物理學(xué)史在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

陳文鑫

摘 要：物理學(xué)史在物理教學(xué)中的滲透有助于活躍學(xué)生的思維，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有效地進行探究學(xué)習(xí)。本文利用物理學(xué)史進行物理教學(xué)實踐，以初中《牛頓第一定律》一節(jié)的教學(xué)設(shè)計為例，詮釋了物理學(xué)史在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；物理教學(xué)；牛頓第一定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）6-0025-3

牛頓第一定律是由伽利略、笛卡兒到牛頓幾位科學(xué)家努力總結(jié)出來的自然定律。通常牛頓第一定律的教學(xué)是按這樣的順序進行：先演示實驗引出課題，然后通過講解伽利略與亞里士多德的爭論，提出“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”的觀點，進一步通過演示斜面小車實驗證明牛頓第一定律，最后運用定律解決問題。經(jīng)歷這樣的教學(xué)過程，學(xué)生可以做到把定律的內(nèi)容一字不差地背誦，但在具體處理問題時，仍然存在很多的問題。

1 設(shè)計思想

牛頓第一定律的建立經(jīng)歷了一個曲折漫長的歷史過程，許多老師對該段發(fā)展史僅一語帶過。事實上，學(xué)生的學(xué)習(xí)將大體重演這一過程。因此，教師在教學(xué)中可以充分利用這一現(xiàn)成的課程資源，再現(xiàn)科學(xué)家的探索過程，引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀，讓學(xué)生“重走”物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)之路。

2 教學(xué)過程

2.1 新課導(dǎo)入

師：前面我們分別學(xué)習(xí)了運動學(xué)和力學(xué)，那么，力與運動有沒有什么關(guān)系呢？帶著這個問題，今天我們就來重走歷史，看看歷史上，科學(xué)家們對“力與運動關(guān)系”的描述。

2.2 新課教學(xué)

師：首先是亞里士多德發(fā)表了言論。

2.2.1 展示閱讀資料一：亞里士多德關(guān)于“力與運動”的描述（圖1）

師：亞里士多德有關(guān)“力與運動”的觀點是怎樣的？

生：物體只有在外力推動下才能運動，外力停止，運動也就停止。

教師演示生活實例：推粉筆盒

師：生活經(jīng)驗告訴我們，給力，物體就運動起來，不給力，物體就停止運動。物體的運動好像確實需要力來維持。但這只是亞里士多德的觀點，在亞里士多德之后，伽利略對“力與運動的關(guān)系”也做出了研究。

2.2.2 展示閱讀資料二：伽利略談“力與運動”（圖2）

師：閱讀資料中伽利略關(guān)于“力與運動關(guān)系”的觀點又是怎樣的呢？

生：物體的運動不需要力來維持，運動的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運動下去。

師：該觀點完全否定了亞里士多德“物體的運動需要力來維持”的說法。兩種觀點哪一種是正確的呢？

【學(xué)生舉例】【老師引導(dǎo)】

生活中的體驗——足球運動。

1）開始，足球只是靜止在草坪上。接著運動員與球接觸，一踢，給了球一個力的作用，球就飛出去了。

給力，足球才運動起來，這符合亞里士多德的觀點。

2）之后，運動員與球脫離接觸，運動員給球還有沒有力？（沒有了）但球仍然在運動。

當撤去人給球的力，球還是能繼續(xù)運動，這就與亞里士多德的觀點不符合了。

3）最后，足球會落在草坪上，滾來滾去至靜止。

師：為什么足球最終會停止運動？

生：因為足球受到了摩擦阻力的作用。

從足球運動中得出結(jié)論：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。

師：我們再來看看伽利略的觀點（圖2），他還說了“運動的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運動下去”。他為什么又得出這樣的結(jié)論呢？下面，我們就一起來看看，當年伽利略是怎樣探究的？

