李晶晶

【摘要】在不断提倡培养学生科学思维、形成物理观念、掌握物理规律的今天，学生需要了解事物的整个发展和源头，追溯根源，知道知识的来龙去脉.在物理课堂教学中，教师应摆脱应试教育观念的影响和物理教材本身的局限，研究物理学史，并灵活适时地融入到教学中，为物理教学注入新的活力.

【关键词】初中物理；牛顿第一定律；课堂教学

在中学教学的大部分时间，学生其实只学其知识体系，知其然不知其所以然，长久下去，容易丧失活力与生机.现有的物理体系，正如一栋已然建立好的大厦，而中学教材只是将这栋大厦建成后的华丽模样展现给学生，但对学生真正重要的应该是这栋大厦是如何建成的.

知史以明智，学史方笃行.让学生学习物理学史，知晓知识的由来，清楚理论建立过程的曲折和艰辛，才能让学生对知识和理论有更全面更深刻的理解.现有的研究已经越来越重视如何将物理学史融入中学教学[1].然而，将物理学史融入中学教学并非只是单纯地讲述物理学史，而是要以让学生感同身受的方式讲述，带领学生身临其境，体会物理理论建立并非教材上短短的几页，而是无数物理学家们前仆后继探索真理的结果.

中学教材对于教师而言，不应该是教学内容的全部，而应作为教学的参考资料.教师教学的内容不需要完全按着教材来，而应该将自己对知识的理解传授给学生.这就要求教师对教材所讲述的知识体系有极其深刻的理解，系统化地教于学生，帮助学生将新旧知识相联系，从而达到深层学习的目的.

本文主要以牛顿第一定律为例，探索该如何讲好这门课.牛顿第一定律，关系到对整个牛顿力学的学习和理解，是学习整个力学知识的基础和关键.对于牛顿第一定律的学习，要着重培养学生的逻辑思维，以及其他如科研方法和情感态度的教育，让学生能够能深入地理解牛顿第一定律[2].通过在教学中介绍亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿等人的探索，让学生明白其来龙去脉，一步步感受理论建立之前各种思想火花的碰撞，从而激起学生对知识的重视，对真理的渴求，以及对先驱们科学精神的学习，并通过自己对牛顿第一定律的理解来讲述牛顿第一定律，为深层学习后续的力学内容打下基础.

1 牛顿第一定律课堂教学现状

牛顿第一定律是中学生接触力学的第一个定律，对接下来力学的学习起到至关重要的作用，是初高中物理教学中的重点和难点.但是根据调查和实践表明，学生在学习本节课的过程中，并没有感受到其重要性，只是机械性地进行记忆，对老师抛出的解题技巧死记硬背，这不利于学生科学思维的培养.

教师在讲授本节课时，应进行充分的备课，了解前人探究力与运动关系的艰辛历程，让学生知道一个定律的得出不是轻而易举的，体会从亚里士多德到牛顿的科学探究过程及实事求是、艰苦卓绝的科学精神，培养学生的核心素养和批判思维的发展.

2 牛顿第一定律的教学展示

关于本节课教学设计分为四个环节.

2.1 环节一 导入环节

通过一个生活常见的实例：推一个物体，它被推动后，运动一段距离便停下来.从而得到一个结论：物体的运动需要力来维持.接着反问学生，这个结论对吗？如果不对，能否解释一下为什么物体最终会停下来.（停下来的原因：摩擦力）

接着再引出一个新问题：连我们这些学生都懂得的事情，为什么在过去，“物体的运动需要力来维持”的观点却被人们认可了2000多年？难道真的就是由于这是个常见的生活现象而导致人们忽视了这个问题？难道就没有人想到有摩擦力的存在吗？

2.2 环节二 历史回顾

2.2.1 早期的观点

介绍亚里士多德的观点和布里丹的冲力说，以及他们各自眼中的力是什么？接着便引导学生一起分析这两种观点的优缺点.

亚里士多德 提出物体的运动需要力来维持，推物体，物体运动；不推，物体不运动.要是想让物体持续地运动起来，那就得持续对物体施力.这样的一个解释看起来很符合人们的生活经验.但对于某些情况，这种说法似乎并不准确，比如，把一块石头扔出去，在石头脱离手后，它并没有马上静止，而是继续向前运动.对此，亚里士多德也进行了解释：石头后面的空气要填充空间，因此产生了气流，从而推动石头继续运动下去，认为空气对抛体有阻碍，同时又有推动（力）.这与我们现代的流体力学理论的观点相近.

在当时能提出空气对抛体有力的作用，这是很难得的，并且，还认为空气对抛体有阻碍作用（空气阻力）.

布里丹 认为促使物体运动的性质称为冲力，冲力是由推动者传送给物体，促使物体运动.若是根据布里丹对力的定义，那么他的观点——“物体的运动需要力来维持”是正确的.

注意 布里丹的“冲力”与我们所认为的力不一样，反而更接近于“动量”.布里丹认为“冲力”不会自发衰减，而是外界的阻碍作用导致他衰减，要是“冲力”足够，甚至可以一直运动下去.

2.2.2 理想斜面实验

“实践是检验真理的唯一标准”，但是在十六世纪以前，人们习惯通过观察和思考来研究自然哲学.直至伽利略的理想斜面实验以及他所用的科学方法的出现，标志着现代物理学的开端.为此，带领学生进行理想斜面实验是有必要的.

