牛顿第一定律的教学研究，在中学物理教学研究中早已不是一个新问题了．许多物理教育工作者对于这一定律的教学发表了自己颇有见地的教学见解，并且得到了满意的教学效果．
当我们在教学实践中运用这些教学策略时，我们发现，确实可以取得如同一些文献中所述的预期效果．然而，当我们设计一些新的情境让学生运用牛顿第一定律去解决问题时，令我们十分吃惊的是：学生对于牛顿第一定律的掌握程度却又非常之差．这使得我们困惑不解．为何对同一教学策略教学的结果的评价出现如此之大的偏差？是教师教的原因，还是学生学的原因，抑或两者兼而有之．这促使我们对牛顿第一定律的教学进行深层次的理性思考，进一步，我们从学生的认知心理上，对这一规律的教学进行了深入的研究．
1 通常牛顿第一定律的教学，一般是按教材编排顺序，先进行演示实验引出课题，然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论，消除“力是维持物体运动原因”的错误观念，进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性，最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象，从而完成整个教学过程．
为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况，我们曾用这样一道题目来检测学生．题目如下．你坐在向前匀速直线运动的汽车里，将手中的钥匙竖直上抛，问当钥匙落下来时是落在手里，还是落在手后面．全班56名同学在试卷上皆答：落在手后面．问其原因，皆曰：汽车在走，而钥匙抛出后不再向前走了．
2 怎样更好地改进牛顿第一定律的教学效果，使牛顿第一定律的教学效果真正是实实在在意义上的令人满足．我们认为，囿于一般形式上的教学方法的改进已是隔靴搔痒，而必须深入到学生的认知结构中去考察学生产生错误认识的根源．
认知心理学的理论告诉我们，学生学习物理概念、规律时所形成的错误，常常是由于其头脑中的前科学概念的影响．
所谓前科学概念，是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中，对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念．比如牛顿第一定律就是如此．在物理教学中，那种认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受，如果他们仍不理解，可以多讲几遍就能达到目的的想法，实践证明是过于天真了．因为在有些学生的经验中，早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因“的理论类似的观念．这样，当他们学习了牛顿第一定律之后，就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中，牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词．让他们解释用手推车、用脚踢球等一些不易暴露错误观念的生活实例时，他们也能解释得头头是道．但当解释用手抛钥匙、飞机扔炸弹的例子时，他们却又运用亚里士多德的理论去解释，其错误观念暴露无遗．这正是牛顿第一定律教学效果不佳的症结之所在．
3 研究和改进牛顿第一定律的教学，应当了解学生头脑中前科学概念的特点．
第一，学生头脑中的前科学概念是自发形成的．
过去，我们在教学中，常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”，教师可以在上面任意涂画，事实并非如此．学生在长期的生活实践当中，逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法．他们几乎每天都会看到物体在力的作用下运动，而在力停止作用时物体静止，于是主观地断言：有力，则物体运动；无力，则物体静止．这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论．
第二，学生头脑中的前科学概念具有隐蔽性．
由于学生头脑中前科学概念都在潜移默化中形成的，所以它以潜在的形式存在．这包含两方面的意义．其一是学生自己并没有意识到它的存在，因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念．其二是前科学概念平时并不表现出来，但往往在学生运用物理概念解决问题时表现出来．比如前述测验表明，许多有10多年教龄的初中物理教师头脑中也存在着牛顿第一定律的前科学概念，然而他们自己却并不知道．
第三，学生头脑中的前科学概念具有顽固性．
由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念，且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念．因此，学生头脑中的前科学慨念是非常顽固的．
国内外物理教育界近年来的一些研究表明：一旦学生对某些物理现象形成了前科学概念，要想加以转变是极其困难的．尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前科学概念，更是如此．
按照皮亚杰的理论，学生认识什么和如何行动，主要决定于他们所具有的认知图式（思维模式），而不完全取决于教师所讲述的内容．他们按照自己已有的图式吸收和排斥信息．在有错误认识存在的情形下，就会在头脑中形成和正确信息极不相同的东西．
4 在上述研究的基础上，我们对牛顿第一定律的教学提出如下教学建议．
（1）注重科学知识、科学方法与科学精神教育．
牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位，而且在物理教学中也具有很好的教育价值．在教学中，不仅应当注重科学知识教学（定律本身），而且要特别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，这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面．而且，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．为什么只有伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的错误结论？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，才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵．
（2）必须破除教师头脑中的前科学概念．
由于不少初中物理教师头脑中还具有牛顿第一定律的前科学概念，因此，很难想象出这些教师所教授出的学生头脑中的前科学概念能够加以破除．所以，破除教师自己头脑中前科学概念是牛顿第一定律教学的前提．
（3）破除学生头脑中的前科学概念．
由于在牛顿第一定律教学中学生头脑中存在着前科学概念，教师必须促使学生头脑中前科学概念的转变，在他们的头脑中引发认知冲突和危机，使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾，促使原结构的解体和新结构的建构．这种过程可以说是在学生头脑中引发了一场科学革命．
比如，除以上两个例子外，还可向学生布置如下一个问题．匀速向前行驶的汽车前后玻璃窗上各有一只蜜蜂．两只蜜蜂同时以相同的速度向前后窗飞去，问前窗蜜蜂先飞到后窗，还是后窗蜜蜂先飞到前窗？如果学生正确回答了这个问题，说明学生头脑中该问题上的前科学概念已经破除．否则，则认为仍然没有破除．
（4）坚持纠正前科学概念．
一、教学设计思想分析
1.体现科学探究的思想，促进学生学习方式的转变.让学生经历探究的过程，将科学探究与物理知识有机地结合起来，促进学生的全面发展.所以重点放在历史的回顾这一部分.
2.渗透物理思想、物理方法，这一节课要将伽利略的理想实验所需的教具和实验器材，提供给学生，让学生自己动手做实验，让学生自己解释物体停下来的原因.同时组织学生分组讨论，相互协助共同完成实验，体会伽利略理想实验的重要地位和作用，发挥实验的教育功能.
