初高中物理教材对牛顿第一定律的编写对比分析

王晓迪，曾双维

（贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州贵阳 550000）

牛顿第一定律在初高中的教材中都有呈现，足以证明该节内容的重要性，该节内容知识呈现出一种螺旋式上升的特点，学生经过初中阶段的学习，能知道大部分知识并能够准确无误地表达出来，因此高中阶段在进行牛顿第一定律的教学时，需要明确初高中阶段教材对“牛顿第一定律”的内容设计有什么区别与联系、侧重点是什么、初高中学生认知发展情况有何异同，各个阶段教师在教学中需要注意哪些教学问题，正确把握教学的度，让初中学生学得明白，高中学生学得有深度。

一、牛顿第一定律的建立线索

（一）初中教材：以“阻力”为线索建立牛顿第一定律

以人教版教材为例，牛顿第一定律出现在八年级下册第八章第一节，如图1，教材一开始通过生活中滑板车的例子提出物体运动需要力，板车停下的原因是受到阻力，然后从两个纬度：“运动需要力来维持”“运动不需要力来维持”提出阻力对物体运动的影响实验，通过对斜面木板实验外推水平木板越来越光滑时物体运动情况进而得到牛顿第一定律的内容，可以发现，初中关于牛顿第一定律的建立以阻力为线索，然后采用实验外推进而建立“牛顿第一定律”的概念。

图1 初中教材以"阻力"为线索

（二）高中教材：以“历史”为线索建立牛顿第一定律

以人教版2019 版教材为例，教材设计了“问题”栏目，以问题导入新课，让学生在初中所学基础上回答牛顿第一定律揭示了物体运动状态遵循怎样的规律，然后从“历史”发展出发，如图2，介绍了亚里士多德关于力与运动关系的观点，提出力是维持物体运动状态的原因，紧接着介绍伽利略通过理想实验推翻亚里士多德观点，最后由笛卡尔进行补充、牛顿总结得到牛顿第一定律的内容。高中教材从亚里士多德到伽利略再到笛卡尔和牛顿，先后叙述了四位科学家关于力与运动关系的思考与观点，通过回顾科学家对力与运动关系的探索过程，以历史为线索讲述了科学家对牛顿第一定律的发现过程，以时间为主线得到牛顿第一定律的概念。

图2 高中教材以"历史"为线索

初高中教材关于牛顿第一定律的建立过程线索不同，初中从生活出发以阻力为线索最终得到牛顿第一定律的内容，而高中则选择以历史为线索根据时间轴得到牛顿第一定律的内容。相同的是，两种方式均得到“力不是维持物体运动状态的原因”的结论以及牛顿第一定律内容。

二、牛顿第一定律的表述

初中物理教材对牛顿第一定律的陈述为：“一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。”如图3，该表述强调力不是维持物体运动状态的原因。高中物理教材对牛顿第一定律的陈述为：“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。”如图4，强调力是改变物体运动状态的原因。

图3 初中教材牛顿第一定律表述

图4 高中教材牛顿第一定律表述

对比发现，初中牛顿第一定律的表述虽然不能体现力是改变物体运动状态的原因，但是便于初中学生理解；高中的表述揭示了力是改变物体运动状态的原因，更有深度，高中学生认知方面有所提高，理解起来也容易。

三、牛顿第一定律内容编写的侧重点

（一）初中教材：侧重于“惯性”

初中物理教材中在给出了牛顿第一定律内容之后，重点介绍了惯性，详细介绍了惯性的概念、性质、影响因素、生活中常见的惯性现象解释，关于惯性部分的内容篇幅明显大于牛顿第一定律的建立过程，如图5，也就是说，初中牛顿第一定律这节课的侧重点是惯性。

图5 初中教材"惯性"

（二）高中教材：侧重于“牛顿第一定律的发现过程”

