《牛頓第一定律》的教學反思與啟發
——“先學后教，問題導學”教學模式運用研究

◎福建省晉江市毓英中學 葉曉青

《牛頓第一定律》的教學反思與啟發
——“先學后教，問題導學”教學模式運用研究

◎福建省晉江市毓英中學 葉曉青

教學與學習應針對學情有不同的方式和方法，特別是在培養學生學科素養、綜合能力等方面更應注重方法的運用。本人在物理教學中嘗試采用了“先學后教，問題導學”的教學模式，再結合物理學科的本質——實驗探究，讓學生課前先通過教師提煉出的問題進行有目的的預習，然后在課堂上，教師通過問題反饋、新知討論、動手操作、表達與交流等探究性活動，讓學生獲得知識與技能。本文通過學校申報的省級課題《“先學后教，問題導學”教學模式在物理教學中的運用》的一些做法，結合高中物理《牛頓第一定律》（魯科版物理必修I）的教學及反思，從中找出一些規律供大家參考。

先學后教；問題導學；設計思想；反思感悟

一、先學——為學生提供有意義的學習背景

1.資源背景

兩千多年前，古希臘的亞里士多德通過觀察“馬拉車”等現實生活中的現象，得出“有力作用在物體上，物體才能運動”的觀點。這一結果的得出，是符合當時人們的認知經驗的，并且很容易從“馬拉車，車就前進；馬停止拉車，車就停止運動”的現象中得以驗證。這種觀點“統治”人們的思想達兩千多年。到了十七世紀，伽利略才對這一論斷提出了質疑，他認為這種說法是有問題的，并且伽利略指出：運動的車輛之所以由運動停止下來，其原因是因為車與地面之間存在摩擦力。伽利略得出的結論是：某一物體一旦運動起來，如果沒有摩擦力的影響，它將保持這一速度不變，并一直運動下去。為驗證這一觀點的正確性，伽利略運用了自己善長的“觀察——猜想——實驗（包括理想實驗）——邏輯推理——結論”的科學思維方法進行探究。

2.實驗背景

伽利略為了驗證“某一物體一旦運動起來，如果沒有摩擦力的影響，它將保持這一速度不變，并一直運動下去”這一結論是否正確，設計出一項很巧妙的理想實驗〔如圖〕。課前，在教室內為學生提供了一套仿伽利略理想實驗的裝置——光滑的一端可調節的滑道和小球，供同學們預習時使用。要求同學們“先學”時，除閱讀教材預習之外，親手做一做這個實驗并嘗試性的去理解伽利略對實驗的推理過程。

實驗原理：用兩個光滑斜面（沒有摩擦）進行對接，再將一個光滑的鐵質金屬小球放在左邊的斜面上，然后放手，則這顆光滑的鐵質金屬小球就從左邊斜面上滾下，再滾動爬到右邊的斜面上。我們假設，光滑的鐵質小球與斜面間沒有摩擦，則光滑的鐵質小球到達右邊斜面的高度就應與左邊具有相同的高度。當然，如果有摩擦存在，則應比左邊釋放小球時的高度會低一些。

3.科學推理背景

通過對實驗認真、仔細的觀測，我們就可以發現這一鐵質金屬小球是如何運動的。

首先，將鐵質金屬小球放在左邊斜面的某一高度處，做好記號。然后松開手，讓小球沿軌道自由滾下，我們可以根據能量守恒的觀念來判斷，小球從高度滑下，勢能逐步減小，動能逐漸增大，則小球往下會越滾越快；當小球到達與左邊對接的右邊斜面時，動能逐漸減小，勢能逐步增大，小球則會運動得越來越慢。如果小球與斜面間沒有摩擦，鐵質金屬小球就會到達與左邊斜面釋放小球時相同的高度。

接下來，讓我們逐漸改變右邊斜面的傾斜程度，將傾角慢慢變小，這一過程中，根據能量守恒的觀點，我們可以判定小球要達到與左邊斜面釋放小球時相同的高度，這樣的話，鐵質金屬小球必須在右邊的斜面上跑更遠的距離。最后，我們把右邊斜面調整為水平狀態，小球在“能量守恒”的原理下，為去“尋找”與左邊釋放它時相同的高度，則將小球一直以這個速度運動下去。

二、后教——激發學生內驅力的策略

在要求學生課前預習教材之外，教師再為學生提供以上三個方面學習背景來引導學生“先學”。而課堂上，要讓學生真正地理解和掌握牛頓第一定律的實質內容，則要采用一定的教學策略來促進學生的學習。