二、教学目标设置
结合教学设计的思想，旨在促进学生智能情多元化智能的发展，笔者在教学中设计了如下三维目标：
[HJ*4]
知识与能力1.通过阅读知道动力学认识发展的简史：知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论，知道理想实验是科学研究的重要方法.
2.理解牛顿第一定律的内容和意义.
3.知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象.
过程与方法1.通过学生自读，提高阅读理解能力.
2.通过学生自己动手做实验，组织学生分组讨论，相互协助共同完成实验.
情感、态度和价值观1.通过了解历史上人们认识力和运动的关系的艰难过程，使学生形成不迷信权威，敢于提出疑问的科学的学习态度.
2.培养学生主动学习、主动探究问题的习惯.
3.从课堂教学中让学生感觉到学习的成功愉悦感.[HJ2mm]
三、教学过程
[HJ*4]教学流程教师活动学生活动
设置
问题引入活动1第一、二章己经研究了物体是怎样运动的，这称之为运动学.物体为什么会做各种各样的运动，回答这个问题，需要研究运动和力的关系，这称之为动力学.今天开始学习牛顿运动定律.学生思考并进入学习状态
创设情境导出活动2演示：在桌面上推动物体从静止开始慢慢向前运动，撤掉推力，物体立即停止运动.
问：物体的运动需要力去维持，这是古腊哲学家亚里士多德早在两千多年前的总结，这观点对吗？
观察.生1答：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方.
生2答：1说得不对，初中学过物体不受力时可能做匀速直线运动.
实验探究提供器材：斜槽、小物块、毛巾、棉布、玻璃板.学生自主探究观察实验现象
活动3：学生综合分析问题问题1：细致观察三次实验，分析现象的异同点有那些？
问题2：从三次实验的观察结果来看，物体运动的距离不同，这是什么原因导致的？小组讨论，并推出代表回答问题[BG）F]
[BG（！]
问题拓展拓展1：物块滑行距离与其受到的水平面对它的阻力之间有什么关系？
拓展2：如果进一步减少物块运动时受到的阻力，直到阻力为0，你推断会看到什么现象？
讨论总结：物体在光滑的水平面上（不受摩擦力）将会一直匀速运动.（这恰是伽利略的猜想）
借助于媒体呈现情境如何验证猜想呢？伽利略是如何做的呢？
演播理想实验.
引导学生观察并质疑：
质疑①：阻力能完全消除吗？
②在倾角变为0后，生活中能否找到无限水平木板？学生先自学书第72页最下面一段，通过两个质疑联系“理想实验”，并联系教材领会：“伽利略理想实验的设计思路、思想方法.”
活动四：讲解、探讨问：牛顿第一定律的内容包含了怎样的意义？
介绍冰壶球运动分组讨论，推出代表回答.
揭示运动和力的关系.
活动五：问题再探究借助于生活中的“水枪”，介绍惯性的概念.
并引导学生对“惯性”进行思考：是不是任何物体都有这样的“本领”；这“本领”大小与什么因素有关？
观看录像.学生举例分析并总结结论：物体的惯性大小与物体的质量有关，与物体的运动状态和受力情况无关.质量是物体惯性大小的唯一量度.
课后问题延伸在完成课堂小结后，要求学生收集有关亚里士多德、伽利略、牛顿在物理学上的贡献，体会他们成功的经验.课外思考并继续探究[HJ3mm][HJ1.4mm]
四、教学反思
整节课下来，学生的学习表现与我的预设目标达成度相吻合.
1.学生的感受
下课后，笔者与所教班级学生交流，学生的感受是“很有趣且有收获”.在询问什么是牛顿第一定律，在规律的得到涉及到哪些物理学家，他们的观点是什么的时候，学生都能应对如流，可见学生通过这节课的学习达成了物理知识目标.那么，在询问整个研究过程，哪个环节印象最为深刻的时候，学生都能说出理想斜面实验，可见学生不仅仅习得了知识，还理解了研究物理问题的思想方法.当然学生的情感也得到了升华.
2.同行评价
这是一节公开课，当然课后有一个评课的过程，听课老师都给予了这节课高度的评价，肯定了教学的成功之处，整节课顺着物理规律发现和发展的轨迹一步步展开，还原了科学规律被发现的历史过程，同时又注重与教学实际，从生活中的情境出发引导学生自主探究式学习，学生在教师的主导下自主探究、交流讨论，最终实现了知识和规律的自主发现，真正体现了新课程的以生为本的教学要求，较好地达成了三维目标，发展了学生的能力.
