牛頓第一定律的教學經驗及認識

張 潔

牛頓第一定律是力學中的基本定律,要使學生真正理解掌握該定律并不容易,因為該定律是在實驗基礎上,憑借想象運用推理總結概括得出的學生學習牛頓第一定律的困難在于從生活經驗中得到一種被現(xiàn)象掩蓋本質的錯誤觀念,認為物體的運動是力作用的結果正因為如此,我們要對牛頓第一定律的教學進行深層次的理性思考.

下面談談我在初中物理教學中關于牛頓第一定律的教學經驗及認識.

一、做好演示實驗,注重想象推理.

1做好演示實驗是關鍵.

通過演示實驗,既能為學生提供生動具體的感性形象,又能培養(yǎng)學生的實驗觀察能力及實事求是的科學態(tài)度該演示實驗是讓同一小車從同一高度沿斜面滑下,分別滑到鋪有毛巾、棉布和光滑木板的平面上,做該實驗之前,應讓學生思考兩個問題:一是為什么要用同一小車從同一高度沿斜面滑下?二是毛巾、棉布、木板這些不同表面對同一小車的摩擦阻力有何影響?并指明讓學生觀察的內容,這樣學生對該實驗的目的、方法及注意的問題就會十分清楚,也就能把握關鍵抓住要害,結合實驗,學生就會興趣盎然,形象深刻,記憶牢固,思維活躍,取得實效.

2注重想象推理是橋梁.

學生通過演示實驗直接得到的只是具體的感性認識,要上升為理性認識,還需要教師的啟發(fā)引導,通過學生的想象、思維加以推理來實現(xiàn),從而使學生的思維能力得到培養(yǎng)實驗結果是表面越光滑,小車速度改變的就越緩慢,它運動的距離就越長,教師在這直接經驗的基礎上,層層深入,提出問題,引導學生思考解決若表面逐漸光滑,直到沒有摩擦時,小車速度的改變及前進的距離將如何?學生會很順利地得出,若表面絕對光滑,阻力為零時,小車將以恒定不變的速度永遠運動下去,這就是伽利略的觀點教師再進一步提問,小車不受阻力,速度大小不變,方向會改變嗎?學生也會肯定方向不變,這也就是法國科學家笛卡兒對伽利略結論的補充發(fā)展牛頓在前人研究成果的基礎上,對運動的物體不受外力以及靜止的物體不受外力這兩種情況作了總結概括,得出牛頓第一定律,這樣的過程就是引導學生想象推理的過程然后說明該定律是在大量事實的基礎上經過實驗,并接受實踐的檢驗對定律中“沒有受到外力作用”的實際含義作何理解給予解釋,實現(xiàn)難點的突破這樣的教學程序,我認為具有如下幾個方面的作用首先,符合學生的認識規(guī)律,以直接經驗為基礎,階梯上升、逐漸深化,使認識從感性上升到理性,體現(xiàn)了對學生思維能力的培養(yǎng)其次,真實地反映了知識產生發(fā)展的歷史過程,人類對知識的創(chuàng)造和發(fā)展,都需要付長期的艱辛勞動,從而培養(yǎng)學生進行創(chuàng)造發(fā)明遠大理想和堅定不移的意志品質其三,培養(yǎng)了學生“真理來源于實踐,實踐是檢驗真理唯一的標準”的辯證唯物主義思想其四,突出地體現(xiàn)了解決物理問題的思路和方法物理學中很多的概念和規(guī)律都是在對物理事實的分析概括中得出的學會這種方法將受益終身.

二、必須破除教師和學生頭腦中的前科學概念的錯誤影響.

1前科學概念是初中生學習牛頓第一定律產生錯誤認識的根源.

實際教學中要提高牛頓第一定律的教學效果,必須深入到學生的認知結構中去考察學生產生錯誤認識的根源,而認知心理學的理論告訴我們,學生學習物理概念、規(guī)律時所形成的錯誤,常常是受其頭腦中的前科學概念的影響所謂前科學概念,是指兒童在學習物理課程以前的實際生活中,對各種物理現(xiàn)象和過程在頭腦中反復建構所形成的系統(tǒng)的但并非科學的觀念比如牛頓第一定律就是如此在物理教學中,那種認為只需要“正面”傳授知識,學生就能接受,實踐證明是不切實際的因為在有些學生的經驗中,早已有了“力是維持物體運動原因”的觀念這樣,當他們學習了牛頓第一定律之后,就可能把定律納入到自己原有的認知結構中,牛頓第一定律實際上成了“力是維持物體運動原因”的代名詞.

2在進行牛頓第一定律的教學時必須破除教師和學生頭腦中的前科學概念.

牛頓第一定律不僅在物理學本身上占有重要地位,而且在物理教學中也具有很好的教育價值在教學中,引導學生樹立實踐的信念是檢驗真理的唯一標準,同時還必須破除教師和學生頭腦中的前科學概念實際教學中不少初中物理教師頭腦中還具有牛頓第一定律的前科學概念,很難想象出這些教師所教授出的學生頭腦中的前科學概念能夠破除所以,破除教師自己頭腦中前科學概念是牛頓第一定律教學的前提在牛頓第一定律教學中,學生頭腦中存在著前科學概念,教師必須促使學生頭腦中前科學概念的轉變,在他們的頭腦中引發(fā)認知沖突和危機,使他們頭腦中原有的觀念與當前面臨的現(xiàn)實產生無法調和的矛盾,促使原結構的解體和新結構的建構這種過程可以說是在學生頭腦中引發(fā)了一場科學革命比如,除以上兩個例子外,還可向學生布置如下一個問題勻速向前行駛的汽車玻璃窗前后各有一只蜜蜂兩只蜜蜂同時以相同的速度向前后窗飛去,問前窗蜜蜂先飛到后窗,還是后窗蜜蜂先飛到前窗?如果學生正確回答了這個問題,說明學生頭腦中該問題上的前科學概念已經破除否則,則認為仍然沒有破除克服舊圖式(亞里士多德的觀點)的慣性,用新圖式(牛頓第一定律)取代舊圖式是一個非常艱難的過程除非用舊圖式不能解釋問題,學生才會在頭腦中發(fā)生認知沖突,才會建立新圖式.

總而言之,在牛頓第一定律的教學中,作為物理教師要深入挖掘教材,發(fā)揮教學的綜合效益,取得最佳教學效果最后需要說明的是牛頓力學的建立不是牛頓一個人的功勞,而是許多科學家努力研究的最終結果,人們對物體的運動規(guī)律的認識是經歷了漫長的時間物體在不受力時的運動規(guī)律,它是經過亞里士多德對人們近兩千年的思想束縛,伽利略的科學推理,才最終由牛頓總結出來的.