牛顿第一定律的教学经验及认识

张 洁

牛顿第一定律是力学中的基本定律,要使学生真正理解掌握该定律并不容易,因为该定律是在实验基础上,凭借想象运用推理总结概括得出的学生学习牛顿第一定律的困难在于从生活经验中得到一种被现象掩盖本质的错误观念,认为物体的运动是力作用的结果正因为如此,我们要对牛顿第一定律的教学进行深层次的理性思考.

下面谈谈我在初中物理教学中关于牛顿第一定律的教学经验及认识.

一、做好演示实验,注重想象推理.

1做好演示实验是关键.

通过演示实验,既能为学生提供生动具体的感性形象,又能培养学生的实验观察能力及实事求是的科学态度该演示实验是让同一小车从同一高度沿斜面滑下,分别滑到铺有毛巾、棉布和光滑木板的平面上,做该实验之前,应让学生思考两个问题:一是为什么要用同一小车从同一高度沿斜面滑下?二是毛巾、棉布、木板这些不同表面对同一小车的摩擦阻力有何影响?并指明让学生观察的内容,这样学生对该实验的目的、方法及注意的问题就会十分清楚,也就能把握关键抓住要害,结合实验,学生就会兴趣盎然,形象深刻,记忆牢固,思维活跃,取得实效.

2注重想象推理是桥梁.

学生通过演示实验直接得到的只是具体的感性认识,要上升为理性认识,还需要教师的启发引导,通过学生的想象、思维加以推理来实现,从而使学生的思维能力得到培养实验结果是表面越光滑,小车速度改变的就越缓慢,它运动的距离就越长,教师在这直接经验的基础上,层层深入,提出问题,引导学生思考解决若表面逐渐光滑,直到没有摩擦时,小车速度的改变及前进的距离将如何?学生会很顺利地得出,若表面绝对光滑,阻力为零时,小车将以恒定不变的速度永远运动下去,这就是伽利略的观点教师再进一步提问,小车不受阻力,速度大小不变,方向会改变吗?学生也会肯定方向不变,这也就是法国科学家笛卡儿对伽利略结论的补充发展牛顿在前人研究成果的基础上,对运动的物体不受外力以及静止的物体不受外力这两种情况作了总结概括,得出牛顿第一定律,这样的过程就是引导学生想象推理的过程然后说明该定律是在大量事实的基础上经过实验,并接受实践的检验对定律中“没有受到外力作用”的实际含义作何理解给予解释,实现难点的突破这样的教学程序,我认为具有如下几个方面的作用首先,符合学生的认识规律,以直接经验为基础,阶梯上升、逐渐深化,使认识从感性上升到理性,体现了对学生思维能力的培养其次,真实地反映了知识产生发展的历史过程,人类对知识的创造和发展,都需要付长期的艰辛劳动,从而培养学生进行创造发明远大理想和坚定不移的意志品质其三,培养了学生“真理来源于实践,实践是检验真理唯一的标准”的辩证唯物主义思想其四,突出地体现了解决物理问题的思路和方法物理学中很多的概念和规律都是在对物理事实的分析概括中得出的学会这种方法将受益终身.

二、必须破除教师和学生头脑中的前科学概念的错误影响.

1前科学概念是初中生学习牛顿第一定律产生错误认识的根源.

实际教学中要提高牛顿第一定律的教学效果,必须深入到学生的认知结构中去考察学生产生错误认识的根源,而认知心理学的理论告诉我们,学生学习物理概念、规律时所形成的错误,常常是受其头脑中的前科学概念的影响所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的实际生活中,对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念比如牛顿第一定律就是如此在物理教学中,那种认为只需要“正面”传授知识,学生就能接受,实践证明是不切实际的因为在有些学生的经验中,早已有了“力是维持物体运动原因”的观念这样,当他们学习了牛顿第一定律之后,就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中,牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词.

2在进行牛顿第一定律的教学时必须破除教师和学生头脑中的前科学概念.

牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位,而且在物理教学中也具有很好的教育价值在教学中,引导学生树立实践的信念是检验真理的唯一标准,同时还必须破除教师和学生头脑中的前科学概念实际教学中不少初中物理教师头脑中还具有牛顿第一定律的前科学概念,很难想象出这些教师所教授出的学生头脑中的前科学概念能够破除所以,破除教师自己头脑中前科学概念是牛顿第一定律教学的前提在牛顿第一定律教学中,学生头脑中存在着前科学概念,教师必须促使学生头脑中前科学概念的转变,在他们的头脑中引发认知冲突和危机,使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾,促使原结构的解体和新结构的建构这种过程可以说是在学生头脑中引发了一场科学革命比如,除以上两个例子外,还可向学生布置如下一个问题匀速向前行驶的汽车玻璃窗前后各有一只蜜蜂两只蜜蜂同时以相同的速度向前后窗飞去,问前窗蜜蜂先飞到后窗,还是后窗蜜蜂先飞到前窗?如果学生正确回答了这个问题,说明学生头脑中该问题上的前科学概念已经破除否则,则认为仍然没有破除克服旧图式(亚里士多德的观点)的惯性,用新图式(牛顿第一定律)取代旧图式是一个非常艰难的过程除非用旧图式不能解释问题,学生才会在头脑中发生认知冲突,才会建立新图式.

总而言之,在牛顿第一定律的教学中,作为物理教师要深入挖掘教材,发挥教学的综合效益,取得最佳教学效果最后需要说明的是牛顿力学的建立不是牛顿一个人的功劳,而是许多科学家努力研究的最终结果,人们对物体的运动规律的认识是经历了漫长的时间物体在不受力时的运动规律,它是经过亚里士多德对人们近两千年的思想束缚,伽利略的科学推理,才最终由牛顿总结出来的.