3.自我反思
1两套教材对牛顿定律的处理比较
教材内容展开顺序的合理性取决于3方面因素的协调，即知识的逻辑结构、知识发展的顺序以及学生的认知规律．下面，笔者从以上3方面比较两套教材的处理．（1）从物理知识的逻辑结构看．从教材对牛顿定律的处理方式看，人教版严格按照牛顿三定律知识发展的历史顺序设置内容，先是牛顿第一定律、第二定律，最后是第三定律，并且从知识的逻辑顺序上牛顿第一定律的得出为第二定律奠定了思想基础，知识结构更为系统严密．而KPK虽然在教材整体框架的搭建上具有整体性，不过各节知识显得较为零散，衔接处理不够．然而编者编写KPK的意图也正在于此，他们试图打破原有的知识体系，实现课程的精简及现代化，也许这样可以更好地培养学生的思维，塑造应用型及创新性人才．（2）从物理知识发展的顺序看．人教版教材侧重历史，KPK则侧重未来．人教版内容严格按照物理学史的进程，还原了知识的探索道路；而KPK则认为“物理学的发展历史是一条错综复杂的道路，尽管存在着更容易到达相同目标的捷径，但我们在教学中还是把这条复杂的道路强加于学生身上．”［4］KPK选择了一种科学教学的统一的方法，充分利用在经典物理学与现代物理学中密切相关的物理量，不仅试图实现课程精简，也尝试实现物理课程的现代化．动量守恒定律本是牛顿定律的推论，但随着电磁学、热学、相对论、量子力学等现代物理学的发展，牛顿力学由于自身的不严谨已不再适用，而处于从属地位的动量守恒定律却依旧成立．KPK选择了动量这条“近路”．下面，笔者从牛顿定律与动量守恒定律的关系来展示知识发展顺序在两套教材中的差异．
人教版中动量的提出是沿着历史的足迹，在研究碰撞问题时发现mv这一物理量是不变的，因而意识到它的特殊意义．动量守恒定律是独立于牛顿运动定律提出，但编者又不可避免地从牛顿运动定律的角度对动量及动量守恒做出了推导，显然这种处理方法不能很好地体现动量及动量守恒定律是高于牛顿定律的宇宙法则．教材利用牛顿第二、第三定律结合运动学公式推导出动量守恒定律．推导过程如下：据牛顿第二定律，碰撞时两物体的加速度分别为现今大家已经十分熟悉牛顿第二定律的数学表达形式F＝ma，然而在当初，牛顿是通过动量来表达力与运动的关系．因此，人教版继上述推导之后，反过来用动量概念表示牛顿第二定律，为动量定理和冲量的讲述做铺垫．先假定物体受到恒力的作用，做匀变速直线运动．在时刻t物体的初速度为v，在时刻t′的末速度为v′，那么它KPK课程以实物型物理量为中心概念，用实物型量的流来构建整个课程，其中描述物体运动所需要的第一个实物型量即为动量，它是一个独立的基本物理量，并非导出量．作为描述运动的量，它的总量是不变的，并且可以在物体间流动．KPK中的动量在力学中扮演着和电学中的电荷量相同的角色．KPK体系把两个物体之间发生相互作用引起的动量变化，看成是动量在相互作用中从一个物体流出，流入另一个物体．而在一段时间Δt内，从一个物体流经另一个物体横截面的动量I（即传统力学中的冲量），必定会造成动量流入方的动量p的增加．根据动量守恒定律，有I＝Δp，即此式为就是牛顿力学中的动量定律．如果将F称为力，那么上式就是牛顿力学中最重要的牛顿第二定律．这与人教版中用动量概念表示牛顿第二定律的思路基本一致．但是KPK又不止于此，它将动量守恒定律进行扩展，最终统一了牛顿三定律．若两个物体之间没有任何动量流动，即没有任何相互作用，两个物体的动量都不会发生丝毫变化．这正是牛顿第一定律表达的思想．
两个物体发生相互作用时，如果把流入物体的动量记为Δp1，流出物体的动量记为Δp2，根据动量守恒定律，有Δp1＝－Δp2，即F1＝－F2．此式即为牛顿第三定律．综上所述，人教版严格遵循物理学史的发展顺序，从牛顿定律得出动量守恒定律；KPK则相反，用动量守恒定律统一了牛顿定律．（3）从是否符合学生的认知规律看．奥苏伯尔将学习分为3类：下位学习、上位学习、并列结合学习，［5］教材在编写时最好先呈现一个概括性较高的概念，然后逐步丰富这个概念的内容，使每一步学习都是丰富总括概念的下位学习．人教版力学的基础知识主要集中在第3章“相互作用”，其中包括重力、弹力、摩擦力、力的合成与分解，而牛顿定律则自成一章．编者明显将牛顿第三定律从相互作用中割裂出来，阻断了知识本身的联系，同时也阻碍了知识迁移的产生．不过，教材中看似先呈现了重力、弹力这些下位概念，实际是为牛顿定律的学习做铺垫，编者在“牛顿定律”最后一节通过讲述用牛顿运动定律解决问题，将下位概念统一在概括性较高的规律学习中，使学生对运动和力有了整体的认知．另外，奥苏伯尔还提出了比较性先行组织者，运用类比的方法将新概念与认知结构中现存的旧概念做联接，以获得新知识．这种方法是帮助学生将过去保存的知识与课本内容进行统整的有效方法之一．KPK依据认知结构迁移理论在教材中采用了大量的类比，例如利用具体的、可感知的水流类比抽象的动量流，通过类比电路中的节点定理、回路定理，建立了动量流的节点定理（见表2），为利用动量流描述牛顿定律奠定了基础。
2总结与启示
[关键词]牛顿运动定律值得注意的几点
[中图分类号]G633.7
[文献标识码]A
[文章编号]1674-6058（2016）32-0065
牛顿运动定律不仅是动力学的核心内容，而且是经典力学的重要基石之一，还是学生进一步学习功和能、冲量和动量等后续物理知识不可或缺的认知储备。牛顿运动定律建立的过程蕴藏了丰富的科学思想、科学方法、科学品质和人文底蕴，能够培养和提升学生核心素养中的创新意识、创新能力和自主学习能力等综合实践能力。因此，牛顿运动定律在高中物理教学中具有重要地位和作用。引导学生深刻理解、熟练运用牛顿运动定律是高中物理教学的重中之重。
一、“牛顿第一定律”教学中值得注意的几点
1.对“牛顿第一定律”的深入挖掘
牛顿第一定律破除了长达一千多年的亚里士多德的错误观念：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。改变了人类的自然观和世界观，深刻揭示了力和运动的关系：保持静止或原来运动状态是物体的固有属性――惯性；力不是维持物体速度（运动状态）的原因，而是改变物体速度（运动状态）的原因。这是力的作用效果的表现形式之一，隐含了力概念的定性含义――力是物体对物体的作用，为牛顿第二定律和牛顿第三定律的产生埋下了伏笔。因此，牛顿第一定律是牛顿第二定律和牛顿第三定律的基础。
2.客观、公正地评价前辈科学家
虽然伽利略和牛顿等科学家纠正了亚里士多德关于力和运动关系的错误观念，但今人不应苛求和轻视古人，因为，人类在一定的历史条件下对某种自然现象或事物的认识具有相对性，形成的理论是相对真理，随着时代的变迁，人类越来越聪慧，科学方法不断优化和创新，技术手段也与时俱进，人类对自然和世界的认识不断深入，逐步修正和完善相对真理。所以，我们绝不能否认亚里士多德对人类文明的贡献，亚里士多德是古希腊著名的哲学家、科学家、教育家和思想家，他的研究成果十分丰富，涉及天文、气象、生物、哲学、数学和物理等方面，他是西方文化的奠基人，是现实主义的鼻祖。他追求以世界的本来面目来说明各种自然现象，倡导从直觉和思维两个方面J知和研究事物。正是因为欠缺思辨和实验，才得出上述关于力和运动关系的错误结论。
3.明白牛顿虽然站在巨人的肩膀上，但牛顿的创新令人敬佩。
