关于牛顿第一定律的科学探究活动设计

关于牛顿第一定律的科学探究活动设计
相关分析
教材分析
《牛顿第一定律》是八年级下册物理第二章第一节的学习内容。

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，它纠正了自亚里士多德以来长达近两千年的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，不仅定性地揭示了力与运动的关系，提出了惯性的概念，还为定量研究力和运动的关系打开了新的篇章。

在牛顿第一定律的学习过程中，要强调对牛顿第一定律的真正理解，而不是死记硬背结论或常用实例的分析结果，让学生经历从具体的事物中抽象出物理模型的简单训练。

牛顿第一定律教学过程通常包含有教学引入、学习新知、实验探究、知识应用和归纳总结五个部分，分别是为了激发学生的学习兴趣；突出教学重点、突破教学难点；提高学生自身素质；培养学生综合能力；培养学生良好的学习习惯。

学情分析
经过之前的学习，学生初步知道了力的概念及力的作用效果，无法完全理解牛顿第一定律的内容和惯性的概念。

而八年级学生的思维以直观形象思维为主，对直观现象比较感兴趣，喜欢动手，但欠缺对问题深入的思考及理性的思维。

因此，本节课主要采用从直观现象入手，不仅通过探究活动，让学生亲历探究过程，降低学生学习难度，教师还要在课堂上充分引导，配合实验、结合生活事例来澄清概念。

通过创造性地“玩”让学生探究物理规律，不仅能减少学生对物理的距离感，还能激发学生的好奇心，培养学生在学习中克服困难的能力。

综合以上分析，下面将阐述四个针对牛顿第一定律设计的有效科学探究活动。

牛顿第一定律科学探究活动的设计
鸡蛋运动会
在牛顿第一定律教学引入中经常采用的方式是：利用生活中的事例引入，比如，为什么最终滑板车会停下来，乘车为什么要系安全带，为什么有人敢驾车飞跃黄河等简单且贴近生活的实例。

采用这样的实例引入，具有容易引起学生共鸣、
符合从生活走向物理的要求等优点，但也存在着形式单一、学生容易厌倦的缺点。

采用新颖的教学引入，不仅让课堂的气氛更加活跃，还让学生能够更多的参与进来。

教学活动中学生积极参与，可以增强学生对学习和科学知识掌握的信心，开阔学生思路，使学生的思维更加活跃，还能在猜想与思考中，复习已学知识。

还能拉近教师和学生之间的距离，使学生愿意和老师进行交流，及时获得教学反馈。

在牛顿第一定律教学中，可以采用鸡蛋运动会这一新奇的引入，这样不仅能吸引学生的眼球，抓住学生的心，还能激发学生的兴趣。

鸡蛋运动会需要的实验器材有：鸡蛋若干，硬纸板一块等。

具体步骤如下：
1、选出两个大小形状都差不多的鸡蛋，分别做上标记；
2、用粉笔盒、硬纸板搭成一个斜面，让学生预测几号鸡蛋会先到达终点。

3、将两个鸡蛋放在斜面同一高度，同时松手，会发现鸡蛋一前一后的通过终点。

4、在学生思考讨论原因后，告诉他们这两个鸡蛋中一个是生鸡蛋，一个是熟鸡蛋，并询问他们能否知道哪个是生鸡蛋。

5、将两个鸡蛋分别旋转，会发现一个鸡蛋旋转起来以后用手按下迅速停下，另一个按停后松手鸡蛋还能继续旋转。

6、通过鸡蛋运动会的奥秘，引入新课。

根据这样的探究引入，不仅通过设疑提高了学生的积极性，还能提高教学效果。

因为鸡蛋运动会这一事例，不仅可以作为分析对象贯穿整节课，还能让学生对理论理解不深刻时，通过学生打破鸡蛋验证结果时，加深学生的印象，增强对本节课所学知识的掌握。

游戏最达人
在科学探究活动设计中，要发挥学生的主体地位，教师引导者的身份。

而科学探究活动不一定是实验，虽然实验是最能够培养学生科学探究能力的途径。

但现阶段，物理实验教学存在模拟实验过多代替真实实验；教师实验基本素质下降；
实验教学模式僵化，活动方式单一等问题。

所以可以让学生创造性地“玩”，这样不仅能让学生探究物理规律，减少学生对物理的距离感，还能激发学生的好奇心，培养学生在学习中克服困难的能力。

针对牛顿第一定律的教学，“撕纸游戏”跟“抛火柴盒游戏”都可以进入课堂。

撕纸游戏需要的实验器材有：若干纸、剪刀、夹子等。

具体游戏内容如下：一张纸已剪成两截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？现在把纸剪成三截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？如果在中间的纸下面夹一个夹子，然后迅速撕两边，纸会断成几截？先让学生进行猜想，之后请一位同学上台来进行实验，其余学生思考原因。

