【关于“牛顿第一定律”教学的改进】 牛顿第一定律教学视频

　　〔关键词〕 惯性；概念；运动 　　〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C 　　〔文章编号〕 1004―0463（2008）08（B）―0049―01
　　
　　 一、牛顿第一定律的形成
　　
　　 1.伽利略、笛卡儿的结论是形成牛顿第一定律的基础。伽利略的理想实验，使他得出这样的推论：当一个物体在一个水平面上运动，没有碰到任何阻碍时，它的运动是匀速的，并将继续进行下去，假若平面是在空间中无限延长的话。之后，笛卡儿对此问题作了进一步补充：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。伽利略、笛卡儿向世人揭示了物体的运动来自于物体自身，外力不是运动的原因，从而使人们从亚里士多德结论的禁锢中走了出来，开创了动力学的新局面，为牛顿构建动力学理论打下了坚实的基础。
　　 2.惯性等概念的确立是形成牛顿第一定律的关键。如果不仔细研究，人们很有可能将伽利略的结论与牛顿第一定律在理论上等同起来，区别仅是牛顿的叙述语词更加规范而已。其实两者之间存在着一些实质性的差异，伽利略发现了物体自身的这种运动，但他并未深究这种运动的原因，没有提出惯性概念。牛顿在构建动力学理论时，首先他严格定义了当时人们常常混淆的几个基本概念，例如，物质的量（质量）、运动的量（动量）、惯性、外加力、向心力等，在注释中阐述了他的绝对时空观，其次是提出并论证了牛顿三大定律及其推论的意义。
　　 牛顿第一定律形成的关键是牛顿确立了动力学中几个实质性的概念，即质量、惯性和外力。最早人们对于如何研究物体的运动问题，方法不一，伽利略认为，首先要研究物体怎样运动，然后才能研究物体为什么运动。伽利略的目的是对物体怎样运动的说明，当伽利略的推论出现以后，牛顿研究的方向已转向寻求物体为什么运动，以及物体运动变化的原因。进一步的探索，使牛顿确立了外力与惯性的概念，上述两个问题得到解决，动力学有了质的变化，后来又随着牛顿在数学上的极大成功，进一步推动着他论证了牛顿三大定律，牛顿三大定律的建立，标志着动力学理论正式形成。
　　 3.结论。牛顿第一定律是牛顿在伽利略等人结论的基础上，进一步建立了外力、惯性等概念后，理性思维提升的产物。教材在编排上，颠倒了它们的依赖关系，造成学生对牛顿第一定律的理解缺少惯性概念的支撑，同时惯性概念的产生，又脱离了它的具体情境，导致学生对定律的理解不深刻，对惯性概念掌握的不准确。因此，牛顿第一定律的教学，实质上是惯性概念的教学（外力的概念学生已建立），学生只有建立好惯性概念，才能真正理解牛顿第一定律。
　　
　　 二、关于惯性概念教学的建议
　　
　　 1.惯性概念的产生。按照教材编排，惯性概念应在伽利略的推论后，对理想的匀速直线运动作进一步探索的结果。教学过程可分两步：
　　 第一，建议在介绍了伽利略和迪卡尔的结论后，就所描述的静止或匀速直线运动，提出让学生进一步思考的问题：任一时刻观察者看到物体的这个运动从何而来?让学生自己独立探究，并相互讨论，最后得出：物体此时的运动是原来的。从时间上来说，就是与此时相邻的上一时刻的运动。紧接着让学生再去探究原来的或上一时刻的这个运动又是从何而来?通过这样的问题让学生反复探究、思考，最终得出：某时刻物体的这个运动是原来就有的，物体能使运动延续下来，即物体有保持原来运动状态的一种特性。
　　 第二，创设具体的情境与问题（外力作用于物体导致运动状态变化），让学生在分析的基础上得出：有外力作用而改变物体原来的运动状态时，物体自身总表现出“抵制”和“对抗”的特性，即阻碍运动变化，保持原来状态的特性，且用事例说明，这种特性的大小与质量有关，质量是这种特性大小的量度，因此，质量也称“惯性质量”。
　　 2.惯性的定义。目前教材中对惯性是这样定义的：物体保持原来的匀速直线运动或静止状态的特性，叫惯性。
　　 显然教材中的这个定义是不够准确和全面的，因为匀速直线运动或静止状态是物体仅在惯性作用下的一种表现，学生容易对惯性概念产生误解，即物体只有在静止或匀速直线运动时，才表现出惯性。牛顿在惯性的定义及其注解里，把惯性与惯性力等同起来，又过于强调惯性的“抵抗”能力，对中学生来说过于深奥，不便理解。因此，将惯性定义为：阻碍运动变化，保持原来运动状态。笔者认为是比较全面，且又容易被学生接受的一种说法。