強(qiáng)化牛頓第一定律教學(xué)的障礙與對策

包棟柱

摘要：在高中物理教學(xué)中，牛頓第一定律常常得不到應(yīng)有的重視，本文就忽視牛頓第一定律教學(xué)的原因、危害以及如何強(qiáng)化牛頓第一定律的教學(xué)進(jìn)行了全面的探索。

關(guān)鍵詞：牛頓第一定律;物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài);慣性;物理思想;障礙;對策

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

一、強(qiáng)化牛頓第一定律教學(xué)的障礙

障礙之一：“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”這一觀點(diǎn)符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)。如停著的車不推它，它就不會(huì)動(dòng)，停止推它它就會(huì)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(huì)停下來等等。公元前四世紀(jì)的希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為：必須不斷地給一個(gè)物體以外力，才能使它產(chǎn)生不斷地運(yùn)動(dòng)。失去了力的作用，它就會(huì)立刻停止。這種觀點(diǎn)統(tǒng)治了人們兩千年，直到十七世紀(jì)的伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)被人們廣泛認(rèn)識。“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”觀點(diǎn)符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)，而人們對物理的認(rèn)識和學(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)的正確關(guān)系。如此說來，“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的思想根深蒂固就可以理解了。

障礙之二：教師觀點(diǎn)錯(cuò)誤導(dǎo)致牛頓第一定律的教與學(xué)不到位。顧建中教授的《力學(xué)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(shí)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(rèn)為是對的，也有些教師認(rèn)為是錯(cuò)的，但對錯(cuò)誤的原因認(rèn)識不清，即使學(xué)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(xué)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(xué)就不可能到位了。

障礙之三：應(yīng)試教育的結(jié)果。在高中物理試題中牛頓第二定律的應(yīng)用頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于牛頓第一定律。牛頓第二定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，新授的講解和學(xué)生的接受的難度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于牛頓第一定律，牛頓第二定律的應(yīng)用過程中也能給學(xué)生提供操作性很強(qiáng)的步驟。而牛頓第一定律的教學(xué)就困難多了，而且高中物理習(xí)題中出現(xiàn)的幾率也較低。即使出現(xiàn)，學(xué)生往往可以通過記住有關(guān)結(jié)論來得到正確的答案。

二、強(qiáng)化牛頓第一定律教學(xué)的對策

對策之一：充分認(rèn)識不重視牛頓第一定律教學(xué)的危害。

輕視牛頓第一定律教學(xué)與新課改的目標(biāo)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(biāo)：知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。學(xué)習(xí)不僅是學(xué)習(xí)知識的過程，更重要的是生命情感的體驗(yàn)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(dòng)的接受知識，并被動(dòng)的規(guī)則的去運(yùn)用知識來解決實(shí)際生活當(dāng)中的問題。在牛頓第一定律教學(xué)中，不去引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐、思考、體驗(yàn)，讓學(xué)生在探索中認(rèn)識理解定律的內(nèi)涵，而是讓學(xué)生被動(dòng)地接受定律的內(nèi)容，甚至為了解題而記住相關(guān)結(jié)論。這不僅違背新課改的三維目標(biāo)，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(xué)未必能達(dá)到應(yīng)試所需要的效果。前面提到一些學(xué)生通過記住牛頓第一定律的相關(guān)結(jié)論而得到了正確答案，但學(xué)生正確的物理思想并沒有形成，“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的觀念肯定會(huì)影響他的判斷。而且隨著時(shí)間的推移，問題的復(fù)雜，這種影響的負(fù)面效應(yīng)將更加明顯。

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

對策之二：認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)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(guān)歷史知識。讓學(xué)生了解亞里士多德、伽利略、牛頓等物理學(xué)家在牛頓第一定律建立過程所擔(dān)任的角色和作出的貢獻(xiàn)。

其次，要充分理解相關(guān)概念，為解釋教學(xué)過程中可能出現(xiàn)的問題做好充分準(zhǔn)備。

先來回顧一下牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)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(zhì)的區(qū)別。牛頓第一定律中所包含的這幾個(gè)字是對哥白尼所闡述的新天文學(xué)理論的絕對支持，我們也看到這一結(jié)果的得來花了多大的代價(jià)——布魯諾為此被燒死在火刑柱上。

