巧設問題，突破學生思維障礙
——《牛頓第一定律》教學案例

黃玲麗

（浙江省余姚市實驗學校）

巧設問題，突破學生思維障礙
——《牛頓第一定律》教學案例

黃玲麗

（浙江省余姚市實驗學校）

牛頓第一定律的教學一直是個難點。牛頓第一定律的研究過程是推理歸納的復雜高級思維過程，這對剛步入物理領域的初中生來說是極其困難的。根據經驗，學生會有認為物體的運動是力作用的結果，這就是在初中科學教學中牛頓第一定律至今仍是難點的原因所在。要成功地完成牛頓第一定律的教學任務，使學生擺脫這種觀念，轉變錯誤認識，最重要的環節之一就是揭示建立牛頓第一定律的思維活動過程，引導學生進入牛頓第一定律的思維活動中來，而不是生硬地把結論塞給學生。這就需要教師精心設計問題，嚴密推理，把復雜的思維分解成為學生可以接受和理解的各個層次的簡單推理，把高度概括的復雜思維過程分解成簡單的淺化思維過程，即通過提問，設計一定的思維臺階，幫助學生突破推理、概括的思維障礙，由淺入深，深入淺出，使思維的難點分散、難度降低，使原來難以想象的牛頓第一定律轉變成學生自然而然、順理成章的思維必然結果，才能幫助學生走出誤區。在教學中，以斜面小車實驗的觀察和分析為中心，逐項逐層通過一系列問題展開思維活動。

【案例分析】

環節一：創設問題情境，激發探究的欲望

學生體驗：1.要讓靜止的書本在桌面上運動，該怎么辦？

2.停止用力，書本又處于什么運動狀態呢？

在學生體驗的基礎上提問：力和運動之間有什么關系呢？

有的學生說，有力物體才能運動，也有的說，力改變物體的運動狀態（有思考有爭議）。此刻和學生回顧歷史，告訴他們曾經歷史上就有關于運動和力的關系的爭論（增強了學生探究的價值感）。最有代表的觀點就是2000多年前的古希臘科學家和哲學家亞里士多德根據諸如“用力推車，車則進；停止用力，車則止”的經驗事實，而得出“力是維持物體運動的原因”。

順勢提問：“你是如何理解這句話的？你覺得這個觀點有問題嗎？舉個反例。”學生思考理解，舉出踢足球的例子等。有了正確認識的初步感受，然后教師演示推小車，進一步讓學生體會力不是維持物體運動的原因，沒有力，仍然可以運動。

進一步設問：“為何不用力，小車和書都停下來了？”前面學過摩擦力，很快就能答出是摩擦阻力使運動物體速度變小，直至靜止，運動狀態發生改變。這樣就很容易回答這個問題：“小車和書對比，誰停下來快？停下來快慢與什么有關？”學生說，與摩擦阻力的大小有關，小車的滾動摩擦小得多！進入今天的研究課題：物體運動狀態改變（速度減小得快慢）與阻力的關系。

【環節一隨感】學生學習需要一定的問題情境，知識融于情境中才能顯示出活力與美感。

環節二：實驗探究中的問題設置，觀察討論

提問：“根據探究課題：物體運動狀態改變（速度減小得快慢）與阻力的關系，你能提出可行性的問題和建立相應的猜想嗎？”學生紛紛提出自己的問題和猜想，教師給予評價。然后根據學生現有的探究能力，給出實驗器材，讓學生思考選這些器材的用意，如，斜面有什么用？思考討論以下幾個問題：（1）實驗中我們應該控制哪些變量？如何設計？這種設計的方法叫什么？（2）實驗過程中我們需要觀察什么？（3）實驗從粗糙的毛巾開始做，還是從光滑的木板開始做（留個懸念）？學生討論得出：控制小車進入水平面時的具有相同的初速度，需要同一小車從同一斜面的同一高度靜止釋放；小車在水平面上受到的摩擦阻力大小——實驗變量，給水平面鋪上粗糙程度不同的物體，從粗糙的毛巾開始實驗。學生活動，記錄結果在表格中。

