资源简介

无“力”之境：牛顿第一定律 教学设计
教学目标
1. 物理观念：深入理解牛顿第一定律内涵，精准把握力与运动的关系，能够运用定律阐释常见运动现象；构建科学的力与运动相互作用认知体系。能运用定律解释生活现象（如汽车急刹车前倾、抛体运动轨迹变化），建立 “运动 — 力 — 相互作用” 的科学认知体系。
2. 科学思维：以牛顿造小车故事及理想实验推理为依托，剖析定律形成逻辑，培养逻辑思维与批判性思维；掌握实验基础上的科学推理方法，提升抽象思维与建模能力。通过伽利略理想实验的逻辑推演，掌握 “实验事实 — 科学推理 — 理想结论” 的思维方法，提升抽象建模能力。
在批判亚里士多德观点的过程中，发展质疑能力与逻辑论证能力，形成 “基于证据的科学判断” 思维习惯。
3. 科学探究：积极参与故事回顾与实验探究，熟练掌握探究方法步骤；培养在探究中发现、解决问题的能力，增强创新意识。经历 “提出问题（阻力对运动的影响）— 设计实验（控制变量法、器材优化）— 分析数据（阻力与运动距离关系）— 推理结论（理想条件外推）” 的完整探究流程，强化实验设计与误差分析能力。
通过小组合作设计实验方案（如选择小球 + 凹槽轨道控制运动方向），提升团队协作与创新实践能力。
4. 科学态度与责任：感悟科学规律发展历程，树立尊重科学的态度；认识科学推理价值，激发探索热情与责任感。通过牛顿、伽利略的科学史渗透，体会科学理论的发展性与严谨性，树立 “实践是检验真理唯一标准” 的科学态度。
感悟物理规律在科技发展中的应用价值（如航天器运动设计），激发探索未知的好奇心与社会责任感。
教学重难点
1. 教学重点：通过实验探究并深刻理解牛顿第一定律，包括实验设计、实施、分析及定律准确表述。
2. 教学难点：精准辨析力和运动的关系，明确力是改变物体运动状态的原因，纠正对力与运动关系的错误认知。
教学内容
苏科版八年级下册（2025 版）《牛顿第一定律》教材
模块 核心知识 情境 / 活动设计 素养培育重点
情境导入 力与运动关系的历史争议 牛顿造小车故事 + 亚里士多德 / 伽利略观点冲突 问题意识、科学史认知
实验探究 阻力对物体运动的影响 小组实验：毛巾 / 棉布 / 木板表面阻力对比 控制变量法、观察能力
科学推理 理想实验与牛顿第一定律建构 伽利略逻辑外推 + 牛顿定律文本分析 抽象思维、模型建构
概念辨析 力与运动关系的前概念纠正 “风吹树摇”“车停人动” 现象受力分析 批判性思维、知识应用
迁移应用 牛顿第一定律的生活实例 课堂练习：刹车前倾、抛体运动解释 物理观念迁移
学情分析
认知基础：学生已掌握力的基本概念、二力平衡条件，对生活中 “力使物体运动” 的现象有直观感知，但易混淆 “力的作用效果” 与 “运动状态维持”（如认为 “物体停下是因为不受力”）。
能力特点：具备简单实验操作能力，但对 “理想实验” 的逻辑推理缺乏经验，抽象思维能力较弱；小组合作中能提出实验猜想，但方案设计的严谨性（如初速度控制）需引导。
学习需求：对科学史故事、动手实验兴趣浓厚，渴望通过自主探究解决问题，但需要教师在 “前概念纠正”“逻辑推导” 环节提供支架式引导。
教学准备
实验器材：
基础器材：斜面、小车、小球、毛巾、棉布、木板、弹簧测力计。
优化器材：中间带凹槽的轨道（控制小球运动方向）、水平面弹性小车（精准控制初速度）。
多媒体资源：
动画：伽利略理想实验推演过程、汽车刹车乘客前倾动态模拟。
视频：牛顿生平故事片段、航天器在无阻力环境中的运动实例。
教具设计：力与运动关系对比表（亚里士多德 vs 伽利略观点）、牛顿第一定律关键词解析卡（“一切物体”“除非力” 等）。
教学资源