牛顿第一定律也称惯性定律，最初由伽利略提出。伽利略通过对接斜面的实验，发现小球沿对面斜面向上运动几乎达到原来的高度，如果不断减小对面斜面的倾角，小球沿该斜面运动的长度将不断增加，进而他创造性地提出了“理想实验”并得出结论：如果将对面的斜面改为水平面，则小球将永远运动下去而不需要外力来维持。于是伽利略提出：“任何速度一旦施加给一个物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可保持不变，不过这是只能在水平面上发生的一种情形。”这就是惯性定律的雏形；但是，伽利略认为的“水平面”是“各部分和地心等距离的球面”，显然，这是不妥当的。后来，笛卡尔通过进一步的深入研究，完善了伽利略提出的惯性定律，表述为：如果物体处在运动之中，那么如无其他原因作用的话，它将继续以同一速度在同一直线上运动，既不停下，也不偏离原来的方向。
牛顿继承并丰富、发展了伽利略和笛卡尔等科学家的观念，提出了惯性概念，明确了力的定义，给出了参考系的意义，铺垫了惯性系和非惯性系，认为静止和运动并没有区别，都是平衡状态，进而把惯性定律表述为牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
4.清楚牛顿第一定律虽然有实验支撑，但不能用实验直接验证
显然，牛顿第一定律是从大量自然和实验现象中抽象、概括出来的。由于外界对物体的作用力只可能尽量减小而不能完全消除，所以牛顿第一定律不能用实验直接严格验证。牛顿第一定律的正确性是靠它得出的推论在现实实际和无数实验中无一例外地被证实而得到证明的，进而成为牛顿物理学的基石。
二、“牛顿第二定律”教学中值得注意的几点
1.运用经典方法――“控制变量法”探究加速度与力、质量关系时的注意事项
（1）平衡摩擦力的时候，一定要认真、仔细，长板的倾角既不能小，又不能大，要恰好使小车的重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力及其他阻力，确保无牵引的小车在长板上做匀速直线运动。
（2）安装器材时，要调整滑轮的高度，使细绳与斜面平行，但是在平衡摩擦力的时候，一定要取下细线、砝码盘和其中的砝码。
（3）实验过程中一定要注意使砝码盘和盘中砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量。一般来说，砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%。
（4）改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车，且应在小车到达滑轮前及时按停小车。
2.对“探究加速度与力、质量关系”的思考和创新
随着现代教育技术的快速发展和教学理念的优化，物理实验的方法和技术也在不断地推陈出新，我们可借助DIS实验（数字化信息系统实验）从以下两个方面优化“探究加速度与力、质量关系”的实验。
（1）由于手工根据打点计时器打出的纸带上的点计算小车运动的加速度比较繁杂且耗时较长，有机械重复、浪费时间之嫌，故可用传感器测量小车的加速度a，在小车做匀加速运动的过程中，与位移传感器相连的计算机屏幕上可呈现出小车运动的V-t图像，在V-t图像上选取合适的区域，借助DIS的功能键可方便、快捷地获得小车加速度a的大小。
另外，在小车上安装细窄（0，5cm左右）的遮光片，利用两个光电门（同种规格）和数字毫秒计，也可很便捷地测出小车加速度a的大小。
（2）在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，为了将砝码盘及砝码的总重力大小mg视为细绳对小车的拉力大小F，要求满足条件“砝码盘和盘中砝码的总质量远小于小和车中砝码的总质量”。但是，随着砝码盘中砝码的不断增加，越来越不能满足上述实验条件。最终导致根据数据描绘相关图像时，图线的末端发生了弯曲，干扰实验结论的顺利得出。
为了突破上述难点，摒弃条件“砝码盘和盘中砝码的总质量远小于小车和车中砝码的总质量”，可借助力传感器直接测量细绳中拉力F的大小：将力传感器固定在小车的前端，牵引小车的细绳直接与力传感器相连，在小车加速运动的过程中，计算机屏幕上同步呈现拉力F随时间t变化的图像。采集实验数据时，只要在F-t图像上选择合适的区域，即可得到该区域内细绳拉力的平均值。
但是，这种实验方法要求力传感器的数据必须以无线方式传输，以免在小车运动的过程中传输线的移动影响小车的运动。另外，在用这种方式呈现细绳拉力的过程中，由于细绳有弹性且要绕过定滑轮快速运动，计算机屏幕上呈现的细绳中拉力F的大小会出现一些波动，为克服这一缺陷，可在图像上选取较大的区域，获得拉力F大小的平均值。
（4）牛顿第二定律定量给出了力的单位“牛顿”的物理意义。众所周知，力的单位是“牛顿”，1牛顿到底是多大？其物理意义是什么？总不能让学生一直停留在初中阶段定性的层面：1牛顿大约是两只普通鸡蛋的重量。
事实上，牛顿第二定律的一般表达式是F=kma，但常用的表达式是F=ma，k取1的意义是在国际单位制中定义1牛顿力的大小是使质量为1kg的物体获得1m/s2的加速度，即1N=1kg・m/s2。
三、“牛顿第三定律”教学中值得注意的几点
1.“牛顿第三定律”的内涵解读
2.“牛顿第三定律”的教学建议
鉴于高一学生在初中阶段已初步接触过物体间力的相互作用，基本知晓牛顿第三定律的内容。但为了帮助学生深刻体会相互作用力的特点，加深对牛顿第三定律的理解，课前布置学生先预习“牛顿第三定律”，然后分组自主设计实验验证：①作用力和反作用力反向、共线；②作用力和反作用力大小相等；③用实例分析、比较、归纳一对相互作用力与一对平衡力，并收集、整理凸显牛顿第三定律的趣味视频资料。上课时，教师先带领学生做一两个典型实验：①两个同规格的弹簧秤水平互拉；②用传感器探究作用力与反作用力的关系。然后学生们分组展示、交流自主设计的实验，教师做好组织和调控。课后布置学生并自制“水火箭”，探究影响“水火箭”上升高度的因素。
友情提醒：牛顿运动定律适用于低速、宏观的惯性系。
3.例题赏析
有人做过这样一个实验：如图所示，把鸡蛋A快速向另一个完全一样的静止的鸡蛋B撞去（用同一部分撞击），结果几乎每次都是被撞击的鸡蛋B被撞破。则下面说法正确的是（ ）。
A.鸡蛋A对B的作用力的大小等于鸡蛋B对A的作用力的大小
B，鸡蛋A对B的作用力的大小大于鸡蛋B对A的作用力的大小
C.鸡蛋A在碰撞的瞬间，其内蛋黄和蛋白由于惯性会对A蛋壳产生向前的作用力
D.鸡蛋A的碰撞部位除受到鸡蛋B对它的作用力外，还受到鸡蛋A中蛋黄和蛋白对它的作用力，所以其受力部位所受的合力较小
分析：本题考查了惯性、牛顿第三定律及物体运动状态改变等知识。为了正确解答此题，应注意以下几点：
（1）惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，物体的运动状态较难改变。反之，质量小的物体惯性小，物体的运动状态容易改变。
（2）惯性并不是一种力，物体的惯性总是以保持“原来状态”或反抗“状态改变”两种形式表现出来。
（3）惯性与物体是否受力、怎样受力无关；与物体是否运动、怎样运动无关；与物体所处的地理位置无关。
（4）外力作用于物体使物体的运动状态发生了改变，不能认为改变了物体的惯性。
（5）作用力与反作用力的关系可总结为“四同、三异、三无关”。
（6）区别一对作用力、反作用力与一对平衡力，最直观的方法是看作用点的位置和作用效果：一对平衡力作用在同一个物体上，使物体处于平衡状态；一对作用力与反作用力分别作用在两个物体上，这两个物体的状态（运动）不一定相同。
