基于物理核心素养的《牛顿第一定律》教学设计

蒋炜波

《牛顿第一定律》是连接运动学与力学的纽带，是运动与力的物理观念的基础，在中学物理中有着极为重要的地位。首先，要学习力和运动的关系，初步培养学生从力和运动的关系角度去认识客观世界;其次，要掌握“可靠的实验+合理的推理”的科学推理法，完成现实中无法完成的理想实验;再次，要通过实验探究力与运动的关系，培养学生的科学探究意识。最后，要联系社会实际，体会牛顿第一定律在生产生活中的应用。

基于此，我在本节课的设计中将牛顿第一定律的探究问题一分为二，通过两个问题着重突出实验探究环节，并结合具体问题的分析，启发学生思考探讨，为将来学习牛顿第二定律留下伏笔。

教学分析

本节内容选用教材为北师大版八年级物理（下册）第七章《运动和力》中的第7节。教材的情景素材丰富，注重科学探究和联系生活实际，符合学生的思维能力水平和已有的认知基础。

教学以学生为主体，引导学生利用科学探究的方法解决实际问题，注重对学生的激励和启发。为了保证课堂的连续性和高效性，本节课只针对牛顿第一定律进行教学，用实验探究的方法充分地突破学习难点。教学中充分运用实验创设情境，通过学生参与体验的方式，让学生亲身感受牛顿第一定律的建立过程。最后通过案例分析讨论，帮助学生体会牛顿第一定律的局限性。

在知识与技能上，期望学生学习牛顿第一定律，并能利用牛顿第一定律去解释生产生活中的现象。在过程与方法上，期望学生完整经历科学探究的过程，学习科学推理的方法。在情感态度价值观上，期望学生感受牛顿第一定律在实践中的应用，认识到物理规律都有一定的适用范围。

这节课的教学重点是力与运动的关系的认识及科学推理法的应用，教学难点是让学生亲身体验力与运动的关系，从而培养基本的动力观。

教学过程

环节1：创设情境—初识运动和力

以生活中的常见现象为素材创设情境，通过设问引起学生的关注和思考。同时，明确本节课的探究主题，学生对于探究问题的猜想将直接为后续的探究学习作好铺垫。

教学中，教师先设问，如果用手推动小车，你会看到什么现象，手松开后又会看到什么现象？然后教师演示实验——推动静止在地面上的轮椅小车。学生发现用力推动小车，小车运动了起来;手松开后，小车继续运动一段距离后停了下来。此时引导学生猜想小车从静止到运动、从运动到静止的原因，引入对运动与力的关系研究。通过分析将研究问题拆分成两部分：一是运动的物体为什么会停下来;二是静止的物体为什么会运动起来。

环节2：实验探究—运动的物体为什么会停下来？

通过“弹射小车实验”验证学生“摩擦力让小车停下来”的观点，引导学生发现轨道表面的粗糙程度影响小车的滑行距离，进而思考不受力的小车将会怎样，科学推理水到渠成。

教学中，让学生用“弹射小车实验”验证“小车停下来是因为受到接触表面的摩擦力”的猜想，更换不同粗糙程度的轨道表面重复试验，学生发现小车最终都能够停下来。此时教师设问，在不同粗糙程度的轨道表面上，小车受到的摩擦力一样吗，滑行的距离一样吗，有什么规律？于是，学生开始关注和思考摩擦力的大小对小车滑行距离的影响。教师帮助学生坐在小车上体验“弹射小车实验”，并引导学生注意对变量的控制。学生比较后得出结论：在相同条件下，小车受到的摩擦力越大，滑行距离越小。教师引导学生在实验基础上，经过科学推理得到结论：不受力的物体可以处于匀速直线运动状态。

环节3：实验探究—静止的物体为什么能运动起来？

通过拉动物块的实验，强化学生练习应用科学推理法。此外，得到“不受力的物体可以处于静止状态”的结论，与上一环节的实验结论相呼应，有利于学生正确得出牛顿第一定律，形成完整的动力观。

