高中鲁科版第1节 牛顿第一定律获奖教案

《牛顿第一定律》教学设计

一、三维目标

　　1．知识与技能

　　⑴体会伽利略的理想实验思想方法。

　　⑵理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。

　　⑶理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。

　　2．过程与方法

　　⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。

　　⑵理解理想实验是科学研究的重要方法。

　　3．情感态度与价值观

　　⑴通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。

　　⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。

二、教材分析

　　牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。

　　高中教材与初中相比，主要有四方面的不同。

　　一是定律内容深浅不同：初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持静止状态或匀速直线运动状态”；高中教材叙述为“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。高中教材中的表述具有更为丰富的内涵，它强调了力是改变物体运动状态的原因，突出了第一定律的独立性和重要意义，也为学习牛顿第二定律做了一定的铺垫。

　　二是惯性的认识层次不同：初中强调一切物体都有惯性，高中侧重惯性与质量的关系。

　　三是实验的设计、探究及思维深度不同：初中为斜面小车实验；高中为伽利略理想实验，突出了理想实验这种科学方法的价值所在。

　　四是情感、态度、价值观的体现不同：初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过，高中教材回顾了牛顿第一定律得出的整个历史过程，让学生体会一个规律的获得是一代又一代科学家们努力探索的结果，能够激发学生追求科学，勇于创新的情感。

三、学情分析

　　经过初中的学习，学生初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是对于牛顿第一定律的物理学史内容几乎没有了解，即使了解也是过于片面和偏激，科学的探究过程是一代代人不断努力的结果，中间要经历很多的失败和挫折，但是这些没有阻断人们科学探究真知的步伐，总结前人的观点，不断的激发自己的创新和创造灵感，勇敢的付诸实践，最终得到科学真理。这些物理学史内容有很好的教育价值和教育意义。

　　学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，凭借自己的生活经验，认为速度也是惯性的量度。教师要在课堂上充分引导，配合实验、结合生活事例来澄清概念。

　　教学实践表明，学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程，并非一帆风顺，常常形成与亚里士多德相似的观点，且根深蒂固。处理具体的实际问题时，一些直觉的错误观点不时冒出来，存在着严重的"口是心非"问题。

四、教学重难点

　　1．教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律；惯性的理解。

　　2．教学难点：力和运动的关系；惯性和质量的关系。

五、教研课题

物理学史在教学中的有效渗透的研究

六、教学方法

微课教学法、实验探究、讲授法、讨论法。

七、教具

自制伽利略理想实验教具、微课视频、气垫导轨、滑块、小车、轨道、教学课件、光电门传感器、铁架台、气泵、传感器软件、希沃白板、手机或Pad等移动终端。

五、教学活动和过程设计

（一）实验微视频，引入课题

用手机链接希沃白板，用手机或Pad等移动终端扫描课件中的二维码，观看课题组自制的微课视频，即生鸡蛋碰撞实验过程，实验中用运动的鸡蛋用实验中的问题引入新课。

【设计意图】

通过实验小视频引入新课，可以极大的调动学生学习新知识的兴趣，学生带着思考和兴趣进入新课的学习，可以极大的提升课堂的效率，而且实验视频可以反复观看，学生们可以就实验视频中提出的问题在课后进行讨论，极大的拓展和补充了课堂学习的不足。

（二）回顾历史，探究定律

　  1．历史观点的碰撞

（1）亚里士多德和伽利略的观点对比

（2）设计实验一：

①绳子拉车车就动，不拉不动（如图1）

②细致观察，手停止运动，车子并没有马上停止运动（如图2）

③减小摩擦，用有轮子的一面做实验，撤去拉力后车子滑行得更远（如图3）。

（3）设计实验二：

气垫导轨实验（如图4），通过光电门测出滑块在导轨上任意两点的速度，滑块看上去做匀速，实践还是在做减速运动，说明现在科技如此发达，但是无法找到一个完全没有摩擦的环境。

【设计意图】

通过气垫导轨实验，让学生知道就现在的科技水平都无法找到一个没有摩擦的环境，伽利略是如何让大家心服口服的相信他的观点。可以很好的过渡到伽利略的理想实验，并有效激发学生进一步探究和学习理想实验的兴趣。

2.体验理想实验的魅力

【演示实验】演示伽利略摆实验。

①球从等高点释放，经过向下加速摆到最低点，再向上减速摆到等高点。

②在中间插上钉子，摆球下摆过程中间摆绳被钉子绊到，但是小球仍然能够到达等高点。

③换一个位置插上钉子，摆球下摆过程中间摆绳被钉子绊到，但是小球仍然能够到达等高点。

【演示实验】演示伽利略理想实验。

【设计意图】

伽利略从伽利略摆得到启发，设计了伽利略理想实验，

通过伽利略摆到伽利略理想实验，层层递进，展现伽利略设计实验的巧妙方法，并且很好的还原了物理学史过程，让学生明白理想实验的科学探究过程，激发学生对理想实验的探索欲和创造力。伽利略摆实验可以为理想实验做个很好的铺垫。