水平面材料小車受到摩擦阻力的大小（大、較大、小）小車運動的距離 小車速度減小（快、較快、慢）毛巾棉布木板

由學生來講實驗結果并得出實驗結論：水平表面越光滑，小車運動時所受到的摩擦力（阻力）_________ _，運動的距離_________，速度減小得________。

【環節二隨感】學生已經了解了探究的各個環節，明確了探究目的，在教師的循循誘導下，通過師生雙邊活動，把這個實驗活動做活了。

環節三：層層設問，科學推理，獲得新知和新法

推理：“有比木板更光滑的材料嗎？”學生答：“玻璃。”“在玻璃上運動，小車受阻力情況、運動距離、小車速度變慢情況如何？”學生立即回答。進一步推理：“有比玻璃更光滑的材料嗎？運動情況如何？”學生也很快做出思考回答。試想：“倘若在更理想的絕對光滑的平面上運動，小車的運動情況？”學生成功推理：小車根本停不下來。結論水到渠成。同時解決問題（3）為何從粗糙的毛巾開始實驗。

再次啟發點撥：“絕對光滑的平面現實有嗎？這種方法叫推理法。那么是憑空想象的嗎？”學生自然想到是在實驗的基礎上加以推理。這種方法叫做理想實驗法。最早開創這個方法的科學家是伽利略，他也做過類似的實驗。體會新方法帶來的成就感，再和學生回顧歷史——300年前伽利略的理想實驗法和他得出的結論：理想情況下，如果運動物體若不受任何阻力，保持原來的速度運動下去。再次體會：力不是維持物體運動的原因。引導學生思考：“伽利略得出這個結論容易嗎？學習他的什么精神？”學生體會其中的不易以及伽利略挑戰權威和堅持真理的執著精神。

同時不能讓學生對亞里士多德誤解，所以再追問一下：“亞里士多德這么有名的人提出的觀點是錯誤的，你如何看待？”學生都表示理解當時的科技發展水平，亞里士多德有此思考已很了不起。但從歷史的觀點來看，經典力學毫無疑問與亞里士多德物理學及中世紀物理學有著緊密的關系。因而，我們不能用非此即彼的態度來給真實而復雜的歷史下一個粗暴而簡單的結論，應當在古希臘哲學的背景中去領會亞里士多德關于力與運動關系的論述。所以這個追問很有必要。

伽利略的觀點還進一步地得到了發展，閱讀書本笛卡兒的觀點：如果運動物體不受到任何力的作用，不僅速度大小不變，它的運動方向也不會改變。請學生思考：“為什么說笛卡兒進一步發展了伽利略的思想？有哪些發展？”學生對比得出，不受任何阻力變成不受任何力，速度的大小和方向都不變，即做勻速直線運動。“依據笛卡兒和伽利略的研究，那么靜止的物體不受力，會如何？”學生根據現有知識水平得出，應該保持靜止。

引出牛頓的高度概括——牛頓第一定律：一切物體，在沒有受到外力作用時，它們的運動狀態保持不變，包括保持靜止和保持勻速直線運動狀態。自然理解牛頓名言：“如果我有什么貢獻的話，那是因為我站在巨人的肩膀上。”讓學生感悟我們今天的學習也是站在巨人的肩膀上。展示牛頓第一定律得出所經歷的曲折的發展歷程，以及人類理性在兩千多年的歷史長河中發展的產物。

【環節三隨感】根據學生的最近發展區，設置梯度問題，降低學生的思維難度，提高思維力度，讓學生感受滿滿的成就感。

環節四：剖析定律，強化理解

問題一：“牛頓第一定律的條件是什么？牛頓是如何得出的？”學生理解這個定律是有條件的，而且條件是沒有受到外力作用時，是理想條件，所以得出定律也是用到實驗加推理的理想實驗法，這種方法論就不是強加給學生的。