高中教材采用较大篇幅叙述科学家对于牛顿第一定律的发现，尤其详细介绍了伽利略的理想实验过程，如图6，以“理想实验的魅力”为主题，介绍了伽利略对力与运动的认识，它如何设计理想实验以及理想实验中涉及的科学研究方法。而对于惯性知识的讲解仅强调了质量是描述物体惯性的物理量，并在扩展学习中介绍了惯性系。由此可以看出，高中侧重牛顿第一定律的发现过程，强调科学家对力与运动关系的研究思维。

图6 高中教材"理想实验的魅力"

所以，初中牛顿第一定律这节课上，惯性的知识是侧重点，也就是本节课的教学重点，高中教材中牛顿第一定律的发现过程是侧重点，科学家研究力与运动关系中的思维是本节课教学重点。

四、学生心理认知发展对教材编写的影响

（一）初中学生认知主要来源于亲身经历及对具体事物的认识

根据皮亚杰认知发展阶段理论，中学阶段学生认知发展处于从具体思维到抽象思维的过渡阶段，所以初高中学生认知发展规律有所不同。初中学生对知识的吸收学习主要来源于对具体事物的认识或者亲身经历的感受。初中教材中关于牛顿第一定律的建立，从生活中滑板车实例引出阻力，进而从阻力出发利用木板设计不同接触面上物体运动情况来探究阻力对运动的影响，从引入到实验设计均来源于生活，从学生亲身经历和学生直接可感知的具体事物出发，符合学生认知发展情况。同时，通过前面的分析知道初中阶段侧重于“惯性”，惯性是生活中常见的现象，学生在生活中经常体会到刹车、公交车转弯等常见惯性现象，都是具体的事物和学生的亲身感受，符合初中教材对“惯性”知识的侧重安排，整个教材安排遵循“从生活走向物理，从物理走向生活”的基本理念。

（二）高中学生认知来源于学生对具体概念、规律的思维过程，强调学生的思维方式与能力的培养

高中阶段，学生需要学习的是具体的概念、规律等抽象知识。高中教材以科学家的发现历史为线索建立牛顿第一定律，学生通过认识科学家在当时对力与运动的思考，体会科学家的思维过程，并侧重于伽利略理想实验的介绍，这些都是抽象的，不再是生活中的具体事物，需要学生有一定的抽象思维能力去感受、想象、认识规律的产生过程，体现了高中物理学科核心素养中科学思维、科学探究能力的培养，所以高中阶段教材关于牛顿第一定律的建立线索与侧重点是符合高中学生认知发展规律的。

五、总结与建议

基于以上对初高中物理教材中牛顿第一定律的编排以及初高中学生认知发展情况分析，初高中物理教材关于牛顿第一定律的编写有明显的区别：初中以“阻力”为线索展开，高中以“历史人物”为线索展开；初中侧重于“惯性”，高中侧重于“理想实验”；此外，初中学生获取知识来源于具体事物或亲身经历，高中学生获取知识需要更高的抽象思维能力，所以教师在面对不同阶段的学生时，应当采取合适的方式进行教学，以促进教学目标的达成，基于以上分析，对初高中教师在进行牛顿第一定律的教学提出如下建议。

1.初中阶段：不建议在课堂上进行伽利略的理想实验，而应当抓住阻力为线索，进行阻力对运动的影响实验，得到牛顿第一定律。教师需注意本节课的侧重点是“惯性”，教学中要留有足够的时间并准备充分的生活实例；在教学过程中注意结合学生生活实际进行教学，从学生生活出发，符合学生认知。

2.高中阶段：不建议将初中阻力影响运动的实验搬到高中课堂中进行，而是着重于伽利略理想实验的介绍，体现高中阶段的教学深度。教学中侧重于伽利略的理想实验及对牛顿第一定律的本质分析，强调引导学生感受科学家的科学思维，尤其是伽利略“理想实验”的美妙之处，注重学生科学思维、科学探究能力的培养；关于惯性的知识，初中阶段学生已经熟练掌握，简单说明介绍即可。