解析：鸡蛋A和鸡蛋B相互碰撞时，鸡蛋A对鸡蛋B的作用力和鸡蛋B对鸡蛋A的作用力是一对作用力与反作用力，一定大小相等，方向相反。所以选项A正确，选项B错误。在撞击的短暂过程中，鸡蛋A内的蛋黄和蛋白由于惯性，在速度减小的过程中，会对鸡蛋A的蛋壳内壁产生向前的作用力，从而使鸡蛋A的蛋壳与鸡蛋B蛋壳的接触处所受的合力比鸡蛋B的蛋壳与鸡蛋A蛋壳的接触处所受的合力小，因此鸡蛋B的蛋壳易被撞破，所以选项C、D正确。综上所述，本题的正确选项为ACD。
反思：应用牛顿第三定律分析问题时应注意以下两点。
一、从全局观点分析力学部分教材
从全局观点分析力学部分教材，揭示物理学的基本规律，有目的地提高学生的思维品质，增强学生的物理思维能力，对此应从以下三个方面认真分析教材．
1．力学教材的基本知识结构
牛顿运动定律是经典力学的基础，也是经典物理的基础之一．动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁．现行教材的体系是先讲静力学，后讲运动学，最后讲动力学．把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排，第三定律放在静力学中讲授．这种安排符合由易到难、循序渐进的原则．即学习静力学时，有牛顿第三定律作准备知识，学习牛顿第二定律时，有力的合成与分解作先行．通过静力学的教学，要求学生正确理解力的概念．
物体受力分析是力学中的关键，几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析，所以静力学教学是最重要的基础．
2．物理思维方式
思维是人脑对客观事物进行加工的过程，是人脑的功能，通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程．物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式．
在教材分析中掌握物理思维结构，就是要掌握怎样运用思维的基本形式（概念、推理、论证等）和思维的基本方法（比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等）以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力．
第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向，为物体受力分析做好准备．力的三要素，在初中已经讲过，对质点来说不会发生关于力的作用点的问题，而对刚体来说，力的作用效果除了跟力的大小和方向有关外，还跟力的作用点的位置有关．教材中虽然没有明确提出刚体概念，但所说的物体都是指刚体．力的作用点可以沿力的作用线移到刚体内任一点而不改变力的作用效果．因此，与其说力的作用点是一个要素，还不如说力的作用线是一个要素．物体的平衡，用了“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法；“力的分解和合成”用了分析、综合、等效的方法．
第二章“物体的运动”用了理想模型（过程模型）的方法．高中教材以初中教材为基础，先提出质点这个理想化模型，在研究物体在一直线上的运动以后，立即研究物体在一个平面内运动的有关概念、规律和描述方法．运动学是力学的重要组成部分，是学习其它各章的必备知识．对平面运动的速度的合成与分解运用了分析、综合、等效的方法．
第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论．虽然第一定律不能用实验直接证明，但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合，这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性．当今的实验已能近似地验证这个定律，例如用气垫导轨实验，运动物体——滑块在水平方向可以近似地认为不受力，因而它近似地做水平匀速直线运动．随着科学技术的日益发展，牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明．牛顿第二定律是通过实验归纳得出的．在功和能，机械能守恒定律，动量、动量守恒这几章中，主要是用了推理的方法．如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的．但应当明确一点，这是一条实验规律，是实践经验的总结，是客观规律的反映．这此规律能够相互推导，这说明它们之间存在着内在联系．动量定理出自于牛顿第二定律，又异于牛顿第二定律．牛顿第二定律是一个瞬时的关系，而动量定理则说明状态过程，它可以按过程始末状态处理物体的动量变化，而不必涉及过程的细节．如果只考虑两个物体的孤立体系，把牛顿第三定律与牛顿第二定律结合起来，就得到作用前后的总动量不变．我们可以用实验进行检验，牛顿也正是用这个方法验证牛顿第三定律的．
“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程，运用了动力学和运动学的基本规律，导出满足机械能和机械振动规律的新结论．
3．数学是表达物理学规律最精确的语言
在教学过程中，只有将教材的教学方法、结构搞清楚，才能达到运用数学方法解决物理问题的目的．在“力”这一章中，重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题．对物理矢量必须透彻理解，掌握其数学运算法则——矢量的平行四边形法则．引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比，体会矢量的质的差别，从而自觉地运用矢量运算法则．在“物体的运动”这一章中，先提出质点这个理想化模型，并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等．从数学角度分析这些量之间的函数关系（包括文字叙述、数学公式、函数图象等），再进行运动的合成与分解的矢量运算．
在“牛顿运动定律”这一章中，牛顿运动定律起着承上启下的作用，即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解，又能为顺利学习机械能和动量铺平道路．牛顿第二定律的数学表达式，只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的．教材由分析物体只受一个力产生加速度与力的关系，过渡到分析物体受几个力产生加速度，以及加速度与力的关系，从而概括出能适合各种情况的牛顿第二定律的数学表达式ΣF＝ma．在公式中，力与加速度都是矢量，故此式是一个矢量式．牛顿第二定律概括了力的独立性原理（或力的叠加原理），即几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度，应等于每个力单独作用时所产生的加速度的叠加——矢量和．在解题中，运用了正交分解法等基础知识．