抛火柴盒游戏只需要一盒火柴。

具体游戏内容如下：教师让学生试着把火柴盒扔到桌上立起来，学生发现怎么扔火柴盒也立不起来。

教师接过火柴盒，却将火柴盒扔到桌上立起来了。

再做一次，让学生仔细观察，发现教师扔火柴盒之前，先将火柴盒抽出了一部分，让学生分析其原因。

“撕纸游戏”跟“抛火柴盒游戏”相较于实验而言，具有取材方便，形式新颖的优点。

通过学生认知跟实际的冲突，暴露学生的前科学概念，建立科学概念，同时还培养了学生仔细观察细节的能力。

科学辩论赛
在牛顿第一定律的教学中，物理学史的展示是教学的主线。

但教师在教学过程中很容易犯两个毛病。

一是把亚里士多德当作反面角色，缺乏客观全面的评价；二是对伽利略、笛卡儿、牛顿在牛顿第一定律中的具体贡献没有客观评价，没有展示出物理规律发展的继承与创新历程，对物理学史的处理趋向表面化、简单化，
夸大斜面实验的作用。

在牛顿第一定律教学中，针对物理学史可
以采用科学辩论赛这一形式。

在课前提前抽
签，选出十六个同学分别代表亚里士多德、伽
利略、笛卡儿、牛顿。

将十六个同学分为四组，
分别站在所代表的人物的观点上进行辩论，其
余同学则作为评委。

在辩论结束后，评委们上
台投票，说明理由，并对选手们进行点评。

最
后胜利者分别授予“最佳亚里士多德”、“最佳
伽利略”、“最佳笛卡儿”以及“最佳牛顿”称
号。

通过科学辩论赛，可以让学生正确了解物理学史，打破物理枯燥无味的印象，让学生经历一次科学认识活动的洗礼，让学生形成积极的情感、态度、价值观，让学生能够客观评价科学家的贡献，体会定律建立过程中继承与创新的特征。

谁是预测家
在牛顿第一定律教学中，教师常采用演示伽利略斜面实验来帮助学生理解牛顿第一定律，突破教学重难点。

伽利略斜面实验演示过程如下：
如图所示，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在木板上滑行的距离；去掉木板上的棉布，再次让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在木板上滑行的距离。

如果在木板上放一块玻璃，小车滑行的距离会发生变化吗？
采用这样的形式演示伽利略斜面实
验，可以直观的表示出阻力对物体运动的
影响，延伸出物体如果不受阻力时的运动
状况，为学生学习牛顿第一定律提供前提。

但上述案例，缺乏趣味性，学生的注意力
会被实验器材吸引，如小车的外形，而忽
略实验现象。

同时缺乏探究性，学生只是
单纯的回答教师的提问，并没有体现探究
精神。

所以，本研究针对牛顿第一定律科学
探究活动的设计对伽利略斜面实验做了改进，改进后的伽利略斜面实验需要支架一个，瓶盖若干，纹路不同的三种卡纸若干。

实验名为“新龟兔赛跑”，参与赛跑的有小兔子、小乌龟，实验具体步骤如下：
1、先在支架的第一层铺上深纹路的卡纸，在支架的第三层铺上浅纹路的卡纸，用无纹路的卡纸做出同一倾斜度的斜面，并分别放在支架上。

2、将三个瓶盖合在一起，制成小圆柱体，分别做上粉色及绿色的标志。

3、将绿色圆柱体放在支架的第一层，将粉色圆柱体放在支架的第三层。

4、让学生预测“新龟兔赛跑”中谁能获胜，预测过后，开始赛跑。

5、将深纹路的卡纸跟浅纹路的卡纸位置相互调换，再让学生预测赛跑结果。

6、将第三层的深纹路的卡纸换成无纹路的卡纸，让学生继续预测赛跑结果。

7、让学生总结赛跑结果跟赛道之间的规律。

另假设有一个摩擦很小到近乎没有的赛道，而赛道足够长，圆柱体从斜面滑下到达赛道会发生怎样的现象。

将伽利略斜面实验进行以上改进，降低了伽利略斜面实验对实验仪器的要求，还增强了实验的趣味性，让学生积极参与到实验当中来，也减小了学生与物理之间的距离。

本实验取材于生活中常见的事物，可以启发学生在生活中自己动手设计实验，探究现象。

本节课教学过程中，绝大部分内容和时间是交给学生支配的，教师只是在创设问题情境中把问题抛给学生，为学生学习提供一些支持和帮助，这样有利于自主性建构概念。

如在学生进行游戏最达人这一环节时，完全凭自己的生活经验去尝试，自己主动构建惯性这一概念；而在科学辩论赛这一环节中，学生是通过各种途径搜集所扮演角色的资料，再通过尝试及总结，自主构建出该人物的主要观点，进行辩论。

因此，在教学中注意使用学生熟悉的例子或通过实验、课件等深化感性认识，以利于学生掌握相关概念。

例如“龟兔赛跑”教学中，先控制变量，同一倾斜度的斜面，构造相同的圆柱体，让学生猜测不同赛道中，谁跑得快，再
让学生进一步根据实验结果做出猜想，如果赛道摩擦力特别小且足够长会怎样，
引导学生自主总结概念，构建知识体系。

坚持在教师的引导下，以学生的自主构建、合作探究的学习活动为主。

让学生自主思考、合作讨论，充分调动学生学习的主动性和积极性，使学生真正成为课堂学习的主体，从而实现知识的内化，以达到训练和培养学生思维和能力的目的。