基于“简明悟理”教育思想下的一堂悟理课——以“牛顿第一定律”为例

杨凌霄

贵州省黔西南州兴义一中，贵州 黔西南 562400

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》将学生核心素养具体体现在物理学科中，包含了“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。笔者提出了“简明悟理”（简称“简悟”）教育思想，用认知过程的“简”带来学生认知结果的“悟”。在“简明悟理”教育思想的基础上，提出了“简明悟理”的教学方法，通过“四悟”发展学生的物理学科核心素养：悟出物体的道理，所谓收获知识，即掌握物理概念、原理、规律等，体现了高中物理学科核心素养的要求之“物理观念”；悟出思维的道理，所谓提炼思想，即提炼学科思想、思维方法等，体现了高中物理学科核心素养的要求之“科学思维”；悟出研究的道理，即掌握研究、探究方法等，体现了高中物理学科核心素养的要求之“科学探究”；悟出人生的道理，所谓感悟大道，即领悟道德、道义、品质、精神等，体现了“科学态度与责任”的学科核心素养。

在物理教学中，不论你用了什么方法，经历什么过程，最终的目标是要让学生“悟理”，即悟出物体的道理、悟出思维的道理、悟出研究的道理、悟出人生的道理。怎样在课堂教学中演绎出“四悟”，以培育学生的学科核心素养呢？现以高一物理必修1“牛顿第一定律”为例进行论述。

1 教学设计中“悟理”

【课 题】牛顿第一定律

【教学内容分析】

牛顿运动定律是经典力学的基本定律，构成了经典力学的核心。牛顿第一定律又是牛顿运动定律的基石，力学的第一原理。它改正了亚里士多德长达两千多年的错误，改变了人类的世界观和自然观，同时也是正确理解和掌握牛顿第二定律、牛顿第三定律乃至整个动力学知识的基础和关键。牛顿第一定律深刻揭示了运动和力的关系：力不是维持速度的原因，而是改变物体运动状态的原因。与此同时，它本身还包含着力、惯性等这些物理学典型的科学概念，成为物理学理论的支柱和基石。

伽利略对力与运动关系的研究蕴含重要的科学方法，教材中对伽利略的“理想实验”，叙述清楚明了，学生能自学得懂，所以不作为课堂学习的重点，让学生课前学习，要求知道理想实验的实验基础、推理过程和对推断结果的分析。

【学生分析】

本节内容在初中阶段学生的认识只是停留在认识的层次上，如知道亚里士多德的观点是错的，通过实验得出了牛顿第一定律。在高中阶段的学习中，除了要保持新鲜感，还需提升思维层次，注意知识的深究和科学的研究方法、科学态度责任的教育，让学生对牛顿第一定律及惯性有更深入的理解。应该发现学生在理解上存在的问题、深化对牛顿第一定律的理解，纠正一些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识，进一步培养和激发学生学习物理知识的兴趣。如教学时注重围绕定律的产生过程，挖掘物理思想和思维方法，将物理学史中关于定律产生过程的几个关键方面展示给学生，让学生作为相应历史时期的“探究者”参与讨论。

【教学目标】

（一）物理观念

体验牛顿第一定律得出的历史进程，建构物体不受力时的物理图景，能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有较为深入地理解，掌握惯性概念和惯性大小的量度。

