强化牛顿第一定律教学的障碍与对策

包栋柱

摘要：在高中物理教学中，牛顿第一定律常常得不到应有的重视，本文就忽视牛顿第一定律教学的原因、危害以及如何强化牛顿第一定律的教学进行了全面的探索。

关键词：牛顿第一定律;物体运动状态;惯性;物理思想;障碍;对策

中图分类号：G427文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2014）23-039-2

一、强化牛顿第一定律教学的障碍

障碍之一：“力是维持物体运动的原因”这一观点符合人们的日常经验。如停着的车不推它，它就不会动，停止推它它就会停下来;踢出去的球，踢一下滚一下，再踢一下再滚一下，不踢它就会停下来等等。公元前四世纪的希腊哲学家亚里士多德认为：必须不断地给一个物体以外力，才能使它产生不断地运动。失去了力的作用，它就会立刻停止。这种观点统治了人们两千年，直到十七世纪的伽利略理想斜面实验被人们广泛认识。“力是维持物体运动的原因”观点符合人们的日常经验，而人们对物理的认识和学习又是从日常生活的观察和思索开始的，不可能从婴儿睁开眼睛就告诉它力和运动的正确关系。如此说来，“力是维持物体运动的原因”的思想根深蒂固就可以理解了。

障碍之二：教师观点错误导致牛顿第一定律的教与学不到位。顾建中教授的《力学教程》中的一道思考题，大意是“有人说：牛顿第二定律中如果合外力为零，则加速度为零，此时第二定律回归到第一定律，所以第二定律包含了第一定律，第一定律没有存在的必要。这种说法对吗？为什么”。有些教师认为是对的，也有些教师认为是错的，但对错误的原因认识不清，即使学生有了这样的想法无法去帮助纠正。既然牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例，那么学好牛顿第二定律就够了。有了这种想法，牛顿第一定律的教与学就不可能到位了。

障碍之三：应试教育的结果。在高中物理试题中牛顿第二定律的应用频率要远远高于牛顿第一定律。牛顿第二定律是一个实验规律，新授的讲解和学生的接受的难度都远远低于牛顿第一定律，牛顿第二定律的应用过程中也能给学生提供操作性很强的步骤。而牛顿第一定律的教学就困难多了，而且高中物理习题中出现的几率也较低。即使出现，学生往往可以通过记住有关结论来得到正确的答案。

二、强化牛顿第一定律教学的对策

对策之一：充分认识不重视牛顿第一定律教学的危害。

轻视牛顿第一定律教学与新课改的目标相违背。高中物理新课改明确提出了高中物理教育的三维目标：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。学习不仅是学习知识的过程，更重要的是生命情感的体验过程。传统教育把知识被放在至高无上的地位，任何人都只能去接受它，不能对它有任何的怀疑，这就使得教育是一种被动的接受知识，并被动的规则的去运用知识来解决实际生活当中的问题。在牛顿第一定律教学中，不去引导学生实践、思考、体验，让学生在探索中认识理解定律的内涵，而是让学生被动地接受定律的内容，甚至为了解题而记住相关结论。这不仅违背新课改的三维目标，即使是传统教育也是不允许的。

不重视牛顿第一定律教学未必能达到应试所需要的效果。前面提到一些学生通过记住牛顿第一定律的相关结论而得到了正确答案，但学生正确的物理思想并没有形成，“力是维持物体运动的原因”的观念肯定会影响他的判断。而且随着时间的推移，问题的复杂，这种影响的负面效应将更加明显。

因此，无论是新课改的要求，还是应试的目的，轻视牛顿第一定律教学都是不可取的。

对策之二：认真学习相关知识，教师自己成为牛顿第一定律的接受者和捍卫者。

首先，要了解建立牛顿第一定律的相关历史知识。让学生了解亚里士多德、伽利略、牛顿等物理学家在牛顿第一定律建立过程所担任的角色和作出的贡献。

其次，要充分理解相关概念，为解释教学过程中可能出现的问题做好充分准备。

先来回顾一下牛顿第一定律的内容：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

“一切物体”：有不少教师将“一切物体”解释成是气态、液态、固态等情形，这种说法是不对的。一切物体是指地下与天上物体，天上物体和地下物体遵守着同样的规律，它们之间没有任何质的区别。牛顿第一定律中所包含的这几个字是对哥白尼所阐述的新天文学理论的绝对支持，我们也看到这一结果的得来花了多大的代价——布鲁诺为此被烧死在火刑柱上。