通过演示和教师的启发引导，体验理想实验过程和推理的魅力，让学生知道通过实验，并经过理想化的处理，发挥理想思维的力量最终可以大大超越科技水平的限制。伽利略理想实验给我们的不仅仅是一个结论，更重要的是留给我们一个有效的科学研究的方法，即实验加推理的科学研究方法。

3.牛顿第一定律

【PPT课件】呈现伽利略和笛卡尔的观点和伽利略的观点，让学生进行对比分析，找出笛卡尔补充和完善了哪些内容。

【设计意图】

通过师生共同品味牛顿第一定律，使学生知道牛顿第一定律的适用范围是一切物体，并且首次提出了平衡状态，即“匀速直线运动状态”和“静止状态”，并且解决了物体运动的原因是为了保持原来的运动状态，即物体具有“惯性”，并指出力是改变物体运动状态的原因。通过剖析知道牛顿第一定律是对伽利略和笛卡尔等科学家观点的总结、归纳和提升，明确了力和运动的关系，并且提出了很多全新的物理概念。

（三）认识惯性及惯性的大小

1．回顾惯性的概念

【视频播放】人跳远、小狗跳远视频、奇幻烟圈、汽车碰撞瞬间

2．进一步认识惯性及惯性的大小

讨论：惯性的大小由哪些因素决定？让学生通过例举生活中的实例说明自己的观点

    【视频播放】播放飞行员为了躲避飞弹的袭击，在飞行过程中抛弃副油箱的视频片段。

    【视频播放】播放太空舱中的失重环境视频片段。

 讨论：在太空的失重环境，以一定的速度推出一个铅球，碰到人的头是否会痛？让学生辨析惯性是否更力有关。

【设计意图】

惯性是留给学生印象很深刻、很重要的物理概念，通过生活实例和视频回忆了初中惯性知识，激发了学生学习的兴趣。通过进一步学习知道惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度，通过讨论和辨析知道惯性大小的唯一量度是质量，与运动状态和物体受力情况是无关的。通过学习提升了对惯性的理解。

    （四）总结与应用

     1、总结与归纳

     回顾牛顿第一定律的科学发展史

     ①亚里斯多德、伽利略、笛卡尔、牛顿等几代科学家的科学探究和传承。

②科学研究方法：经验得结论→实验+推理得结论

     2、应用与提升

    如果课堂有时间剩余，让学生分组讨论，请学生自己应用这堂课学过的知识来解释课前的小实验，静止的鸡蛋为什么容易破。教师启发引导，并总结学生观点

    如果课堂没有时间剩余可以让学生课后用手机或Pad等移动终端扫描课件中的二维码看课题组自己制作的微课视频，看视频中解释的是否和自己想的一样。

  【设计意图】

    通过总结梳理，让学生知道牛顿第一定律科学发展史是一个漫长的科学探究过程，经历了亚里士多德、伽利略、笛卡尔和牛顿等科学家的不懈努力和探索，是一种科学的传承，同时牛顿第一定律的建立过程标志着科学研究方法的进步和飞越，有效的渗透了物理学史教育。

通过对课前问题的讨论，收尾呼应，很好的做到了从物理到生活，在从生活到物理的过程，加强了学生对本节课所学知识的理解和应用能力。学生应用所学知识解决了课前的问题，使得学生体验到的成就感，并提升了他们解决问题的能力和学习物理的兴趣。

六、教学设计反思

牛顿第一定律的最终得出历经几代科学家的探索和发现过程，是一堂生动的物理学史教育课，上好这堂课能够让学生对物理的科学本质有全新的认识，同时让学生认识到科学推理和物理实验是物理学研究的重要方法，从而真正达成牛顿第一定律教学的三维目标任务。

这堂课所设计的实验“气垫导轨实验”、“伽利略摆实验”、“伽利略理想斜面实验”是为了突破本节课的重点，即牛顿第一定律的得出过程这一科学发展史，因此在教学时间分配上更多的侧重于这个重点内容，让学士理解每位科学家的贡献，充分理解牛顿第一定律的物理学史内容。

学生在初中就已经接触过惯性的内容，所以在惯性的教学中主要发挥学生的能动性，积极的发别自己的观点，在课前和课后准备了微课视频，收尾呼应，让学生通过本节课的学习，并应用所学的知识去解决生活中的物理问题，从而实现生活到物理，物理到生活的过程，让学生真正对物理学习产生兴趣。