《牛顿第一定律》的教学反思与启发——“先学后教，问题导学”教学模式运用研究

◎福建省晋江市毓英中学 叶晓青

《牛顿第一定律》的教学反思与启发
——“先学后教，问题导学”教学模式运用研究

◎福建省晋江市毓英中学 叶晓青

教学与学习应针对学情有不同的方式和方法，特别是在培养学生学科素养、综合能力等方面更应注重方法的运用。本人在物理教学中尝试采用了“先学后教，问题导学”的教学模式，再结合物理学科的本质——实验探究，让学生课前先通过教师提炼出的问题进行有目的的预习，然后在课堂上，教师通过问题反馈、新知讨论、动手操作、表达与交流等探究性活动，让学生获得知识与技能。本文通过学校申报的省级课题《“先学后教，问题导学”教学模式在物理教学中的运用》的一些做法，结合高中物理《牛顿第一定律》（鲁科版物理必修I）的教学及反思，从中找出一些规律供大家参考。

先学后教；问题导学；设计思想；反思感悟

一、先学——为学生提供有意义的学习背景

1.资源背景

两千多年前，古希腊的亚里士多德通过观察“马拉车”等现实生活中的现象，得出“有力作用在物体上，物体才能运动”的观点。这一结果的得出，是符合当时人们的认知经验的，并且很容易从“马拉车，车就前进；马停止拉车，车就停止运动”的现象中得以验证。这种观点“统治”人们的思想达两千多年。到了十七世纪，伽利略才对这一论断提出了质疑，他认为这种说法是有问题的，并且伽利略指出：运动的车辆之所以由运动停止下来，其原因是因为车与地面之间存在摩擦力。伽利略得出的结论是：某一物体一旦运动起来，如果没有摩擦力的影响，它将保持这一速度不变，并一直运动下去。为验证这一观点的正确性，伽利略运用了自己善长的“观察——猜想——实验（包括理想实验）——逻辑推理——结论”的科学思维方法进行探究。

2.实验背景

伽利略为了验证“某一物体一旦运动起来，如果没有摩擦力的影响，它将保持这一速度不变，并一直运动下去”这一结论是否正确，设计出一项很巧妙的理想实验〔如图〕。课前，在教室内为学生提供了一套仿伽利略理想实验的装置——光滑的一端可调节的滑道和小球，供同学们预习时使用。要求同学们“先学”时，除阅读教材预习之外，亲手做一做这个实验并尝试性的去理解伽利略对实验的推理过程。

实验原理：用两个光滑斜面（没有摩擦）进行对接，再将一个光滑的铁质金属小球放在左边的斜面上，然后放手，则这颗光滑的铁质金属小球就从左边斜面上滚下，再滚动爬到右边的斜面上。我们假设，光滑的铁质小球与斜面间没有摩擦，则光滑的铁质小球到达右边斜面的高度就应与左边具有相同的高度。当然，如果有摩擦存在，则应比左边释放小球时的高度会低一些。

3.科学推理背景

通过对实验认真、仔细的观测，我们就可以发现这一铁质金属小球是如何运动的。

首先，将铁质金属小球放在左边斜面的某一高度处，做好记号。然后松开手，让小球沿轨道自由滚下，我们可以根据能量守恒的观念来判断，小球从高度滑下，势能逐步减小，动能逐渐增大，则小球往下会越滚越快；当小球到达与左边对接的右边斜面时，动能逐渐减小，势能逐步增大，小球则会运动得越来越慢。如果小球与斜面间没有摩擦，铁质金属小球就会到达与左边斜面释放小球时相同的高度。

接下来，让我们逐渐改变右边斜面的倾斜程度，将倾角慢慢变小，这一过程中，根据能量守恒的观点，我们可以判定小球要达到与左边斜面释放小球时相同的高度，这样的话，铁质金属小球必须在右边的斜面上跑更远的距离。最后，我们把右边斜面调整为水平状态，小球在“能量守恒”的原理下，为去“寻找”与左边释放它时相同的高度，则将小球一直以这个速度运动下去。

二、后教——激发学生内驱力的策略

在要求学生课前预习教材之外，教师再为学生提供以上三个方面学习背景来引导学生“先学”。而课堂上，要让学生真正地理解和掌握牛顿第一定律的实质内容，则要采用一定的教学策略来促进学生的学习。