机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上，讨论力的空间和时间积累效应，从而引出功和能、冲量和动量等概念．功和能将矢量运算变成了代数运算．教材从力对物体做功引出动能和动量定理，研究了重力、弹力做功的特点，引出势能的概念，得出在只有重力、弹力做功时，机械能守恒．最后，从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结．能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系．在讨论动量定理时，应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系，而动量定理则说明状态过程，应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时，只有在t0时，才是相等的．实验是讲述动量守恒定律的基础，教材这样处理是考虑到动量守恒定律的产生不是从牛顿运动定律推导得出的，而是一个独立的物理规律．而动量守恒定律的适用范围远远超出牛顿力学的适用范围．对动量守恒定律的数学表达式没有具体给出，目的是避免学生只是死记公式，注重培养学生学会运用物理规律对具体问题进行具体分析的能力．在应用动量守恒定律时，应选用惯性系，物体的动量mv、速度v的大小和方向也与参照系的选取有关．应特别注意计算同一系统中各部分的动量不能用不同的参照系．机械振动和机械波是较复杂的机械运动，它需要力学、圆周运动、运动图象等知识作基础．简谐运动是最简单、最基本的振动，是讲清波的关键．建立振动和波的联系与区别，是突破机械波教学难点的关键．
二、物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力
物理教学即要发展学生的智力，又要培养学生的能力，而后者较前者更为重要．从物理学本身来看，它研究的各种现象和规律是互相联系的．例如功和能的概念及能的转换和守恒定律，又渗透在各个分科中．教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的，运用最科学的方法传授给学生，又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力．要重视知识的传授，离开知识的掌握，能力的发展就成为无源之水，无本之木．
1．系统化结构化的教学
在中学物理教学中，贯穿力学的两条主线——动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律．这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律，与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律，是力学部分的重点知识．围绕这两条主线，要深入分析牛顿运动定律，为这两个定理打好基础．动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论，它们提供的表达式与牛顿运动定律等价，可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式，而不是什么新的表达式．但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一．它们的作用远远超出了机械运动的范围．
2．培养学生的独立实验能力和自学能力
要培养思想活跃，有创新精神和创造能力的人材，必须加强学生的实验能力和自学能力．物理实验是将自然界中各种物理现象在一定条件下，按照一定的物理规律创造一定的条件使它重现．做物理实验，必须满足于一定的条件才能获得预想的结果，如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算，是做好实验不可缺少的过程．让学生按照上述过程有目的的科学训练，自觉地掌握科学实验的规律，激发学生的学习积极性就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力．
【关键词】教材；牛D第一定律；比较；教学启示
一、中英教材中的《牛顿第一定律》内容表述
1.中国教材（人教版）
以前和现在的人教版的初中教材，关于牛顿第一定律，其内容表述均为：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
2.英国教材
由西南大学科学教育研究中心廖伯琴教授主译的英国中学主流教材《物理》中关于牛顿第一定律内容是这样表述的：如果一个物体受力平衡（合外力为零），那么：若物体是静止的，它将保持静止状态；若物体是运动的，它将以原来的速度保持匀速直线运动。
二、教材理念的差异及教学效果的差别
1.中国教材（人教版）编写理念及教学效果
（1）教材编写理念
牛顿第一定律是牛顿在伽利略、笛卡尔等人实验与推理的基础上经过进一步推理、总结而得出的，尤其是伽利略的斜面实验基础、结论与推理。因此，我国教材编写者在编写过程中注重尽量还原当时的实验情境、结论与推理结果，以更好地落实《物理课程标准》中的课程性质：“物理学不仅含有人类探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。”
（2）教学效果
在我国教材中，牛顿第一定律表述中成立的条件是物体不受力，而实际生活中是找不到不受力物体的，而且牛顿第一定律无法直接用实验验证得出，因此学生自然而然会在心理有一种排斥和难以置信感，尽管我们老师会不断地强调不受力相当于受平衡力，但也显得苍白。还有就是定律中后面的结论：保持静止状态或匀速直线运动状态。到底是保持静止还是做匀速直线运动，对于一个初中二年级的学生来说难以理解，需要教师做进一步的解释才能弄懂。笔者根据多年的教学及听课经历发现，在讲授《牛顿第一定律》这节内容时，教师通常要对牛顿第一定律进行解读，或引导学生对牛顿第一定律进行解读，以便让学生对牛顿第一定律进行进一步的理解，尽管如此，大多数学生还是不能正确理解。
2.英国教材编写理念及教学效果
（1）教材理念
英国主流教材编写者始终站在一个学习者的角度，把晦涩难懂的物理知识变得浅显易懂，把枯燥无味的物理学变得精彩无比、美妙绝伦。因此，在表述牛顿第一定律时尽可能让学生一看就明白，首先是成立条件上一目了然，不受力和受平衡力均适用牛顿第一定律；其次是结果上一目了然，即原来是静止的物体在不受力或受平衡力时依然静止，原来运动的物体在不受力或受平衡力时会保持原来的速度作匀速直线运动。因此，这样编写降低了知识的理解难度，便于学生学习。
（2）教学效果
笔者让一些学校的物理老师尝试用英国主流教材中牛顿第一定律的内容表述方式进行教学，结果是：学生的学习效果明显提升。以上述题目为例，大部分学生均能选出正确答案，错误率很低，原因在于英国教材中对于牛顿第一定律的表述非常清晰，即原来运动的物体不受力时，将会以原来的速度作匀速直线运动。可见，同样的内容，不同的表述方式，产生的结果会不一样。
三、对物理教学的启示
1.规律描述应言简意赅、一目了然
物理是从纷繁复杂的物质世界中研究物质、相互作用和运动规律的自然科学，具有简单美。因此，教学时也应该力求简洁，做到简单高效，尤其是在描述物理规律时应言简意赅、一目了然。例《牛顿第一定律》可采用英国教材中的描述方式，让学生一看就懂。
2.牢固树立“用教材教”的理念
不可否认，教材是学科专家根据课程标准精心编制而成，具有一定的普适性。但不同地区的学生心理特点及认识水平也存在着一定的差异，教材的编写内容与顺序也不一定适合所有的学生。因此，新课程改革要求我们教师要牢固树立“用教材教”的理念，创造性地使用教材、整合教材，而不要教教材，束缚于教材，例如：物理八年级下册（人教版）第七章第2节弹力中有个实验：“练习使用弹簧测力计”，可以与第3节重力中的实验：“探究重力的大小跟质量的关系”进行整合，合二为一，这样整合教材，不仅节约了教学时间，同时也达到了实验目的。