2.2.3 展示閱讀資料三：伽利略的探究過程（圖3）

學(xué)生從閱讀中認識伽利略的自然觀察，及其對自然觀察的合理推想，了解其探究過程。

師：為了證明其結(jié)論，伽利略設(shè)計了一個實驗。

2.2.4 展示閱讀資料四：伽利略的理想斜面實驗（圖4）

學(xué)生閱讀資料，教師再次演示理想斜面實驗。

【教師引導(dǎo)】

在這兩個對接的光滑斜面上，首先，讓小球從斜面一側(cè)由靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⒃诹硪恍泵嫔显趺礃樱俊_到原來的高度。（圖5）

繼續(xù)第二個斜面的傾角，小球還是要達到原來的高度，就會滾得更遠一些。（圖7）

最后，將傾角減小到零，即第二個斜面完全被放平。小球還是想達到原來的高度，但它卻怎么樣也達不到原來的高度，就將怎樣運動？——一直運動下去。（圖8）

師：伽利略就通過理想斜面實驗，證實了自己的觀點。但在歷史上，關(guān)于亞里士多德和伽利略的爭論，并沒有如此輕易地就分出了勝負。這是由亞里士多德的地位和當時的宗教信仰決定的。讓我們來看看，亞里士多德在當時的地位和科學(xué)成就。

2.2.5 展示閱讀資料五：亞里士多德的地位，科學(xué)成就，當時的宗教信仰（圖9）

學(xué)生從閱讀資料中可以看到，亞里士多德的德高望重，以及當時人們被束縛在神學(xué)、教條的框框里。學(xué)生也體會到伽利略不迷信權(quán)威，敢于向傳統(tǒng)的權(quán)威思想挑戰(zhàn)的精神。

師：但伽利略的這個結(jié)論也不夠完善。你們覺得不完善在哪里呢？

師：伽利略只說了運動的物體，那靜止的物體呢？他也只說了物體是勻速運動，那物體的運動軌跡是直線，還是曲線呢？

師：與伽利略同時代的法國科學(xué)家笛卡爾，他發(fā)現(xiàn)其中的不完善，就進行了補充。

2.2.6 展示閱讀資料六——笛卡爾的觀點。（圖10）

師：笛卡爾做出了怎樣的補充？

生：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持在直線上運動。

【教師引導(dǎo)】

得出結(jié)論，笛卡爾從他數(shù)學(xué)家的角度，提出物體在不受外力的情況下，物體只能做直線運動，不能做曲線運動。

師：現(xiàn)在，伽利略、笛卡兒的正確觀點都擺在了世人的面前。在隔了一代人之后，牛頓將對“力與運動關(guān)系”的探究，在前兩位的基礎(chǔ)上更進了一步，提出“靜止的物體在不受外力時將保持靜止狀態(tài)”，并將所有的結(jié)論總結(jié)成了一條基本定律——牛頓第一定律。

牛頓第一定律內(nèi)容：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。

師：今天，我們通過讀歷史知道了牛頓第一定律的發(fā)展過程。先是亞里士多德延續(xù)兩千多年的錯誤，然后是伽利略的勇敢抗爭，再到笛卡兒的補充，最后是牛頓，站在巨人的肩膀上總結(jié)出牛頓第一定律。

3 教學(xué)分析

在此教學(xué)過程中，教師緊緊圍繞牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過程，深入挖掘了物理學(xué)史中的相關(guān)素材，將牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)以歷史原貌的形式展示給學(xué)生。學(xué)生的“重走”歷史之路，不僅讓他們自主建構(gòu)了物理知識，深刻認識了牛頓第一定律，又讓他們又能在閱讀過程中學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法，感受到科學(xué)結(jié)論得出的艱難，領(lǐng)略科學(xué)思維的力量和美，取得了較好的教學(xué)效果。

經(jīng)教學(xué)實踐證明：物理學(xué)史在物理教學(xué)中的滲透有助于活躍思維，增強科學(xué)意識，使學(xué)生更自覺地繼承前人的事業(yè)，有效地進行探究學(xué)習(xí)。把物理學(xué)史的知識融于物理教學(xué)中，無疑具有重要價值，特別是實施新課程改革的今天更是迫切需要的，也是切實可行的。

參考文獻：

[1]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]義務(wù)教育教科書《物理》八年級[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

（欄目編輯 劉 榮）