1.問題質疑策略

課堂教學中，教師首先將本節課的重點和核心知識進行問題化處理，提出問題請同學思考并解答。我們可以將本節課的知識提煉為如下幾個問題：

問題一：從亞里士多德的觀點中我們可以得出用力推一個物體，它就運動，不再推它時，它便靜止。這一說法正確嗎？

這一問題是為了重點解決運動和運動的變化的概念問題，要將運動和運動的變化區別開來，解決從靜止到運動和從運動到靜止的外在表象，是屬于物體運動狀態改變的思想，這就為進一步學習力和運動的關系做好了一定的鋪墊。

問題二：如果物體不受力，它將會處于什么狀態？并說明你判斷的理由。

這個問題是為了讓學生樹立一個基本概念——力是改變運動狀態的原因。在建立起正確的概念之后，再通過理想實驗和理論推理，達到從思想認識上真正確立物體在沒有受到外力作用時，物體的運動狀態就不會發生改變的概念。

問題三：牛頓第一定律的核心內容是什么？

該問題既是本節課的重點又是七節教學的難點，通過我們的深入挖掘，梳理出物體在不受外力作用時的運動規律。其關鍵是為了解決“力是維持物體運動姿態的原因”這一錯誤觀念。

2.實驗探究策略

物理學科是一門實驗學科，關鍵的物理規律必須通過實驗來驗證和說明，讓事實說話是我們物理學科的最大特點。雖然有的實驗無法直接驗證，但在一定的科學推理的結合下，同樣可以說明問題。為讓學生掌握好牛頓第一定律的實質內容，課堂上為學生設計的相關實驗有：

實驗一：教師在講桌（水平桌面）上推動一個方木塊（或粉筆盒），使方木塊（或粉筆盒）從靜止開始緩慢向前移動一段時間后，教師撤去推力，讓同學們觀察到木塊會立即停止運動。

分析：人很容易從表面現象得出錯誤結論。通過該實驗，讓同學們從這一現象的表層上看到：當有外力作用在某一物體上時，該物體才能運動，如果撤去了外力的作用，物體就會停止運動。也就是亞里士多德的觀點——物體的運動需要力維持。但時間長就一定正確嗎？我們要敢于提出質疑。

實驗二：教師接下來做的實驗是，將靜止在桌面上的方木塊（或粉筆盒）用力猛然快速推出，則方木塊（或粉筆盒）會向前前進一段距離，然后才停止運動。

分析：當人用外力快速猛推方木塊（或粉筆盒）之后，并沒有外力再來推動該物體，沒有外力作用的物體怎么還會運動呢？這顯然與亞里士多德的觀點是相矛盾的。同學們可以猜想一下，方木塊（或粉筆盒）由靜止到運動，再由運動到靜止，這兩個過程中在物體的運動方向是否都有外力作用？整個運動過程中，外力的作用是用來維持原來的運動狀態還是改變物體的運動狀態？

實驗三：氣墊導軌實驗——在氣墊導軌上輕推滑塊，滑塊自行運動。

分析：伽利略的斜面實驗來自一個理想化的推理，但確實是一種科學合理的方法。雖說現實生活中物體間沒有摩擦的情況是沒有的，但是，現代生產和技術給我們提供近似模擬的可能。例如，在物理實驗室里可以采用氣墊導軌來演示滑塊在水平導軌上被輕輕推動之后，一直沿導軌運動的過程。進一步證明物體的運動不需要力來維持。

學生活動——分組探究實驗：

通過如右下圖所示的演示實驗，請同學們親自動手來操作，在實驗過程中，將結果填入左邊的表格中，然后同組同學間進行分析比較，得出相關結果，完成教學核心工作。

介紹器材：小車（帶輪子）、毛巾、棉布、玻璃板、斜面、刻度尺。

實驗條件：三次實驗中，小車的每次下滑實驗都要從斜面上的同一位置（或高度）滑下。

操作流程：先確定好小車在斜面上下滑的位置，然后讓小車每次都從該位置滑下，第一次讓小車在毛巾上滑行；第二次讓小車在棉布上滑行；第三次則讓小車在光滑長木板（也可用長的玻璃板）表面上運動，記錄下每次小車停止時的距離。