“慣性”：牛頓在自然哲學(xué)著作中關(guān)于慣性定義還作了這樣的敘述：慣性是每個(gè)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(xiàn)出來。（1）當(dāng)物體不受外力或合外力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，即靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（2）當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，慣性表現(xiàn)為反抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，企圖保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。物體的質(zhì)量越大這種反抗作用越明顯。同樣拉動(dòng)一個(gè)小孩比拉動(dòng)一個(gè)大人要容易的多，是因?yàn)榇笕速|(zhì)量大，慣性大，反抗改變他的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)效果更明顯。

通過上述兩方面去認(rèn)識物體的慣性，顯然物體的慣性與物體是否受力，是否運(yùn)動(dòng)，以及做怎樣的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。慣性是一切物體的固有屬性，不能克服，也不會(huì)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(zhì)量有關(guān)。

“物體運(yùn)動(dòng)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(shí)發(fā)生改變。要把“改變物體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的一種情況。認(rèn)識到這一點(diǎn)，本文開始一道選擇題的C選項(xiàng)“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(guān)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(shí)，物體將保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)—?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。應(yīng)該指出的是，從力學(xué)發(fā)展歷史看，從理論的完備性看，第一定律是一個(gè)獨(dú)立的定律，它不僅說明了物體不受外力（或合外力為零）時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(guān)系，牛頓第一定律指出：一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變之間到底有著怎樣的關(guān)系呢？這個(gè)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(chǎn)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(rèn)真設(shè)計(jì)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生物理思想形成。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)一：重視科學(xué)方法與科學(xué)精神教育。牛頓第一定律不僅在物理學(xué)上占有重要地位，而且在物理教學(xué)中也具有很好的教育價(jià)值。在教學(xué)中，不僅應(yīng)當(dāng)注重定律本身內(nèi)容的教學(xué)，而且要強(qiáng)調(diào)定律得出所運(yùn)用的科學(xué)方法（包括理論實(shí)驗(yàn)的方法和科學(xué)推理方法），還要結(jié)合定律的教學(xué)，潛移默化地對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神教育。“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的觀點(diǎn)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(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)研究的武器。愛因斯坦對伽利略的工作給予很高的評價(jià)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思思史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端”。引導(dǎo)學(xué)生樹立起科學(xué)的懷疑精神，樹立實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的信念。這樣融知識、方法和精神于一體的教學(xué)，才能體現(xiàn)牛頓第一定律教學(xué)的全部內(nèi)涵。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)二：方法多樣，時(shí)間充足。無論是破除“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤思想，建立“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”的正確思想，還是理解牛頓第一定律的內(nèi)容，尤其是慣性的概念，都不是一件容易的事。在教學(xué)過程中可運(yùn)用討論法、實(shí)驗(yàn)探究法、理論推導(dǎo)法、情境教學(xué)法等方法，讓學(xué)生在充分參與、觀察、思考和體驗(yàn)中，促使認(rèn)知結(jié)構(gòu)的解體和新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)三：不斷強(qiáng)化，持之以恒。破除一個(gè)統(tǒng)治人們思想兩千多年而又符合人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)的觀點(diǎn)，建立一個(gè)新的觀點(diǎn)是很困難的，這個(gè)過程是相當(dāng)緩慢。這需要在教學(xué)過程中不斷強(qiáng)化，持之以恒，包括習(xí)題的命制和講評。另外，在考試中也可經(jīng)常用新的情境問題考查學(xué)生對于牛頓第一定律的掌握程度。

美國心理學(xué)教授加德納的多元智能理論認(rèn)為人的智能是多元的，數(shù)學(xué)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(jì)算的疊加，物理概念間的邏輯關(guān)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(xué)，也就放棄了運(yùn)用牛頓第一定律的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)邏輯智能的機(jī)會(huì)，對學(xué)生們的物理學(xué)習(xí)不能不說是個(gè)巨大的損失。在物理教學(xué)中每一位教師都有責(zé)任排除障礙，想方設(shè)法，強(qiáng)化牛頓第一定律的教學(xué)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李忠.牛頓第一定律在經(jīng)典力學(xué)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(xué).物理教師，1995（04）.

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