基于物理核心素養(yǎng)的《牛頓第一定律》教學設計

蔣煒波

《牛頓第一定律》是連接運動學與力學的紐帶，是運動與力的物理觀念的基礎，在中學物理中有著極為重要的地位。首先，要學習力和運動的關系，初步培養(yǎng)學生從力和運動的關系角度去認識客觀世界;其次，要掌握“可靠的實驗+合理的推理”的科學推理法，完成現(xiàn)實中無法完成的理想實驗;再次，要通過實驗探究力與運動的關系，培養(yǎng)學生的科學探究意識。最后，要聯(lián)系社會實際，體會牛頓第一定律在生產(chǎn)生活中的應用。

基于此，我在本節(jié)課的設計中將牛頓第一定律的探究問題一分為二，通過兩個問題著重突出實驗探究環(huán)節(jié)，并結合具體問題的分析，啟發(fā)學生思考探討，為將來學習牛頓第二定律留下伏筆。

教學分析

本節(jié)內(nèi)容選用教材為北師大版八年級物理（下冊）第七章《運動和力》中的第7節(jié)。教材的情景素材豐富，注重科學探究和聯(lián)系生活實際，符合學生的思維能力水平和已有的認知基礎。

教學以學生為主體，引導學生利用科學探究的方法解決實際問題，注重對學生的激勵和啟發(fā)。為了保證課堂的連續(xù)性和高效性，本節(jié)課只針對牛頓第一定律進行教學，用實驗探究的方法充分地突破學習難點。教學中充分運用實驗創(chuàng)設情境，通過學生參與體驗的方式，讓學生親身感受牛頓第一定律的建立過程。最后通過案例分析討論，幫助學生體會牛頓第一定律的局限性。

在知識與技能上，期望學生學習牛頓第一定律，并能利用牛頓第一定律去解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。在過程與方法上，期望學生完整經(jīng)歷科學探究的過程，學習科學推理的方法。在情感態(tài)度價值觀上，期望學生感受牛頓第一定律在實踐中的應用，認識到物理規(guī)律都有一定的適用范圍。

這節(jié)課的教學重點是力與運動的關系的認識及科學推理法的應用，教學難點是讓學生親身體驗力與運動的關系，從而培養(yǎng)基本的動力觀。

教學過程

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設情境—初識運動和力

以生活中的常見現(xiàn)象為素材創(chuàng)設情境，通過設問引起學生的關注和思考。同時，明確本節(jié)課的探究主題，學生對于探究問題的猜想將直接為后續(xù)的探究學習作好鋪墊。

教學中，教師先設問，如果用手推動小車，你會看到什么現(xiàn)象，手松開后又會看到什么現(xiàn)象？然后教師演示實驗——推動靜止在地面上的輪椅小車。學生發(fā)現(xiàn)用力推動小車，小車運動了起來;手松開后，小車繼續(xù)運動一段距離后停了下來。此時引導學生猜想小車從靜止到運動、從運動到靜止的原因，引入對運動與力的關系研究。通過分析將研究問題拆分成兩部分：一是運動的物體為什么會停下來;二是靜止的物體為什么會運動起來。

環(huán)節(jié)2：實驗探究—運動的物體為什么會停下來？

通過“彈射小車實驗”驗證學生“摩擦力讓小車停下來”的觀點，引導學生發(fā)現(xiàn)軌道表面的粗糙程度影響小車的滑行距離，進而思考不受力的小車將會怎樣，科學推理水到渠成。

教學中，讓學生用“彈射小車實驗”驗證“小車停下來是因為受到接觸表面的摩擦力”的猜想，更換不同粗糙程度的軌道表面重復試驗，學生發(fā)現(xiàn)小車最終都能夠停下來。此時教師設問，在不同粗糙程度的軌道表面上，小車受到的摩擦力一樣嗎，滑行的距離一樣嗎，有什么規(guī)律？于是，學生開始關注和思考摩擦力的大小對小車滑行距離的影響。教師幫助學生坐在小車上體驗“彈射小車實驗”，并引導學生注意對變量的控制。學生比較后得出結論：在相同條件下，小車受到的摩擦力越大，滑行距離越小。教師引導學生在實驗基礎上，經(jīng)過科學推理得到結論：不受力的物體可以處于勻速直線運動狀態(tài)。

環(huán)節(jié)3：實驗探究—靜止的物體為什么能運動起來？

通過拉動物塊的實驗，強化學生練習應用科學推理法。此外，得到“不受力的物體可以處于靜止狀態(tài)”的結論，與上一環(huán)節(jié)的實驗結論相呼應，有利于學生正確得出牛頓第一定律，形成完整的動力觀。