實驗數據：

三次實驗 接觸面情況 阻力情況 滑行路程1 毛巾最粗糙 三個中最大 三個中最小2 棉布較粗糙 三個中較大 三個中較長3 木板較光滑 三個中最小 三個中最長

實驗分析：

（1）通過實驗可知，在水平面上運動一段距離后，最終小車還是靜止了下來，這是為什么呢？（結論讓同學進行討論：小車受到來自接觸面的摩擦阻力作用而停止運動）

（2）小車的三次下滑實驗，小車在水平面上運動的距離大小不同，這能告訴我們一個什么問題？（物體間的摩阻力越小，則物體的運動距離就越大）

（3）如果我們通過一些技術手段，讓小車在水平面上受到的摩擦阻力不斷減小，那么，小車在水平面上的運動距離會如何變化？（物體運動的距離將會越來越遠）

（4）通過以上的實驗，再加上嚴密的科學推理，我們可以得出什么樣的結果呢？（表面越光滑，阻力越小，若表面無阻力，平板無限長，小車將一直運動下去不會停止）。

推理及實驗結果：當一物體在另一物體表面上運動時，如果它受到的摩擦阻力為零，則物體的運動速度不會改變，將會以恒定的速度一直運動下去。

3.微機模擬策略

運用現代信息技術，將伽利略的理想實驗通過計算機程序設計，做為一種輔助教學手段，用電腦技術來模擬伽利略的理想實驗，可以更進一步讓同學們深刻理解牛頓第一定律的內容。

4.自主研討歸納策略

教師引導：本節課的設計思想是按照人類對物理規律的認知過程，結合同學們的學習規律來進行的，這一節課最主要的環節就是讓同學們完成從了解現象，到提出假設，再進行實驗探究的三大過程，深刻領會牛頓第一定律的內涵。那么，請同學們自己歸納出牛頓第一定律的相關內容。

學生歸納（教師輔助和引導）：

（1）牛頓第一定律的文字表述：任何物體在不受外力作用的情況下，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，直到有外力迫使它改變為止。

（2）牛頓第一定律成立的條件：不受外力作用（或所受的合外力為零）。

（3）物體存在的兩種基本狀態：勻速直線運動狀態或靜止狀態。

（4）牛頓第一定律的核心內涵：力是改變物體運動狀態的原因。

三、運用——鞏固教學成效促進劑

要讓新知真正讓學生掌握，還要通過對“牛頓第一定律”在生產生活中的運用及問題處理方面的情況才能得以檢驗。為此，在課堂中可以設計適量而且抓住本節教學核心的重點內容進行考查，本節教學中筆者設計的問題是：

1.一個用細線懸掛在天花板下的小球，當細線突然斷開時，小球的狀態將如何變化?

2.對牛頓第一定律的文字表述中，你認為正確的是（）

A.牛頓第一定律可以直接用實驗來驗證，所以牛頓第一定律是正確的。

B.牛頓第一定律理想實驗下的結果，所以現實生活中不能肯定它是正確的。

C.牛頓第一定律的實驗雖無法直接驗證，但通過建立在一定事實基礎上，科學推理得其規律。

D.牛頓第一定律的實驗現在無法直接驗證，但隨著科技的進步，最終可以用實驗進行驗證。

課后提煉小結：1.牛頓力學又稱為經典力學，這一體系的建立并不是牛頓一己之力，而是在長期的歷史長河中，經過無數名科學家持續不斷的研究所得出的成果；2.我們在學習知識的同時，也要學習大師們的科學思想和勇于實踐的精神，課后還請同學們通過各種渠道，查閱牛頓力學的相關資料，了解其建立過程（以拓展學生的知識面）。

四、反思——提升教學的助力器

在進行了“先學后教”的教學設計與課堂教學后，反思本節課的教學過程與成效，突出效果與不足之處主要體現在：

1.本節課的設計思想。先利用簡單而具體實驗展示，營造一種情境，從而激發學生的控知欲；然后，通過“遞進式的問題”討論，引導學生進行分析思考；第三，開展同學合作小組間的探究與討論，加上實驗操作，讓同學真真切切地感受到物理規律的發現過程；最后，通過適當的練習，一是檢查學生對知識的掌握情況，二是培養學生用所學知識來解決實際問題的能力，使學生的能力得到進一步的提高。

2.本節課采用了“先學后教”的教學方式，實現了由“教教材”到“用教材”的突破。在課堂上的具體教學中，采用問題探究、演示實驗和實驗探究等不同方式，來研究阻力對物體運動的影響，從而推導出沒有阻力時的正確結論。這種引導學生結合生活實際的推理想象，培養了學生的探索精神和創新意識，更有利于學生對牛頓第一定律的理解和掌握。

3.本節課突出了物理學科方法的在教學中的運用，一是在探究摩擦阻力對物體運動的影響時，以問題的方式提示學生對變量進行控制；二是在得出正確的結果過程中充分運用了“理想模型”的科學方法，也適時滲透了“抓主要矛盾”的物理思想，并且在通過對實驗數據的分析得出一般性結論的基礎上，引導學生進行科學的推理，完成對牛頓第一定律的認知過程。

4.不足之處主要是整節課由于前期對問題的討論時間安排稍長，影響到了后面的實驗教學，顯得探究過程較緊。

總體來講，“先學后教”這種教學方式的運用，能夠充分調動學生的學習主動性，“先學”讓學生在課前就對所學內容有了較深入的了解，為課堂上的“后教”打下了很好的基礎，從而使得課堂教學中可以用更多的時間去討論和探究，讓問題更加明確和清晰，是一種值得推廣的教學方式。

（責任編輯：詹國榮）