3.做到“深奥的知识浅显化”
在物理学中，总会一些知识比较抽象，令学生难以理解。如“比热容”这个物理量，学生在学习的过程中很难真正理解它的含义，是物理教学中的一个难点。在处理这个难点，我们教师除了在课堂上让学生做好“比较不同物质吸热的情况”这个实验外，还可以引导学生从“比热容”这个量的名称里面去理解，“比”就是“比较”的意思，“热”就是“吸热或放热”的意思，“容”就是“能力、本领”的意思，把这三个字的含义合起来，就是“比较物质吸热或放热能力”。这样，学生就不难理解了。
4.不断钻研，提升专业水平
只有学习，才会进步与提高，在教学过程中可以多看一些物理教学类的杂志，如《中学物理教学参考》、《物理教师》、《物理教学》、《物理之友》等；也可以看看国外的教材，特别是一些发达国家的教材，如美国、英国、荷兰等，了解异国的教育教学理念与教学素材；还可以多听课学习、与同伴交流、研讨等，不断地向书籍与同行学习，潜心钻研，加强反思，持续积累，提升自我教育教学能力。
总之，我们物理教师要牢固树立新课程理念，不断学习与创新教学方式，努力做到“深奥知识浅显化、枯燥知识趣味化、学科知识生活化”。
【参考文献】
[1]物理课程教材研究开发中心.八年级下册物理（义务教育教科书）[M].北京：人民教育出版社，2012：17∽17
一、牛顿第一运动定律即惯性定律仅给出力的定性的定义
牛顿第一运动定律即惯性定律，最早见诸于牛顿的名著《自然哲学的数学原理》一书，可译成：“每个物体继续保持其静止或沿一直线做等速运动的状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态。”这里给出的力的定义是定性的，不能看作是给力下了确切的定义。真正明确的，定量的力的定义是由牛顿第二运动定律给出的，力是产生加速度的原因。
二、牛顿第一运动定律即惯性定律没有定义惯性
认为牛顿第一运动定律即惯性定律定义了惯性的说法是不妥当的，所谓惯性即物体有保持静止或匀速直线运动的特性，是物体具有的一种本质属性，它与物体运动状态是否发生变化无关，可见惯性定律并不是用来解释物体这一具体属性的，只能说惯性定律给出了惯性这一概念，不能说是定义了惯性这个客观属性。
三、牛顿第一运动定律即惯性定律是一条独立的物理定律
把牛顿第一运动定律即惯性定律看做是牛顿第二运动定律的特例，这是一种似是而非的看法，是没有看到惯性定律也是一条重要力学定律的缘故。惯性定律首先揭示了维持物体运动的原因是物体的惯性，这就不是牛顿第二运动定律所能替代的。其次，惯性定律确定了运动定律在其中完全成立的参照系即惯性参照系。如果不是由第一运动定律建立了惯性系。那就无法正确表述其他运动定律。可见，惯性定律是一条重要的独立的物理学定律。
四、牛顿第一定律是一条客观规律
这一规律说明了物体具有惯性的性质，即原来静止的物体不受力时将保持静止状态，原来运动的物体将保持匀速直线运动状态，所以当没有外力改变物体运动状态时，物体将保持原来的运动状态。因此惯性是物体具有的一种性质，而牛顿第一定律是物体不受力时遵循的一条客观规律。
对于牛顿第一运动定律即惯性定律，我们可以概括地说，它是力学，也是整个物理学的出发点，它归纳了伽利略等人的科学成果并升华到理论高度，给出了力的定性定义、惯性概念和定义了惯性参照系。惯性定律不能通过其他物理定律或某个具体实验来获得，它是一条具有独立意义的重要定律。
关键词：物理定律；教学方法；多种多样
关键词：是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意：首先要明确、掌握有关物理概念，再通过实验归纳出结论，或在实验的基础上进行逻辑推理（如牛顿第一定律）。有些物理量的定义式与定律的表式相同，就必须加以区别（如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R＝U/I），且要弄清相关的物理定律之间的关系，还要明确定律的适用条件和范围。
（1）牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法，回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识；培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确：牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态，不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义，引入了惯性的概念，是研究整个力学的出发点，不能把它当作第二定律的特例；惯性质量不是状态量，也不是过程量，更不是一种力。惯性是物体的属性，不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时，应使学生理解和使用常用的措词：“物体因惯性要保持原来的运动状态，所以……”。教师还应该明确，牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系，但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时，常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
（2）牛顿第二定律在第一定律的基础上，从物体在外力作用下，它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达：物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意：公式F＝Kma中，比例系数K不是在任何情况下都等于1；a随F改变存在着瞬时关系；牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系，以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
（3）万有引力定律教学时应注意：①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程，卡文迪许测定万有引力恒量的实验，海王星、冥王星的发现等物理学史料，对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比（平方反比定律），减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式，只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也发现了它的局限性。
（4）机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来，因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理，在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化，就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量，用它来解决问题时，就可以不涉及状态变化的复杂过程（过程量被消去），使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件（只有系统内部的重力和弹力做功）。这个定律不适用的问题，可以利用动能定理或功能原理解决。
