物理学史在中学物理教学中的应用

陈文鑫

摘 要：物理学史在物理教学中的渗透有助于活跃学生的思维，提高学生的科学素养，有效地进行探究学习。本文利用物理学史进行物理教学实践，以初中《牛顿第一定律》一节的教学设计为例，诠释了物理学史在中学物理教学中的应用。

关键词：物理学史；物理教学；牛顿第一定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）6-0025-3

牛顿第一定律是由伽利略、笛卡儿到牛顿几位科学家努力总结出来的自然定律。通常牛顿第一定律的教学是按这样的顺序进行：先演示实验引出课题，然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论，提出“力是改变物体运动状态的原因”的观点，进一步通过演示斜面小车实验证明牛顿第一定律，最后运用定律解决问题。经历这样的教学过程，学生可以做到把定律的内容一字不差地背诵，但在具体处理问题时，仍然存在很多的问题。

1 设计思想

牛顿第一定律的建立经历了一个曲折漫长的历史过程，许多老师对该段发展史仅一语带过。事实上，学生的学习将大体重演这一过程。因此，教师在教学中可以充分利用这一现成的课程资源，再现科学家的探索过程，引导学生自主阅读，让学生“重走”物理学家的发现之路。

2 教学过程

2.1 新课导入

师：前面我们分别学习了运动学和力学，那么，力与运动有没有什么关系呢？带着这个问题，今天我们就来重走历史，看看历史上，科学家们对“力与运动关系”的描述。

2.2 新课教学

师：首先是亚里士多德发表了言论。

2.2.1 展示阅读资料一：亚里士多德关于“力与运动”的描述（图1）

师：亚里士多德有关“力与运动”的观点是怎样的？

生：物体只有在外力推动下才能运动，外力停止，运动也就停止。

教师演示生活实例：推粉笔盒

师：生活经验告诉我们，给力，物体就运动起来，不给力，物体就停止运动。物体的运动好像确实需要力来维持。但这只是亚里士多德的观点，在亚里士多德之后，伽利略对“力与运动的关系”也做出了研究。

2.2.2 展示阅读资料二：伽利略谈“力与运动”（图2）

师：阅读资料中伽利略关于“力与运动关系”的观点又是怎样的呢？

生：物体的运动不需要力来维持，运动的物体没有力也可以继续以该速度一直运动下去。

师：该观点完全否定了亚里士多德“物体的运动需要力来维持”的说法。两种观点哪一种是正确的呢？

【学生举例】【老师引导】

生活中的体验——足球运动。

1）开始，足球只是静止在草坪上。接着运动员与球接触，一踢，给了球一个力的作用，球就飞出去了。

给力，足球才运动起来，这符合亚里士多德的观点。

2）之后，运动员与球脱离接触，运动员给球还有没有力？（没有了）但球仍然在运动。

当撤去人给球的力，球还是能继续运动，这就与亚里士多德的观点不符合了。

3）最后，足球会落在草坪上，滚来滚去至静止。

师：为什么足球最终会停止运动？

生：因为足球受到了摩擦阻力的作用。

从足球运动中得出结论：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

师：我们再来看看伽利略的观点（图2），他还说了“运动的物体没有力也可以继续以该速度一直运动下去”。他为什么又得出这样的结论呢？下面，我们就一起来看看，当年伽利略是怎样探究的？

2.2.3 展示阅读资料三：伽利略的探究过程（图3）

学生从阅读中认识伽利略的自然观察，及其对自然观察的合理推想，了解其探究过程。

师：为了证明其结论，伽利略设计了一个实验。

2.2.4 展示阅读资料四：伽利略的理想斜面实验（图4）

学生阅读资料，教师再次演示理想斜面实验。

【教师引导】

在这两个对接的光滑斜面上，首先，让小球从斜面一侧由静止滚下，小球将滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将在另一斜面上怎么样？——达到原来的高度。（图5）

继续第二个斜面的倾角，小球还是要达到原来的高度，就会滚得更远一些。（图7）

最后，将倾角减小到零，即第二个斜面完全被放平。小球还是想达到原来的高度，但它却怎么样也达不到原来的高度，就将怎样运动？——一直运动下去。（图8）

师：伽利略就通过理想斜面实验，证实了自己的观点。但在历史上，关于亚里士多德和伽利略的争论，并没有如此轻易地就分出了胜负。这是由亚里士多德的地位和当时的宗教信仰决定的。让我们来看看，亚里士多德在当时的地位和科学成就。

2.2.5 展示阅读资料五：亚里士多德的地位，科学成就，当时的宗教信仰（图9）

学生从阅读资料中可以看到，亚里士多德的德高望重，以及当时人们被束缚在神学、教条的框框里。学生也体会到伽利略不迷信权威，敢于向传统的权威思想挑战的精神。

师：但伽利略的这个结论也不够完善。你们觉得不完善在哪里呢？

师：伽利略只说了运动的物体，那静止的物体呢？他也只说了物体是匀速运动，那物体的运动轨迹是直线，还是曲线呢？

师：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔，他发现其中的不完善，就进行了补充。

2.2.6 展示阅读资料六——笛卡尔的观点。（图10）

师：笛卡尔做出了怎样的补充？

生：除非物体受到力的作用，物体将永远保持在直线上运动。

【教师引导】

得出结论，笛卡尔从他数学家的角度，提出物体在不受外力的情况下，物体只能做直线运动，不能做曲线运动。

师：现在，伽利略、笛卡儿的正确观点都摆在了世人的面前。在隔了一代人之后，牛顿将对“力与运动关系”的探究，在前两位的基础上更进了一步，提出“静止的物体在不受外力时将保持静止状态”，并将所有的结论总结成了一条基本定律——牛顿第一定律。

牛顿第一定律内容：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。

师：今天，我们通过读历史知道了牛顿第一定律的发展过程。先是亚里士多德延续两千多年的错误，然后是伽利略的勇敢抗争，再到笛卡儿的补充，最后是牛顿，站在巨人的肩膀上总结出牛顿第一定律。

3 教学分析

在此教学过程中，教师紧紧围绕牛顿第一定律的发现过程，深入挖掘了物理学史中的相关素材，将牛顿第一定律的发现以历史原貌的形式展示给学生。学生的“重走”历史之路，不仅让他们自主建构了物理知识，深刻认识了牛顿第一定律，又让他们又能在阅读过程中学习物理学的研究方法，感受到科学结论得出的艰难，领略科学思维的力量和美，取得了较好的教学效果。

经教学实践证明：物理学史在物理教学中的渗透有助于活跃思维，增强科学意识，使学生更自觉地继承前人的事业，有效地进行探究学习。把物理学史的知识融于物理教学中，无疑具有重要价值，特别是实施新课程改革的今天更是迫切需要的，也是切实可行的。

参考文献：

[1]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]义务教育教科书《物理》八年级[M].上海：上海科学技术出版社，2012.

（栏目编辑 刘 荣）