強化牛頓第一定律教學的障礙與對策

包棟柱

摘要：在高中物理教學中，牛頓第一定律常常得不到應有的重視，本文就忽視牛頓第一定律教學的原因、危害以及如何強化牛頓第一定律的教學進行了全面的探索。

關鍵詞：牛頓第一定律;物體運動狀態(tài);慣性;物理思想;障礙;對策

中圖分類號：G427文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1992-7711（2014）23-039-2

一、強化牛頓第一定律教學的障礙

障礙之一：“力是維持物體運動的原因”這一觀點符合人們的日常經驗。如停著的車不推它，它就不會動，停止推它它就會停下來;踢出去的球，踢一下滾一下，再踢一下再滾一下，不踢它就會停下來等等。公元前四世紀的希臘哲學家亞里士多德認為：必須不斷地給一個物體以外力，才能使它產生不斷地運動。失去了力的作用，它就會立刻停止。這種觀點統(tǒng)治了人們兩千年，直到十七世紀的伽利略理想斜面實驗被人們廣泛認識?！傲κ蔷S持物體運動的原因”觀點符合人們的日常經驗，而人們對物理的認識和學習又是從日常生活的觀察和思索開始的，不可能從嬰兒睜開眼睛就告訴它力和運動的正確關系。如此說來，“力是維持物體運動的原因”的思想根深蒂固就可以理解了。

障礙之二：教師觀點錯誤導致牛頓第一定律的教與學不到位。顧建中教授的《力學教程》中的一道思考題，大意是“有人說：牛頓第二定律中如果合外力為零，則加速度為零，此時第二定律回歸到第一定律，所以第二定律包含了第一定律，第一定律沒有存在的必要。這種說法對嗎？為什么”。有些教師認為是對的，也有些教師認為是錯的，但對錯誤的原因認識不清，即使學生有了這樣的想法無法去幫助糾正。既然牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例，那么學好牛頓第二定律就夠了。有了這種想法，牛頓第一定律的教與學就不可能到位了。

障礙之三：應試教育的結果。在高中物理試題中牛頓第二定律的應用頻率要遠遠高于牛頓第一定律。牛頓第二定律是一個實驗規(guī)律，新授的講解和學生的接受的難度都遠遠低于牛頓第一定律，牛頓第二定律的應用過程中也能給學生提供操作性很強的步驟。而牛頓第一定律的教學就困難多了，而且高中物理習題中出現的幾率也較低。即使出現，學生往往可以通過記住有關結論來得到正確的答案。

二、強化牛頓第一定律教學的對策

對策之一：充分認識不重視牛頓第一定律教學的危害。

輕視牛頓第一定律教學與新課改的目標相違背。高中物理新課改明確提出了高中物理教育的三維目標：知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀。學習不僅是學習知識的過程，更重要的是生命情感的體驗過程。傳統(tǒng)教育把知識被放在至高無上的地位，任何人都只能去接受它，不能對它有任何的懷疑，這就使得教育是一種被動的接受知識，并被動的規(guī)則的去運用知識來解決實際生活當中的問題。在牛頓第一定律教學中，不去引導學生實踐、思考、體驗，讓學生在探索中認識理解定律的內涵，而是讓學生被動地接受定律的內容，甚至為了解題而記住相關結論。這不僅違背新課改的三維目標，即使是傳統(tǒng)教育也是不允許的。

不重視牛頓第一定律教學未必能達到應試所需要的效果。前面提到一些學生通過記住牛頓第一定律的相關結論而得到了正確答案，但學生正確的物理思想并沒有形成，“力是維持物體運動的原因”的觀念肯定會影響他的判斷。而且隨著時間的推移，問題的復雜，這種影響的負面效應將更加明顯。

因此，無論是新課改的要求，還是應試的目的，輕視牛頓第一定律教學都是不可取的。

對策之二：認真學習相關知識，教師自己成為牛頓第一定律的接受者和捍衛(wèi)者。

首先，要了解建立牛頓第一定律的相關歷史知識。讓學生了解亞里士多德、伽利略、牛頓等物理學家在牛頓第一定律建立過程所擔任的角色和作出的貢獻。

其次，要充分理解相關概念，為解釋教學過程中可能出現的問題做好充分準備。

先來回顧一下牛頓第一定律的內容：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

“一切物體”：有不少教師將“一切物體”解釋成是氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等情形，這種說法是不對的。一切物體是指地下與天上物體，天上物體和地下物體遵守著同樣的規(guī)律，它們之間沒有任何質的區(qū)別。牛頓第一定律中所包含的這幾個字是對哥白尼所闡述的新天文學理論的絕對支持，我們也看到這一結果的得來花了多大的代價——布魯諾為此被燒死在火刑柱上。

