《牛顿第一定律》教学中创新实验的探索与研究.doc
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1、牛顿第一定律教学中创新实验的探索与研究 牛顿第一定律是牛顿定律的基石,它定性阐述了运动与力的关系,打破了几千年来人们对于两者关系的错误认识,在物理学发展史上具有划时代的意义。牛顿第一定律的教学在中学物理教学中同样具有举足轻重的地位,一是如前所述,由定律本身的重要性决定,二是本节内容是科学教育与人文教育融合的典范, 完美的体现了物理学发展的历史性与逻辑性,因此,牛顿第一定律做为经典章节在各种场合被不断演绎,笔者有幸参加无锡市天一中学“聚焦新课堂”全国公开课活动,现将自己对于牛顿第一定律教学设计中的创新工作做简要的介绍。 1 研读教材,发现问题 人教版必修一教材中牛顿第一定律一节有这样一段文字“伽
2、利略认为,将人们引入歧途的是摩擦力,而在日常物体的运动中,摩擦力又是难以避免的,伽利略认为,这是摩擦阻力作用的结果,因为他同样还观察到,表面越光滑,球便会运动的越远。”这段文字详细阐述了伽利略当年采用斜面实验研究运动与力关系的过程,其中提到摩擦阻力对于人们正确认识运动与力关系的影响,摩擦阻力如同遮住眼睛的那片树叶,一叶障目,不见泰山,而这也恰恰成就了伽利略的伟大,他在斜面实验的基础上进一步提出了理想化的条件,若斜面光滑,钢球将能运动到达原来的高度,若将斜面放水平,钢球将永不停息运动下去,做匀速直线运动。中学课堂,教师在本节内容教学中往往借助伽利略理想实验模拟演示仪演示钢球在斜面上的运动,演示仪
3、一般有三个轨道,右侧轨道倾角依次减小直至水平,教师将钢球从左侧轨道同一高度静止释放,让其分别沿三个轨道运动,比较钢球到达右侧斜面最高点的高度与初始释放高度的关系以及每次钢球运动时间和路程的长短,最后再假设轨道光滑,猜想钢球的运动情况并得出规律。这样的探究过程设计未尝不可,但细细品味又觉得少了些味道,想来竟是摩擦阻力对钢球在同一轨道上运动的影响没有经过系统化、渐进式的探究和咀嚼,既然摩擦阻力是千百年来阻碍人们认识发展的障碍,那么对其深入研究是极其必要的。 2 创新实验,解决问题 首先,还原利用伽利略理想实验模拟演示仪的探究过程在同一轨道上由静止释放钢球,钢球几乎能回到原来释放高度,保证释放高度不
4、变,依次选用倾角逐渐减小的轨道,小球运动到最高点的时间变长、路程变大。进而提出猜想若小球与轨道间无摩擦阻力,将能完全运动到原来释放的高度,若将光滑斜面逐渐放至水平,小球将永不停息做匀速直线运动。笔者以为,这样的实验过程与推理方式在思维上不够严密,逻辑上缺乏层次。原因在于先哲已经指出了摩擦力是阻碍人们认识运动与力关系的障碍,而完全没有摩擦阻力又无法做到,以上探究过程中小球与轨道接触面的粗糙程度没有明显改变,学生的认识直接从有摩擦阻力跃迁到假设没有摩擦阻力,中间跨度较大,完全没有机会感受到由于钢球与轨道间摩擦阻力逐渐变化而产生的实验现象的变化,教材中“表面越光滑,球便会运动的越远”的场景在试验中没
5、能得到具体呈现。 笔者以为,可以让钢球与轨道间的摩擦阻力成为实验的一个变量,在同一轨道上,逐渐减小小球与轨道间的摩擦阻力,观察小球到达另一侧斜面最高点高度的变化,进而假设若两者间没有摩擦阻力,让学生猜想实验结果,这样的设计让思维更具梯度,逻辑更加清晰,理想化的假设才能顺理成章。如何改变钢球与轨道间的摩擦阻力?轨道难以改变,但可以改变钢球与轨道接触面的粗糙程度,笔者准备三个相同的钢球,其中一个表面裹上塑料胶带,另一个裹上锡箔纸,第三个不做处理,这样让球与轨道间的摩擦阻力逐渐改变,进而达到让摩擦阻力成为实验的变量。 3 创新实验下牛顿第一定律教学过程(片段) 3。1 新课导入 演示实验用力推动木块
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