（二）科学思维

体会由易到难、理想化、静者恒静、动者恒动的学科思想、思维方法，形成结论，使课堂插上思想的翅膀。

（三）科学探究

亲历科学探究过程，提炼研究方法。

（四）科学态度与责任

1.体会物理学家自身的创造思维品质和坚持真理、不迷信权威的科学态度及献身精神。

2.经过由表及里，由片面到全面，由易到难的长时间的认识过程，养成科学的态度，获得科学的方法。

3.了解到物理学中所体现出来的简洁之美。

【重难点】

重点：正确理解牛顿第一定律，感悟出由易到难、理想化、静者恒静、动者恒动的学科思想、思维方法、研究方法。

难点：力不是维持速度的原因，而是改变速度的原因。

【教学用具】

多媒体，教育云平台，两个乒乓球（一个空，一个注满水），气垫导轨和两个滑块，卫生纸盒，卷筒卫生纸，两个纸杯，桔子。

【教学过程】

（一）引入新课

1.在铁架台上挂两个乒乓球，一个注满水，一个空的。让一个学生同时吹乒乓球，鼓励他将乒乓球吹的幅度越大越好。

教师:为什么同样施加了力，但两个乒乓球的运动状态却不同呢？力和运动到底是什么关系呢？我们带着这个问题进入学习。

2.思维体操。

做“单手撕纸”的小游戏：将卫生纸装入卫生纸盒，要求学生单手撕下一部分纸来，比较谁的办法最快、最容易。

师：什么原因？带着这个问题进入今天的学习。

3.回顾知识。

师：回忆高一必修1的前三章内容。

生：……

师：前两章学习的都是“运动”，第三章学习的是“相互作用”，接下来将学习“力和运动之间的关系”，即第四章“牛顿运动定律”。

师：前两章我们是在“判天地之美”，接下来我们要做的就是“析万物之理”，这就叫“判天地之美，析万物之理”。

（二）新课教学

1.讨论：思考几个问题。

（1）研究一个物体的运动与力的关系简单，还是研究多个物体的运动与力的关系简单？

（2）确定研究对象之后，研究对象是受力情况下的运动简单，还是不受力情况下的运动简单？

（3）按照由简单到复杂的顺序排列：两个物体之间相互作用；一个物体受力运动；一个物体不受力运动。

请一个学生利用气垫导轨及两个滑块做演示实验，同时通过教育云平台将实验过程投影到屏幕上，让学生通过实验现象讨论出结果：

按照从易到难排列：一个物体不受力—一个物体受力—两个物体相互作用。

师：一个物体不受力就是牛顿第一定律研究的内容，一个物体受力就是牛顿第二定律研究的内容，两个物体之间相互作用就是牛顿第三定律研究的内容。它们内在的逻辑关系是从易到难，所以这章我们就按照这个顺序来学习。

2.牛顿第一定律推理。

师：将自己当作研究对象并简化成一个质点，想象如果不受力会怎样？

通过学生互动总结出：物体不受力的时候保持原来的运动状态不改变，当物体受力以后会改变原来的运动状态，即静者恒静，动者恒动。通过神州7号航天员出舱的视频和气垫导轨实验进一步巩固这八个字。

3.历史的回顾。

师：科学家介绍，亚里士多德—伽利略—笛卡儿—牛顿。

亚里士多德由经验得出：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来。即力是维持物体运动的原因。

伽利略由理想斜面实验外推得出：物体一旦具有某一速度，没有外界作用物体会以某一速度一直运动下去。运动的物体之所以停下，是物体受到摩擦阻力之缘故。即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

笛卡儿补充和完善：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。

牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出有关运动的三条定律。

牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

这就是后人所说的牛顿第一定律。

师：理解牛顿第一定律。

①一切物体——无一例外，普适；

②总——反映物体本身的固有属性；

③或——指出了静止与匀速直线运动的等同性，它们都是物体不受外力时的运动状态；

④物体具有保持原来运动状态的性质，直到有外力改变它（具有惯性）；

⑤揭示了运动和力的定性关系：力不是维持速度的原因，而是改变速度的原因。

4.惯性。

师：什么是“惯性”？

生：保持原有运动状态的性质。

师：一切物体不管是否受力，也不管怎样运动，都具有惯性，惯性是物体的固有属性。

让学生用纸杯和桔子做游戏总结出：物体质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。物体惯性大小与物体运动状态无关。

让学生解释惯性现象（解释单手撕纸及吹乒乓球现象），总结解释惯性现象的逻辑关系：原来物体处于什么状态—现在发生了什么样的改变—由于惯性又怎样了。

拓展：

“力是改变物体运动状态的原因”“质量是惯性大小的唯一量度”。这两个结论，我们的祖先在两千多年前就提出了。如《墨经》中给力下的定义：“力，形之所以奋也”，形——物体，奋——由静到动、动而愈快、由动到静等，即运动状态的改变。整文的意思为“力是使物体运动状态改变的原因”；东汉王充所著《论衡》中提出：“车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾”。

