改造验证性实验，创设情境激发学生思维

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　　【摘要】目前，设计性或者探究性实验备受关注，在实验教学所占的比例也越来越高，而对传统的验证性物理实验的开发和利用，下的功夫较少。例如牛顿第一定律，初中已作为重点内容学习并做实验，那么高中教学就要增加实验的趣味性和创新性。受到伽利略针和单摆实验的启示，本文认为牛顿第一定律的伽利略的斜面实验是在以上2个实验的启发下进行的。通过对两个实验的整合，自制教学演示仪，对牛顿第一定律追本溯源，创设情境、挖掘知识内容，以达到激发学生思维的目的。
　　【关键词】实验；情境；牛顿第一定律
　　探究性实验是实验者在不知道实验结果的前提下，通过自己的实验、探究、分析得出结论，从而形成科学概念的一种认知方式。验证性实验是实验者针对已知的实验结果进行的以验证实验结果、培养实验操作能力，掌握实验原理为目的的重复性实验活动。
　　本文以牛顿第一定律为例，谈谈怎样改造这个验证性实验，达到创设情境激发学生思维目的。
　　1.分析教材，确定教学目的
　　1. 1教材分析
　　牛顿第一定律在初中已经介绍，但教学重点是物质属性———“惯性”。所以在高中必修一课程里面重现，容易被忽视。但高中教学要达到知识上、情感态度价值观两个要求，有一定难度。
　　1. 1. 1对牛顿第一定律知识上的理解
　　牛顿第一定律作为牛顿运动定律的基础，有3个层面上的理解。①它指出了力跟运动的关系，不是牛顿第二定律的特例。②它揭示了物体所具有的一种重要属性：“保持匀速直线运动状态或静止状态”。③它为“惯性参考系”的概念奠定了基础。
　　1. 1. 2对牛顿第一定律的情感态度价值观的要求
　　首先，牛顿第一定律的来源是一个知识发展的过程，经历了亚里士多德、伽利略、笛卡尔的探索之后，牛顿深入研究才确立出来的。不进行教学设计，学生难以理解一个定律从有意识到最后形成，需要一个漫长的，许多人不断思考、不断完善、不断提高的过程。其次，本节重点介绍了伽利略的斜面实验，目的在于要让学生有“理想”的概念，会用“理想”模型来简化生活中遇到的问题。最后，伽利略是如何凭空想到斜面实验的，依然值得思考。
　　1. 2学情分析
　　从学生角度来看，这是第二次学习该定律。有了初中学习的“前概念”在学生脑海，已有的知识必将减弱学生对其再次学习的兴趣。
　　2.借助实验，锐化教学设计
　　2. 1课本的实验介绍
　　伽利略斜面实验，教材上是給出来（如图1）的理想斜面，同时在课后的资料活页里面介绍了伽利略针（如图2）。学生在初中曾经在“探究摩擦力”一节中也做过（如图3）的实验。若只用图1做实验，较无吸引力，学生难于理解伽利略思想的可贵性和冲破时代的意义。
　　2. 2改进后的实验设计
　　针对以上的三个实验方案，各取其优点，用以下面的仪器来代替它。
　　首先，如图4所示，是个铁架台和一个单摆，为了能够清晰的看到小球摆回原来的高度，就如图5在铁架台上放一块泡沫材料背景板。板粘稳在铁架台上，在表面贴一张白纸，如图5画一条水平线，可以很清晰的观察到摆球能否摆到原来的高度。另外，背景板用泡沫制成，可以在泡沫板上钉一颗钉子，即成了伽利略针。
　　图6是藏起摆球，在背景板上用文件夹固定一断电线槽，可以调节倾斜度。然后再让小球从一端滚下，观测其是否能够到达等高点。另外还可以在线槽上放一布条以增大摩擦，观测小球在有摩擦的情况下的运动情况。最终的实验仪器（如图7、图8）。
　　3.创设情境，实现教学过程
　　有了以上的教学分析和教具作为辅助，主要的教学可分成以下几个步骤：
　　3. 1创设问题，激发学生思考
　　教学片断1：两千年前亚里士多德最先思考了力跟运动的问题，并且认为“力维持了运动”。请同学们观察实验。
　　实验1：在木板上拉小车，当弹簧秤拉车时车运动，当力撤销时车停止运动。
　　问题：①亚里士多德的观点是否正确？
　　②如果不正确，举例推翻亚里士多德的观点。