教学中，先让一名学生展示他拉动物块的过程，教师设问，在拉动物块的过程中，弹簧测力计的示数是如何变化，为什么开始有拉力的作用物块却没有运动？学生交流彼此的想法。教师设问，在不同的材料表面是否都是这样？并让学生在不同的材料表面用测力计将同一个物块从静止逐渐拉动，观察物块刚好要运动时的测力计示数。学生发现，当物体受到的拉力不超过某一个临界值时，物块都是处于静止状态，而且在粗糙程度不同的表面，拉力的临界值也不一样，越光滑的表面临界值越小。教师再设问，完全光滑的表面，物块要保持静止，拉力不能超过多少？学生自然地回答出“0牛”。

最后利用科学推理的方法引导学生得到结论：不受力的物体可以处于静止状态。同时，教师还要结合拉动物块的实验引导学生分析，此处的不受力也可以理解为受合力为零。

环节4：归纳总结—牛顿第一定律

让学生在真实情境中体验和经历牛顿第一定律的建立过程，通过归纳总结进一步加深学生对运动与力的关系的理解。

教学中，通过对问题“物体为什么会停下来”和“物体为什么会运动起来”的实验探究，学生已经掌握了丰富的用于得出牛顿第一定律的素材，教师引导学生顺利得到牛顿第一定律：一切不受力的物体保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到有外力使它改变状态为止。同时，教师引导学生认识到，物体不受力的情况是不存在的，因此，通常将不受力弱化为合力为零。

环节5：课堂延伸—科学态度与责任的培养

以牛顿第一定律在中国高铁建设中的应用为例，一方面增强学生对科技力量的认识，培养学生对国家民族的自豪感和荣誉感，另一方面分析出牛顿第一定律的不足，激发学生学习兴趣。

教学中，通过阅读材料向学生介绍中国高铁建设取得的成就，引导学生分析，如何才能让质量这么大的高铁列车达到那么快的运动速度？学生大都能想到需要施加给列车一个很大的力。教师设问，在运动过程中除了增大动力，还能做些什么？学生会迅速想到减小阻力，如地面摩擦、空气阻力等。

教师再设问，时速2000km/h和4000km/h的超 级列车，其空气阻力已经非常大，摩擦生热很可能 让列车燃烧起来，怎么办？学生交流讨论后提出大胆的设计，如利用磁悬浮技术将列车悬浮起来，让列车在真空管道中行驶等。

教师最后设问，如果高铁列车速度达到超高速运行，究竟需要多大的力？牛顿第一定律能告诉我们吗？学生发现牛顿第一定律只是一个定性的定律，不能定量计算，教师启发并鼓励学生继续深入学习。

教学反思

本节课在实验设计和教学设计方面着重突出物理核心素养的培养，以实验探究为主线，较好地达成教学目标。不论是动力观养成方面，还是科学探究、科学思维和科学态度与责任方面，都落实了学生核心素养的培养。创新的同时不可避免会产生一些问题，如教材中的演示实验并没有在教学中展示和使用;实验探究虽然充分但耗时较多，因此惯性知识只能在另一节课完成等。

专家点评

丁光成（清华大学附属中学物理教师，北京市正高级教师、特级教师）

设计者在教学目标上大胆提出了核心素养的落实任务，并以此调整了教学设计。设计中抓住了科学探究这一核心要素，做到了学生真正自己去进行探究和自己去寻找答案。

为了能在有限的教学实践中透徹地进行实验探究，设计者调整了教学切入角度，从“物体为什么会停下来”和“物体为什么会运动起来”两个问题来展开。这种大胆创新的设计避免了直接研究不受力物体的运动情形所带来的突兀，使教学变得更加自然顺畅。学生也为牛顿第一定律的得出积累了更加充分的素材，有利于学生全面深刻理解牛顿第一定律的本质。

真人体验弹射小车的实验，既引起了学生对这节课的极大兴趣与关注，又为学生创设了生动的、可感受的运动与力的情景，有利于学生形成运动与力的基本观念。最后通过案例分析以及学生的交流讨论，将科学态度与责任的培养渗透在教学之中，让学生感受到了祖国的日益强大和科技的力量，也初步认识到牛顿第一定律的局限之处，较好地培养了学生的科学态度与责任。

整体上这节课的教学设计非常有创意，是一个符合物理核心素养培养要求的典范设计案例，其设计经验值得借鉴。

编辑 _ 汤灏