通过理想斜面实验，引导学生得到伽利略通过科学推理得到的结果：“若让斜面变得完全水平，小球因永远达不到同样的高度而会永远运动下去.因此，当一个物体具有某种速度后，若是不存在使物体加速和减速的原因（这种情况在水平平面上才有可能存在），那么物体将始终保持这个速度”.笛卡爾则是对其进行完善，即在其《哲学原理》第二章中表达：只要物体具有某一速度，就将保持同一速度并沿着同一直线方向运动，直至受到某种外因的阻碍或偏离为止.

接着再继续提出问题：在你们看来，伽利略所说的加速的“原因”和减速的“原因”是什么？或者说，物体为什么会加速和减速？（学生答案：摩擦力）

待学生回答后，继续问：既然如此，为什么伽利略不直接说由于摩擦力，而用“原因”来代替？难道说以前的人都想不到摩擦力（亚里士多德就已经知道了，只是不这么叫）的存在吗？为什么？

要想明白这个问题，那么就必须解决“力是什么”这一问题.在牛顿之前的人，普遍认为力是物体对与其相接触的物体的推动作用.而我们眼中的力：物体与物体之间的相互作用.所以说在以前的人看来，要想接触才能有力，而且力还必须是推动作用，但是现在，在我们看来，力可以存在于不相互接触的物体之间，而且不仅仅是推动作用，也可以是阻碍作用.那为何之前的人想不到重力和摩擦力的存在？

2.2.3 牛顿的观点

一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止——牛顿第一定律.

我们该如何来学习和理解这个牛顿力学的基本定律呢？正如我们之前搞清楚亚里士多德他们的观点一样，要先明白他们眼中的力是什么，因此我们就要先知道牛顿眼中的力是什么？

2.3 环节三 因果律与牛顿眼中的力

因果律，任何事物必有其原因，是经典力学乃至经典物理学建立的基础，严格地根据因果律来建立牛顿第一定律，让学生明白，物理学跟哲学有着很大的渊源，物理学的前身，便是自然哲学.乃至当今，其实有很多的哲学思想都成为人们的固有思维模式，只是人们不知道而已.

举个例子让学生对因果律有个清楚的认识：老师可以先让学生注意讲台旁边的椅子（露出一半），然后踢椅子（学生看不到你在踢，被讲台挡着）.这时提问学生，你们看到了什么？

学生回答：老师踢了椅子.

老师：为什么你们会认为老师踢了椅子？你们明明看不到.

学生：因为椅子动了.

老师：这个时候其实你们就是默认了因果律的正确性，只是你们不知道而已，根据因果律，椅子之所以会动，那必然是有原因的，所以你们才会说是老师踢的.

牛顿眼中的力 通过假想的情景，结合因果律，得到物体运动状态的改变必然有其原因，而在牛顿看来，不管这个原因具体是什么，反正只要你动了，你就是受到了力.

2.4 环节四 惯性（建立起牛顿第一定律的内因）

给学生一个假想的情景：一个物体本来是静止的，突然间它动了.那么，我们把这个情景改变一下.物体不再动了，它一直保持着静止，那你们会想到什么？

既然在情景一的时候，你们对于物体会发出疑问，那么为什么物体不动就没有疑问呢？

根据因果律，任何事物必有其原因，也就是说，物体为什么会保持静止？这必然是有原因的，这原因是什么呢？

实际上，与其说原因是什么，还不如说我们实际上是给从情景中得到的原因下了定义.也就是说，我们将物体运动状态发生改变的原因称之为力，而又将物体运动状态保持不变的原因称之为惯性.由于所有物体都具备惯性，故认为惯性是物体自身所具有的内在性质，故我们定义惯性为：物体所具有的运动状态保持不变的性质.惯性质量：惯性大小的度量，高中直接简单称其为质量.

2.5 非惯性系与惯性力

按照我们所给的力的定义，我们发现，在一个加速的小车中，小车内的物体将受到一个惯性力的作用.在中学物理中，惯性力不是力，因为没有施力物.为了不使两个结果发生冲突，我们很自然地限制了牛顿定律的适用范围，即惯性系.也就是说，牛顿运动定律只适用于惯性系，而若想在非惯性系中使用，则需要考虑惯性力的存在.

3 结语

关于力与运动的关系的探讨，从亚里士多德一直到牛顿，展现在学生眼中整个就是一场思维的盛宴，教师带着学生重走历史之路，让他们自主建构了物理知识，深刻认识了牛顿第一定律，同时又能感受到科学结论得出的艰难，领略科学思维的力量和美.因果律更是将学生所固有的基本的思维方式具体化，让学生明白哲学并不是离我们很遥远的东西，反而是你经常在用的最基本的东西，只是很多人都不知道而已.本节课通过将物理学史、哲学、物理相结合，更能让学生感受到物理的妙处，加深对物理的认识，才不会像很多学生所说的“我眼中的物理就是斜面+滑块”，从而失去对物理的兴趣.

参考文献：

[1]杨艳玲.基于物理学史的“牛顿运动定律”教学研究[D].漳洲：闽南师范大学，2019.

[2]陈文鑫.物理学史在中学物理教学中的应用——以初中《牛顿第一定律》为例[J].中学物理教学探讨，2015，33（06）：2527.

[3]周国强.物理学史与中学物理教学[J].中学物理教學参考，1994（10）：16.

[4]李远俊.中学物理教学中引入物理学史的作用研究[D].重庆：西南师范大学，2002.

[5]王玉亭.物理学史融入中学课堂教学的实践研究[D].西安：陕西师范大学，2016.