1.问题质疑策略

课堂教学中，教师首先将本节课的重点和核心知识进行问题化处理，提出问题请同学思考并解答。我们可以将本节课的知识提炼为如下几个问题：

问题一：从亚里士多德的观点中我们可以得出用力推一个物体，它就运动，不再推它时，它便静止。这一说法正确吗？

这一问题是为了重点解决运动和运动的变化的概念问题，要将运动和运动的变化区别开来，解决从静止到运动和从运动到静止的外在表象，是属于物体运动状态改变的思想，这就为进一步学习力和运动的关系做好了一定的铺垫。

问题二：如果物体不受力，它将会处于什么状态？并说明你判断的理由。

这个问题是为了让学生树立一个基本概念——力是改变运动状态的原因。在建立起正确的概念之后，再通过理想实验和理论推理，达到从思想认识上真正确立物体在没有受到外力作用时，物体的运动状态就不会发生改变的概念。

问题三：牛顿第一定律的核心内容是什么？

该问题既是本节课的重点又是七节教学的难点，通过我们的深入挖掘，梳理出物体在不受外力作用时的运动规律。其关键是为了解决“力是维持物体运动姿态的原因”这一错误观念。

2.实验探究策略

物理学科是一门实验学科，关键的物理规律必须通过实验来验证和说明，让事实说话是我们物理学科的最大特点。虽然有的实验无法直接验证，但在一定的科学推理的结合下，同样可以说明问题。为让学生掌握好牛顿第一定律的实质内容，课堂上为学生设计的相关实验有：

实验一：教师在讲桌（水平桌面）上推动一个方木块（或粉笔盒），使方木块（或粉笔盒）从静止开始缓慢向前移动一段时间后，教师撤去推力，让同学们观察到木块会立即停止运动。

分析：人很容易从表面现象得出错误结论。通过该实验，让同学们从这一现象的表层上看到：当有外力作用在某一物体上时，该物体才能运动，如果撤去了外力的作用，物体就会停止运动。也就是亚里士多德的观点——物体的运动需要力维持。但时间长就一定正确吗？我们要敢于提出质疑。

实验二：教师接下来做的实验是，将静止在桌面上的方木块（或粉笔盒）用力猛然快速推出，则方木块（或粉笔盒）会向前前进一段距离，然后才停止运动。

分析：当人用外力快速猛推方木块（或粉笔盒）之后，并没有外力再来推动该物体，没有外力作用的物体怎么还会运动呢？这显然与亚里士多德的观点是相矛盾的。同学们可以猜想一下，方木块（或粉笔盒）由静止到运动，再由运动到静止，这两个过程中在物体的运动方向是否都有外力作用？整个运动过程中，外力的作用是用来维持原来的运动状态还是改变物体的运动状态？

实验三：气垫导轨实验——在气垫导轨上轻推滑块，滑块自行运动。

分析：伽利略的斜面实验来自一个理想化的推理，但确实是一种科学合理的方法。虽说现实生活中物体间没有摩擦的情况是没有的，但是，现代生产和技术给我们提供近似模拟的可能。例如，在物理实验室里可以采用气垫导轨来演示滑块在水平导轨上被轻轻推动之后，一直沿导轨运动的过程。进一步证明物体的运动不需要力来维持。

学生活动——分组探究实验：

通过如右下图所示的演示实验，请同学们亲自动手来操作，在实验过程中，将结果填入左边的表格中，然后同组同学间进行分析比较，得出相关结果，完成教学核心工作。

介绍器材：小车（带轮子）、毛巾、棉布、玻璃板、斜面、刻度尺。

实验条件：三次实验中，小车的每次下滑实验都要从斜面上的同一位置（或高度）滑下。

操作流程：先确定好小车在斜面上下滑的位置，然后让小车每次都从该位置滑下，第一次让小车在毛巾上滑行；第二次让小车在棉布上滑行；第三次则让小车在光滑长木板（也可用长的玻璃板）表面上运动，记录下每次小车停止时的距离。