（三）课堂小结

师生：归根到底就八个字“静者恒静，动者恒动”。

（四）布置作业

1.认真阅读“科学漫步”，思考：以加速或减速运动的车厢为参考系，牛顿第一定律是否成立？

2.“道路交通安全法”为什么要规定“在小型车辆前排乘坐的乘客必须系好安全带”？将“开车请系好安全带”严肃告知家长。完成对应的练习。

3.同学们试着自己学做蛋炒饭时，你两手分别拿着一只鸡蛋，用右手的鸡蛋去碰静止在你左手中的鸡蛋，结果将会如何？如果只破了一只鸡蛋，你认为先破的蛋是左手的还是右手的？回去试试，给家人炒一个蛋炒饭表达你对家人的关爱。

2 案例评析中“悟理”

本节课的目标是演绎“简明悟理”教学法中培育和发展学生物理学科核心素养的具体方法，让学生的核心素养在物理学科中落地生根，使物理学科的核心素养从抽象的概念变得简明扼要，看得见、摸得着、可操作。重点目标是演绎出“简明悟理”教育思想的核心“四悟”：悟出物体的道理，悟出思维的道理，悟出研究的道理，悟出人生的道理。下面就针对这“四悟”谈谈在这节课是怎样“悟理”的。

2.1 悟出物体的道理

本节课紧紧围绕核心知识，让学生“体验牛顿第一定律得出的历史进程，能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有较为深入的理解，理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度，并能用惯性知识解释自然现象和解决实际问题”，教学中学生能够建构起“不受力”的物理图景，教师能适时抓住学生的生成性知识进行拓展，让学生体验到成功的乐趣，从而使运动与相互作用观念在学生头脑中得到提炼与升华。

2.2 悟出思维的道理

本节课设置的重点是“上一堂有思想的物理课，使课堂插上思想的翅膀”，所以设计时强调了“牛顿第一定律”的研究过程，贯穿了由易到难思想、理想化思想、静者恒静、动者恒动的学科思想、思维方法。让学生形成科学思维习惯、领悟学科思想、体会思维过程，让学生从现实到理想，插上想象的翅膀，经历了从感性—理性—总结—理解的过程。

2.3 悟出研究的道理

人类认识“运动和力的关系”经历了“事实—推论—推论—推论”的探索过程。“牛顿第一定律”的研究过程中就贯穿了由易到难、理想化的研究方法。所做的吹乒乓球、单手撕纸、气垫导轨、纸杯装桔子等一系列实验探究，悬疑后解惑，经过由表及里、由片面到全面、由易到难的长时间的认识过程，使学生亲历科学探究过程，获得科学研究方法，养成科学的态度。

2.4 悟出人生的道理

牛顿第一定律推理过程中的悟：在牛顿第一定律推理过程中假想了一个情境，将自己当作研究对象并简化成一个质点，想象如果不受力会怎样？通过学生互动总结出“物体不受力的时候保持原来的运动状态不改变，当物体受力以后会改变原来的运动状态，即静者恒静，动者恒动”。通过视频和实验进一步巩固这八个字。此处的悟，让学生从现实到理想，插上想象的翅膀，体味从生活走向物理；再从理想到现实，体现从物理走向生活。

历史回顾中的悟：历史的回顾中，每位科学家的PPT上，除了有相关内容外，还有这位科学家的名言。此处的悟，让学生体会物理学家自身的创造思维品质和坚持真理、不迷信权威的科学态度及献身精神，以形成正确的世界观、人生观和价值观。

拓展延伸中的悟：通过中国古代对力的定义和惯性的理解（《墨经》中给力下的定义：“力，形之所以奋也”；东汉王充所著《论衡》中提出：“车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾”），通过博大精深的中华文化对学生进行中国梦的教育，此处的悟，即感悟大道，这就是教学生成，这是一节课的升华。

作业中的悟：第二题（“开车请系好安全带”），可以让学生感受珍爱生命、遵守法律、尊重科学、人人有责；此处的悟，体现了从物理走向生活——透过物理看人生：人生悟理。

本节课经历了从感性—理性—总结—理解的过程，让学生体会物理学研究问题的方法，悟出物体的道理，悟出思维的道理，悟出研究的道理，悟出人生的道理。

3 结语中“悟理”

“悟”者，明白也，觉醒也。“领悟”“觉悟”“醒悟”“悟出”“悟性”等词语，皆由此衍生而来。事实证明，一旦用“悟理”来引领教师备课、上课和引导学生学习，对于其悟性的养成和灵性的引发，对于教师备课水平的提升和学生学习能力的提升，都是大有裨益的。