問題二：“牛頓第一定律的研究對象？‘時’是指那一刻？‘或’代表的什么含義？”

學生討論得出研究對象是一切物體，包括運動的和靜止的物體，教師指出牛頓本義，“一切物體”是指地下物體與天上物體；“時”是指外力消失的那一刻；“或”指一個物體只能處于一種狀態，到底處于哪種狀態，由原來的狀態決定原來靜止就保持靜止，原來運動就保持勻速直線運動狀態。教師舉例學生身邊的物體，如，“吊著的電風扇，忽然外力消失，電風扇處于什么運動狀態？”“運動會上，正在跑800米的某同學，忽然外力消失，會怎樣運動？”“同學喜歡轉筆，忽然外力消失，這筆會一直轉下去嗎？”學生通過身邊的例子做出解答，深刻理解牛頓第一定律的含義。再把主動權交給學生：“你能舉幾個類似的例子嗎？”學生舉例，并體會這個沒有外力的世界是瘋狂的。

問題三：“用心讀幾遍這個經典定律，你還能由這個定律想到什么結論？”學生用心讀定律，發現，沒有外力，物體運動狀態不變，推導出如果有外力，運動狀態改變；還有學生說，沒有力，物體可以一直勻速直線運動，說明力不是維持物體運動的原因。歸納牛頓第一定律的重要貢獻就是揭示力和運動的關系，點題，呼應開課問題——運動和力的關系，得出正確的力和運動的關系——力是改變物體運動狀態的原因。

問題四：“牛頓第一定律有什么重要的意義？”學生暢所欲言談意義，可以是知識上的意義，也可以是方法上的獨特，也可以是思想上的解放等等，開拓學生的發散思維。

【環節四隨感】剖析牛頓第一定律，傳統靠教師講解完成，學生沒有真切體會。設置一些針對性問題，解讀定律，激活學生積極、深刻的思考。

環節五：課堂總結，讓學生提問題

請學生談談這節課的收獲和困惑，并提出一些有意義的問題。有學生就提到，牛頓第一定律一定完善了嗎？不妨提一下，不僅在牛頓之前經歷了曲折的發展歷程，在牛頓之后也有了很大的發展。在這里特別一提的是，愛因斯坦與諾特爾對這個定律的發展所作出的創造性工作。特別是愛因斯坦，在創建了廣義相對論以后，使得牛頓第一定律變得更有包容性：“物理學定律比牛頓所想象的情況簡單得多。我們不需要對偏離慣性定律的情況作出解釋。”他認為所有的運動都是慣性運動，為后面學生的進一步發展和學習做個鋪墊，也為致力于科學研究增加點信心。

【環節五隨感】愛因斯坦說：“提出一個問題往往比解決一個問題重要，因為解決一個問題也許只是一個數學上或實驗上的技巧問題。而提出一個新的問題、新的可能性，從新的問題看舊問題，卻需要創造性的想象力，而且標志著科學的真正進步。”學生學習物理剛剛入門，不會被太多知識束縛，往往有很多新問題，也為后續學習激發欲望。

美國教學法專家卡漢爾認為：“提問是教師促進學生思維，評價教學效果及推動學生實現預期目標的基本控制手段。”這節課步步深入的提問，使學生在不知不覺中闖過一道道思維的難關，使學生處于最大限度的主動激活狀態，使學習成為其自主活動。這樣的教學方法，學生不僅理解了牛頓第一定律的內容，還掌握了建立牛頓第一定律的方法和歷史。通過提問，學生知道不僅要關注知識結論的掌握，更要關注對知識形成過程的理解。

怎樣上好一堂課歷來無定論，提問作為一種重要的教學手段，只要我們勇于探索，不斷優化設計問題，并鼓勵學生不斷質疑，充分調動他們的學習積極性，培養他們的思維品質和能力，引領他們發現、提出更多的問題，“拋磚引玉”是我們最終的目的。

·編輯 韓 曉