教學中，先讓一名學生展示他拉動物塊的過程，教師設問，在拉動物塊的過程中，彈簧測力計的示數(shù)是如何變化，為什么開始有拉力的作用物塊卻沒有運動？學生交流彼此的想法。教師設問，在不同的材料表面是否都是這樣？并讓學生在不同的材料表面用測力計將同一個物塊從靜止逐漸拉動，觀察物塊剛好要運動時的測力計示數(shù)。學生發(fā)現(xiàn)，當物體受到的拉力不超過某一個臨界值時，物塊都是處于靜止狀態(tài)，而且在粗糙程度不同的表面，拉力的臨界值也不一樣，越光滑的表面臨界值越小。教師再設問，完全光滑的表面，物塊要保持靜止，拉力不能超過多少？學生自然地回答出“0牛”。

最后利用科學推理的方法引導學生得到結論：不受力的物體可以處于靜止狀態(tài)。同時，教師還要結合拉動物塊的實驗引導學生分析，此處的不受力也可以理解為受合力為零。

環(huán)節(jié)4：歸納總結—牛頓第一定律

讓學生在真實情境中體驗和經(jīng)歷牛頓第一定律的建立過程，通過歸納總結進一步加深學生對運動與力的關系的理解。

教學中，通過對問題“物體為什么會停下來”和“物體為什么會運動起來”的實驗探究，學生已經(jīng)掌握了豐富的用于得出牛頓第一定律的素材，教師引導學生順利得到牛頓第一定律：一切不受力的物體保持靜止狀態(tài)或者勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力使它改變狀態(tài)為止。同時，教師引導學生認識到，物體不受力的情況是不存在的，因此，通常將不受力弱化為合力為零。

環(huán)節(jié)5：課堂延伸—科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)

以牛頓第一定律在中國高鐵建設中的應用為例，一方面增強學生對科技力量的認識，培養(yǎng)學生對國家民族的自豪感和榮譽感，另一方面分析出牛頓第一定律的不足，激發(fā)學生學習興趣。

教學中，通過閱讀材料向?qū)W生介紹中國高鐵建設取得的成就，引導學生分析，如何才能讓質(zhì)量這么大的高鐵列車達到那么快的運動速度？學生大都能想到需要施加給列車一個很大的力。教師設問，在運動過程中除了增大動力，還能做些什么？學生會迅速想到減小阻力，如地面摩擦、空氣阻力等。

教師再設問，時速2000km/h和4000km/h的超 級列車，其空氣阻力已經(jīng)非常大，摩擦生熱很可能 讓列車燃燒起來，怎么辦？學生交流討論后提出大膽的設計，如利用磁懸浮技術將列車懸浮起來，讓列車在真空管道中行駛等。

教師最后設問，如果高鐵列車速度達到超高速運行，究竟需要多大的力？牛頓第一定律能告訴我們嗎？學生發(fā)現(xiàn)牛頓第一定律只是一個定性的定律，不能定量計算，教師啟發(fā)并鼓勵學生繼續(xù)深入學習。

教學反思

本節(jié)課在實驗設計和教學設計方面著重突出物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，以實驗探究為主線，較好地達成教學目標。不論是動力觀養(yǎng)成方面，還是科學探究、科學思維和科學態(tài)度與責任方面，都落實了學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。創(chuàng)新的同時不可避免會產(chǎn)生一些問題，如教材中的演示實驗并沒有在教學中展示和使用;實驗探究雖然充分但耗時較多，因此慣性知識只能在另一節(jié)課完成等。

專家點評

丁光成（清華大學附屬中學物理教師，北京市正高級教師、特級教師）

設計者在教學目標上大膽提出了核心素養(yǎng)的落實任務，并以此調(diào)整了教學設計。設計中抓住了科學探究這一核心要素，做到了學生真正自己去進行探究和自己去尋找答案。

為了能在有限的教學實踐中透徹地進行實驗探究，設計者調(diào)整了教學切入角度，從“物體為什么會停下來”和“物體為什么會運動起來”兩個問題來展開。這種大膽創(chuàng)新的設計避免了直接研究不受力物體的運動情形所帶來的突兀，使教學變得更加自然順暢。學生也為牛頓第一定律的得出積累了更加充分的素材，有利于學生全面深刻理解牛頓第一定律的本質(zhì)。

真人體驗彈射小車的實驗，既引起了學生對這節(jié)課的極大興趣與關注，又為學生創(chuàng)設了生動的、可感受的運動與力的情景，有利于學生形成運動與力的基本觀念。最后通過案例分析以及學生的交流討論，將科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)滲透在教學之中，讓學生感受到了祖國的日益強大和科技的力量，也初步認識到牛頓第一定律的局限之處，較好地培養(yǎng)了學生的科學態(tài)度與責任。

整體上這節(jié)課的教學設計非常有創(chuàng)意，是一個符合物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的典范設計案例，其設計經(jīng)驗值得借鑒。

編輯 _ 湯灝