实验数据：

三次实验 接触面情况 阻力情况 滑行路程1 毛巾最粗糙 三个中最大 三个中最小2 棉布较粗糙 三个中较大 三个中较长3 木板较光滑 三个中最小 三个中最长

实验分析：

（1）通过实验可知，在水平面上运动一段距离后，最终小车还是静止了下来，这是为什么呢？（结论让同学进行讨论：小车受到来自接触面的摩擦阻力作用而停止运动）

（2）小车的三次下滑实验，小车在水平面上运动的距离大小不同，这能告诉我们一个什么问题？（物体间的摩阻力越小，则物体的运动距离就越大）

（3）如果我们通过一些技术手段，让小车在水平面上受到的摩擦阻力不断减小，那么，小车在水平面上的运动距离会如何变化？（物体运动的距离将会越来越远）

（4）通过以上的实验，再加上严密的科学推理，我们可以得出什么样的结果呢？（表面越光滑，阻力越小，若表面无阻力，平板无限长，小车将一直运动下去不会停止）。

推理及实验结果：当一物体在另一物体表面上运动时，如果它受到的摩擦阻力为零，则物体的运动速度不会改变，将会以恒定的速度一直运动下去。

3.微机模拟策略

运用现代信息技术，将伽利略的理想实验通过计算机程序设计，做为一种辅助教学手段，用电脑技术来模拟伽利略的理想实验，可以更进一步让同学们深刻理解牛顿第一定律的内容。

4.自主研讨归纳策略

教师引导：本节课的设计思想是按照人类对物理规律的认知过程，结合同学们的学习规律来进行的，这一节课最主要的环节就是让同学们完成从了解现象，到提出假设，再进行实验探究的三大过程，深刻领会牛顿第一定律的内涵。那么，请同学们自己归纳出牛顿第一定律的相关内容。

学生归纳（教师辅助和引导）：

（1）牛顿第一定律的文字表述：任何物体在不受外力作用的情况下，总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变为止。

（2）牛顿第一定律成立的条件：不受外力作用（或所受的合外力为零）。

（3）物体存在的两种基本状态：匀速直线运动状态或静止状态。

（4）牛顿第一定律的核心内涵：力是改变物体运动状态的原因。

三、运用——巩固教学成效促进剂

要让新知真正让学生掌握，还要通过对“牛顿第一定律”在生产生活中的运用及问题处理方面的情况才能得以检验。为此，在课堂中可以设计适量而且抓住本节教学核心的重点内容进行考查，本节教学中笔者设计的问题是：

1.一个用细线悬挂在天花板下的小球，当细线突然断开时，小球的状态将如何变化?

2.对牛顿第一定律的文字表述中，你认为正确的是（）

A.牛顿第一定律可以直接用实验来验证，所以牛顿第一定律是正确的。

B.牛顿第一定律理想实验下的结果，所以现实生活中不能肯定它是正确的。

C.牛顿第一定律的实验虽无法直接验证，但通过建立在一定事实基础上，科学推理得其规律。

D.牛顿第一定律的实验现在无法直接验证，但随着科技的进步，最终可以用实验进行验证。

课后提炼小结：1.牛顿力学又称为经典力学，这一体系的建立并不是牛顿一己之力，而是在长期的历史长河中，经过无数名科学家持续不断的研究所得出的成果；2.我们在学习知识的同时，也要学习大师们的科学思想和勇于实践的精神，课后还请同学们通过各种渠道，查阅牛顿力学的相关资料，了解其建立过程（以拓展学生的知识面）。

四、反思——提升教学的助力器

在进行了“先学后教”的教学设计与课堂教学后，反思本节课的教学过程与成效，突出效果与不足之处主要体现在：

1.本节课的设计思想。先利用简单而具体实验展示，营造一种情境，从而激发学生的控知欲；然后，通过“递进式的问题”讨论，引导学生进行分析思考；第三，开展同学合作小组间的探究与讨论，加上实验操作，让同学真真切切地感受到物理规律的发现过程；最后，通过适当的练习，一是检查学生对知识的掌握情况，二是培养学生用所学知识来解决实际问题的能力，使学生的能力得到进一步的提高。

2.本节课采用了“先学后教”的教学方式，实现了由“教教材”到“用教材”的突破。在课堂上的具体教学中，采用问题探究、演示实验和实验探究等不同方式，来研究阻力对物体运动的影响，从而推导出没有阻力时的正确结论。这种引导学生结合生活实际的推理想象，培养了学生的探索精神和创新意识，更有利于学生对牛顿第一定律的理解和掌握。

3.本节课突出了物理学科方法的在教学中的运用，一是在探究摩擦阻力对物体运动的影响时，以问题的方式提示学生对变量进行控制；二是在得出正确的结果过程中充分运用了“理想模型”的科学方法，也适时渗透了“抓主要矛盾”的物理思想，并且在通过对实验数据的分析得出一般性结论的基础上，引导学生进行科学的推理，完成对牛顿第一定律的认知过程。

4.不足之处主要是整节课由于前期对问题的讨论时间安排稍长，影响到了后面的实验教学，显得探究过程较紧。

总体来讲，“先学后教”这种教学方式的运用，能够充分调动学生的学习主动性，“先学”让学生在课前就对所学内容有了较深入的了解，为课堂上的“后教”打下了很好的基础，从而使得课堂教学中可以用更多的时间去讨论和探究，让问题更加明确和清晰，是一种值得推广的教学方式。

（责任编辑：詹国荣）