、奇幻煙圈、汽車碰撞頓時
2．進一步認識慣性及慣性的大小
討論：慣性的大小由什么誘因決定？讓中學生通過列舉生活中的實例說明自己的觀點
【視頻播放】播放飛行員為了躲避飛彈的襲擊，在飛行過程中拋棄副油箱的視頻片斷。
【視頻播放】播放太空艙中的失重環境視頻片斷。
討論：在太空的失重環境，以一定的速率推出一個標槍，遇到人的頭是否會痛？讓中學生辨析慣性是否更力有關。
【設計意圖】
慣性是留給中學生印象很深刻、很重要的數學概念，通過生活實例和視頻追憶了小學慣性知識，迸發了中學生學習的興趣。通過進一步學習曉得慣性的大小反映了改變物體運動狀態的難易程度，通過討論和辨析曉得慣性大小的惟一量度是質量，與運動狀態和物體受力情況是無關的。通過學習提升了對慣性的理解。
（四）總結與應用
1、總結與歸納
回顧牛頓第一定理的科學發展史
①亞里斯多德、伽利略、笛卡爾、牛頓等幾代科學家的科學探究和弘揚。
②科學研究方式：經驗得推論→實驗+推理得推論
2、應用與提高
假如課堂有時間剩余，讓中學生分組討論，請中學生自己應用這堂課學過的知識來解釋課前的小實驗，靜止的豬肉為何容易破。班主任啟發引導，并總結中學生觀點
假如課堂沒有時間剩余可以讓中學生課后用手機或Pad等聯通終端掃描講義中的二維碼看課題組自己制做的微課視頻，看視頻中解釋的是否和自己想的一樣。
【設計意圖】
通過總結梳理，讓中學生曉得牛頓第一定理科學發展史是一個漫長的科學探究過程，經歷了亞里士多德、伽利略、笛卡爾和牛頓等科學家的不懈努力和探求，是一種科學的弘揚，同時牛頓第一定理的構建過程標志著科學研究方式的進步和飛躍，有效的滲透了數學學史教育。
通過對課前問題的討論，掃尾呼應，挺好的做到了從數學到生活，在從生活到化學的過程，強化了中學生對本節課所學知識的理解和應用能力。中學生應用所學知識解決了課前的問題，致使中學生體驗到的成就感，并提高了她們解決問題的能力和學習數學的興趣。
六、教學設計反省
牛頓第一定理的最終得出歷經幾代科學家的探求和發覺過程，是一堂生動的數學學史教育課，上好這堂課才能讓中學生對化學的科學本質有全新的認識，同時讓中學生認識到科學推理和化學實驗是化學學研究的重要方式，因而真正達成牛頓第一定理教學的三維目標任務。
這堂課所設計的實驗“氣墊滑軌實驗”、“伽利略擺實驗”、“伽利略理想斜面實驗”是為了突破本節課的重點，即牛頓第一定理的得出過程這一科學發展史，因而在教學時間分配上更多的注重于這個重點內容，讓學士理解每個科學家的貢獻，充分理解牛頓第一定理的數學學史內容。
中學生在中學就早已接觸過慣性的內容，所以在慣性的教學中主要發揮中學生的能動性，積極的發別自己的觀點，在課前和課后打算了微課視頻高一物理實驗視頻大全，掃尾呼應，讓中學生通過本節課的學習，并應用所學的知識去解決生活中的數學問題，進而實現生活到化學，化學到生活的過程，讓中學生真正對化學學習形成興趣。