“惯性”：牛顿在自然哲学著作中关于惯性定义还作了这样的叙述：惯性是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力，所以物体的惯性总是以保持“原状”和“反抗”改变两种形式表现出来。（1）当物体不受外力或合外力为零时，惯性表现为保持原来运动状态不变，即静止或匀速直线运动状态。（2）当物体受到外力作用时，惯性表现为反抗运动状态改变，企图保持原来的运动状态不变。物体的质量越大这种反抗作用越明显。同样拉动一个小孩比拉动一个大人要容易的多，是因为大人质量大，惯性大，反抗改变他的运动状态效果更明显。

通过上述两方面去认识物体的惯性，显然物体的惯性与物体是否受力，是否运动，以及做怎样的运动无关。惯性是一切物体的固有属性，不能克服，也不会消失。也就是说一切物体都有惯性，惯性是物体固有的，只要这干物体存在，它就有惯性，它的大小与物体的质量有关。

“物体运动状态的改变”：既包括物体速度的大小的改变，又包括物体速度的方向的改变，还包括速度的大小和方向同时发生改变。要把“改变物体的运动状态”与“使物体停下来”区别开来，“使物体停下来”是“改变物体运动状态”的一种情况。认识到这一点，本文开始一道选择题的C选项“汽车的速度越大，越难停下，则物体的速度越大惯性越大”的判断就不成问题了。

另外，还要弄懂牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系。

牛顿第一定律描述了物体不受外力作用，或者所受的合外力为零时，物体将保持原来的运动状态—匀速直线运动状态或静止状态。应该指出的是，从力学发展历史看，从理论的完备性看，第一定律是一个独立的定律，它不仅说明了物体不受外力（或合外力为零）时的运动规律，还给出了力和惯性的涵义。因此，不能把牛顿第一定律看成是第二定律的一个特例，更不能用第二定律代替或概括。我们可以这样来描述两者之间的关系，牛顿第一定律指出：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。那么外力和物体运动状态改变之间到底有着怎样的关系呢？这个问题可以由牛顿第二定律来回答。由此可见，牛顿第一定律是牛顿第二定律产生的前提，牛顿第二定律是牛顿第一定律研究的延伸。

对策之三：认真设计教学，促进学生物理思想形成。

设计要点一：重视科学方法与科学精神教育。牛顿第一定律不仅在物理学上占有重要地位，而且在物理教学中也具有很好的教育价值。在教学中，不仅应当注重定律本身内容的教学，而且要强调定律得出所运用的科学方法（包括理论实验的方法和科学推理方法），还要结合定律的教学，潜移默化地对学生进行科学精神教育。“力是维持物体运动的原因”的观点所以能延续两千多年，正是由于人们过分相信了“直觉”而没拿起“实验”这一科学研究的武器。爱因斯坦对伽利略的工作给予很高的评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思思史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”。引导学生树立起科学的怀疑精神，树立实践是检验真理的唯一标准的信念。这样融知识、方法和精神于一体的教学，才能体现牛顿第一定律教学的全部内涵。

设计要点二：方法多样，时间充足。无论是破除“力是维持物体运动的原因”的错误思想，建立“力是改变物体运动状态的原因”的正确思想，还是理解牛顿第一定律的内容，尤其是惯性的概念，都不是一件容易的事。在教学过程中可运用讨论法、实验探究法、理论推导法、情境教学法等方法，让学生在充分参与、观察、思考和体验中，促使认知结构的解体和新认知结构的建构。

设计要点三：不断强化，持之以恒。破除一个统治人们思想两千多年而又符合人们日常经验的观点，建立一个新的观点是很困难的，这个过程是相当缓慢。这需要在教学过程中不断强化，持之以恒，包括习题的命制和讲评。另外，在考试中也可经常用新的情境问题考查学生对于牛顿第一定律的掌握程度。

美国心理学教授加德纳的多元智能理论认为人的智能是多元的，数学逻辑智能是其中之一。物理这门科目，不仅是一系列公式和一系列计算的叠加，物理概念间的逻辑关系也是非常丰富，牛顿第一定律更是如此。忽视了牛顿第一定律的教学，也就放弃了运用牛顿第一定律的教学培养学生数学逻辑智能的机会，对学生们的物理学习不能不说是个巨大的损失。在物理教学中每一位教师都有责任排除障碍，想方设法，强化牛顿第一定律的教学。

[参考文献]

[1]李忠.牛顿第一定律在经典力学理论系统中的重要地位——兼论重视牛顿第一定律的概念教学.物理教师，1995（04）.

[2]王诗锋.几位科学家对牛顿第一定律的贡献.中学物理教学参考，2009（05）.