“慣性”：牛頓在自然哲學著作中關于慣性定義還作了這樣的敘述：慣性是每個物體按其一定的量而存在于其中的一種抵抗能力，所以物體的慣性總是以保持“原狀”和“反抗”改變兩種形式表現出來。（1）當物體不受外力或合外力為零時，慣性表現為保持原來運動狀態(tài)不變，即靜止或勻速直線運動狀態(tài)。（2）當物體受到外力作用時，慣性表現為反抗運動狀態(tài)改變，企圖保持原來的運動狀態(tài)不變。物體的質量越大這種反抗作用越明顯。同樣拉動一個小孩比拉動一個大人要容易的多，是因為大人質量大，慣性大，反抗改變他的運動狀態(tài)效果更明顯。

通過上述兩方面去認識物體的慣性，顯然物體的慣性與物體是否受力，是否運動，以及做怎樣的運動無關。慣性是一切物體的固有屬性，不能克服，也不會消失。也就是說一切物體都有慣性，慣性是物體固有的，只要這干物體存在，它就有慣性，它的大小與物體的質量有關。

“物體運動狀態(tài)的改變”：既包括物體速度的大小的改變，又包括物體速度的方向的改變，還包括速度的大小和方向同時發(fā)生改變。要把“改變物體的運動狀態(tài)”與“使物體停下來”區(qū)別開來，“使物體停下來”是“改變物體運動狀態(tài)”的一種情況。認識到這一點，本文開始一道選擇題的C選項“汽車的速度越大，越難停下，則物體的速度越大慣性越大”的判斷就不成問題了。

另外，還要弄懂牛頓第一定律和牛頓第二定律的關系。

牛頓第一定律描述了物體不受外力作用，或者所受的合外力為零時，物體將保持原來的運動狀態(tài)—勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。應該指出的是，從力學發(fā)展歷史看，從理論的完備性看，第一定律是一個獨立的定律，它不僅說明了物體不受外力（或合外力為零）時的運動規(guī)律，還給出了力和慣性的涵義。因此，不能把牛頓第一定律看成是第二定律的一個特例，更不能用第二定律代替或概括。我們可以這樣來描述兩者之間的關系，牛頓第一定律指出：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。那么外力和物體運動狀態(tài)改變之間到底有著怎樣的關系呢？這個問題可以由牛頓第二定律來回答。由此可見，牛頓第一定律是牛頓第二定律產生的前提，牛頓第二定律是牛頓第一定律研究的延伸。

對策之三：認真設計教學，促進學生物理思想形成。

設計要點一：重視科學方法與科學精神教育。牛頓第一定律不僅在物理學上占有重要地位，而且在物理教學中也具有很好的教育價值。在教學中，不僅應當注重定律本身內容的教學，而且要強調定律得出所運用的科學方法（包括理論實驗的方法和科學推理方法），還要結合定律的教學，潛移默化地對學生進行科學精神教育。“力是維持物體運動的原因”的觀點所以能延續(xù)兩千多年，正是由于人們過分相信了“直覺”而沒拿起“實驗”這一科學研究的武器。愛因斯坦對伽利略的工作給予很高的評價：“伽利略的發(fā)現以及他所應用的科學的推理方法是人類思思史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端”。引導學生樹立起科學的懷疑精神，樹立實踐是檢驗真理的唯一標準的信念。這樣融知識、方法和精神于一體的教學，才能體現牛頓第一定律教學的全部內涵。

設計要點二：方法多樣，時間充足。無論是破除“力是維持物體運動的原因”的錯誤思想，建立“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”的正確思想，還是理解牛頓第一定律的內容，尤其是慣性的概念，都不是一件容易的事。在教學過程中可運用討論法、實驗探究法、理論推導法、情境教學法等方法，讓學生在充分參與、觀察、思考和體驗中，促使認知結構的解體和新認知結構的建構。

設計要點三：不斷強化，持之以恒。破除一個統(tǒng)治人們思想兩千多年而又符合人們日常經驗的觀點，建立一個新的觀點是很困難的，這個過程是相當緩慢。這需要在教學過程中不斷強化，持之以恒，包括習題的命制和講評。另外，在考試中也可經常用新的情境問題考查學生對于牛頓第一定律的掌握程度。

美國心理學教授加德納的多元智能理論認為人的智能是多元的，數學邏輯智能是其中之一。物理這門科目，不僅是一系列公式和一系列計算的疊加，物理概念間的邏輯關系也是非常豐富，牛頓第一定律更是如此。忽視了牛頓第一定律的教學，也就放棄了運用牛頓第一定律的教學培養(yǎng)學生數學邏輯智能的機會，對學生們的物理學習不能不說是個巨大的損失。在物理教學中每一位教師都有責任排除障礙，想方設法，強化牛頓第一定律的教學。

[參考文獻]

[1]李忠.牛頓第一定律在經典力學理論系統(tǒng)中的重要地位——兼論重視牛頓第一定律的概念教學.物理教師，1995（04）.

[2]王詩鋒.幾位科學家對牛頓第一定律的貢獻.中學物理教學參考，2009（05）.