　　③力和运动的关系应该是怎么样的？并且举例子证明你的观点。
　　（学生经过思考，并且有初中知识的基础，可以举出足球运动来证明力是改变运动状态的原因。）
　　实验2：在木板上拉小车，当力撤销时车仍然在运动。
　　问题：①是什么使小车最后停止？
　　②如何现实能够做到没有摩擦？（冰面行车）
　　③实验室中如何实现没有摩擦？（气垫导轨）
　　实验3：用气垫导轨证明没有摩擦时，物体将保持匀速直线运动。
　　问题：伽利略那个时代没有电，也不能实现完全没有摩擦，他是如何用实验来推翻亚里士多德的结论？
　　设计意图：引导学生对生活的基本现象结合物理知识进行思考，明白亚里士多德得出错误结论的原因，认可伽利略在当时的时代背景下提出的斜面实验方案是创意之举。
　　3. 2身临其境，体验实验
　　教学片断2：伽利略作为一个伟大的实验物理学家，在17世纪他是如何想到用斜面的理想实验假设来推翻亚里士多德的理论的呢？
　　实验1：如图4，摆的运动具有等时性、等高性。
　　问题：如何能够更加直观的观测到小球回到等高处？（用水平标尺如图2）
　　实验2：如图5，魔术般的在摆的后面加一个背景板，并画一直线，观测小球运动。（学生很喜欢这种直观的观测）
　　实验3：如果在中间加铁钉，让绳子碰钉，小球还能摆到原来高度吗？（学生开始有疑虑）实验验证。 　　引导：伽利略就在单摆的基础上，想到理想斜面的实验假设。现在来看，如果在背景板上装一个斜面，小球在斜面上的情况。
　　实验4：如图6，在背景板上装上线槽，趁学生不注意，往线槽里面放一张纸，增大摩擦，让小球在同一高度滚下，小球不能够上升到原来的高度。（给学生设疑，增加魔术性，为拿掉纸后小球上升的高度做一个对比。）
　　实验5：拿掉线槽里面的纸（学生哗然），重新释放小球，小球到同一高度。
　　实验6：降低斜面的坡度，小球滚得更远，但仍然回到原来高度。
　　设计意图：这一套实验是一气呵成的，当学生看到单摆变成伽利略针，再变成斜面时，会不由自主的佩服伽利略的智慧。而在教学过程中通过改进这个验证性的实验，魔术般的展现了理想斜面的思维过程，让学生对这个实验有了更加深刻的理解。
　　3. 3跳出问题，总结归纳
　　教学片断3：讲述完了牛顿第一定律，要求思考一下几个问题：
　　①亚里士多德在这必修一上提到两次，两次都犯错，他是不是非常失败？
　　②牛顿是不是就像是他自己说的那样，站到了巨人的肩膀上，捡尽了伽利略、笛卡爾等人的便宜？
　　设计意图：要让学生们意识到，虽然亚里士多德提出的两个理论都是错误的，但是他是第一个思考力与运动的人，爱因斯坦说过“提出一个问题比解决一个问题更加重要”，他依然是当之无愧领路人。牛顿自己谦虚自己的学问，但能够爬上巨人肩膀的，必须是一个更加伟大的巨人。体现了一个定律的完成，经历了几代人努力的过程。
　　4.教学反思
　　在本次教学中，深刻体会到了改进实验、创设情境引导学生建构物理规律的乐趣，同时也体会到了学生的思维在慢慢成长。如在一开始引入时候，提问学生，“如何举例反驳亚里士多德的观点”有同学举手提到了“自由落体”的例子。这是让人始料不及的，但是也恰好告诉我们“力”是无形，而物理很多时候考虑这些无形的东西就必须要有更加严谨的思维。
　　总之，教学是无止境的。我们通过自己的思考，甚至是学生的提醒不断的改进各种实验，创设合适的，妙趣丛生的物理情境来激发学生的求知欲，引导学生进行更加深入的观察和思考，使学生逐步的掌握物理的学习思维，是我们教学的最大乐趣。
　　【参考文献】
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　　[2]高富.浅析对牛顿第一定律认识的几个误区[J].物理教师，2009，5（30）：21- 22
　　[3]王诗锋.几位科学家对牛顿第一定律的贡献[J].中学物理教学参考，2009，5（8）：34- 35
　　（广东华侨中学，广东广州510000）
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