（5）动量守恒定律历史上，牛顿第二定律是以F＝dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来，主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相，就目前中学的实验条件来说，多数难以做到。即使做得到，要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出，再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律，也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题，相互作用的物体的所有动量都在一条直线上，所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误，应该使他们明确，在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化，表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以不过程物理量，使问题大大地简化。若物体不发生相互作用，就没有守恒问题。在解决实际问题时，如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大，就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用，系统中有多少物体在相互作用，相互作用的形式如何，只要系统不受外力的作用（或某一方向上不受外力的作用），动量守恒定律都是适用的。
通常牛顿第一定律的教学,一般是按教材编排顺序,先进行演示实验引出课题,然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论,消除“力是维持物体运动原因”的错误观念,进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性,最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象,从而完成整个教学过程。
为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况,我们曾用这样一道题目来检测学生。题目如下:你坐在向前匀速直线运动的汽车里,将手中的钥匙竖直上抛,问当钥匙落下来时是落在手里,还是落在手后面。全班61名同学在试卷上皆答:落在手后面。问其原因,皆曰:汽车在走,而钥匙抛出后不再向前走了。
怎样更好地改进牛顿第一定律的教学效果,使牛顿第一定律的教学效果真正是实实在在意义上的令人满足。我们认为,囿于一般形式上的教学方法的改进已是隔靴搔痒,而必须深入到学生的认知结构中去考查学生产生错误认识的根源。
认知心理学的理论告诉我们,学生学习物理概念、规律时所形成的错误,常常是由于其头脑中的前科学概念的影响。
所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中,对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念。比如牛顿第一定律就是如此。在物理教学中,那种认为只需要“正面”传授知识,学生就能接受,如果他们仍不理解,可以多讲几遍就能达到目的的想法,实践证明是过于天真了。因为在有些学生的经验中,早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论类似的观念。这样,当他们学习了牛顿第一定律之后,就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中,牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词。让他们解释用手推车、用脚踢球等一些不易暴露错误观念的生活实例时,他们也能解释得头头是道。但当解释用手抛钥匙、飞机扔炸弹的例子时,他们却又运用亚里士多德的理论去解释,其错误观念暴露无遗。这正是牛顿第一定律教学效果不佳的症结之所在。
研究和改进牛顿第一定律的教学,应当了解学生头脑中前科学概念的特点。
一、学生头脑中的前科学概念是自发
形成的
过去,我们在教学中,常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”,教师可以在上面任意涂画,事实并非如此。学生在长期的生活实践当中,逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法。他们几乎每天都会看到物体在力的作用下运动,而在力停止作用时物体静止,于是主观地断言:有力,则物体运动;无力,则物体静止。这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论。
二、学生头脑中的前科学概念具有隐
蔽性
由于学生头脑中前科学概念都是在潜移默化中形成的,所以它以潜在的形式存在。这包含两方面的意义。一个是学生自己并没有意识到它的存在,因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念。另一个是前科学概念平时并不表现出来,但往往在学生运用物理概念解决问题时表现出来。比如前述测验表明,许多有10多年教龄的初中物理教师头脑中也存在着牛顿第一定律的前科学概念,然而他们自己却并不知道。
三、学生头脑中的前科学概念具有顽
固性
由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念,且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念。因此,学生头脑中的前科学慨念是非常顽固的。
国内外物理教育界近年来的一些研究表明:一旦学生对某些物理现象形成了前科学概念,要想加以转变是极其困难的。尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前科学概念,更是如此。
按照皮亚杰的理论,学生认识什么和如何行动,主要决定于他们所具有的认知图式(思维模式),而不完全取决于教师所讲述的内容。他们按照自己已有的图式吸收和排斥信息。在有错误认识存在的情形下,就会在头脑中形成和正确信息极不相同的东西。
物理这门自然科学课程比较比较难学,靠死记硬背是学不会的,一字不差地背下来,出个题目还是照样不会做。那么,如何学好物理呢?要想学好物理,应当做到不仅把物理学好,其他课程如数学、化学、语文、历史等都要学好,也就是说学什么,就得学好什么。实际上在学校里,学习好的学生,哪科都学得好,学习差的学生哪科都学得差,基本如此,除了概率很小的先天因素外,这里确实存在一个学习方法问题。
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