教材延伸：整合《物理课程标准》中 “科学探究与物理观念” 的相关要求，引用伽利略《关于两门新科学的对话》中的理想实验描述。
跨学科融合：联系航天工程（如卫星匀速圆周运动的受力分析）、交通法规（安全带的科学原理）等实际应用案例。
数字化工具：利用 PhET 仿真实验（“摩擦力与运动” 模块）辅助模拟理想实验条件，突破现实器材限制。
教学技术
实验可视化：通过实物投影仪实时展示小车在不同表面的运动距离，用动态曲线图表呈现 “阻力 — 路程” 关系。
思维外显化：运用思维导图工具（如 XMind）梳理 “实验事实 — 推理结论” 的逻辑链条，帮助学生建构知识网络。
虚拟仿真：借助 PhET 软件模拟 “阻力逐渐减小至零” 的过程，直观呈现物体运动状态的变化趋势，辅助抽象概念理解。
教学方法
问题驱动法：以 “牛顿小车如何持续运动？”“阻力为零物体将怎样？” 等核心问题串联教学，形成 “提问 — 探究 — 解疑” 的思维闭环。
情境教学法：通过历史故事（牛顿造小车）、生活情境（刹车现象）、理想情境（无阻力宇宙）创设，增强学习代入感。
小组探究法：以 “实验设计 — 操作 — 分析” 小组任务为载体，通过分工协作（如器材选择、数据记录、结论汇报）培养科学探究能力。
对比辨析法：通过亚里士多德与伽利略观点对比、“力维持运动” 与 “力改变运动” 实验现象对比，强化概念区分度。
设计意图总结
本设计以 “问题” 为锚点，以 “情境” 为载体，以 “思维” 为核心，通过布卢姆目标分类学的层级化问题、理想实验的逻辑化推演、跨学科情境的生活化联结，构建 “低阶认知 — 高阶思维 — 实践创新” 的螺旋上升路径，助力学生在 “无‘力’之境” 的探究中，突破现实局限，实现从 “经验认知” 到 “科学理性” 的跨越，最终达成核心素养的全面发展。
教学流程
创设情境 - 活动体验 - 结论分析 - 课堂练习 - 课堂小结
教学过程
（一）创设情境，导入新课
同学们，今天我们要走进一段充满传奇色彩的科学探索之旅！几百年前，有个名叫牛顿的孩子，他出身贫寒，每当看到别人乘坐着马车威风凛凛地驶过，心里满是羡慕。小小的他怀揣着大大的梦想，决定自己动手制作一辆小车。他四处搜集材料，凭借着聪明才智和不懈努力，终于造出了属于自己的小车。可是新的难题来了——没有马帮他拉动，怎样让小车动起来呢？经过无数次尝试，他发现借助斜坡能让小车快速滑行。从那一刻起，牛顿便踏上了探索力与运动关系的奇妙之路。在这条道路上，还存在着两种截然不同的观点激烈碰撞，亚里士多德认为力是维持物体运动状态的原因，伽利略认为力是改变物体运动状态的原因，究竟哪种观点才是真理？今天，就让我们跟随牛顿的脚步，一同去探寻力与运动的奥秘！
设计意图：以生动的故事导入，如同在学生面前展开一幅精彩的历史画卷，迅速抓住学生注意力，激发学生的好奇心与求知欲。契合新课标培养学生理想信念与实践探索精神的要求，营造积极的学习氛围，为后续教学奠定良好的情感基础。
（二）活动体验，完成探究
活动一：探究阻力对物体运动的影响
1. 受力分析引导与实验课题引出
老师：同学们，想知道物体运动需不需要力来维持？我们先来“解剖”一个运动现象。想象一个物体在水平面上慢慢滑行最终停下，我们从力的角度来分析一下它们的“遭遇”。首先看竖直方向，小车（或小球）稳稳地“站”在水平面上，它受到了什么力呢？
学生：竖直向下的重力！
老师：没错！那小车（或小球）没有“陷”进水平面，说明还受到一个向上“托”着它的力，这个力是什么？
学生：是支持力！
老师：非常棒！重力和支持力在竖直方向上相互平衡，就像两个力量相当的大力士在两边拉绳子，谁也不让谁，使得小车（或小球）在竖直方向上保持稳定。那再看水平方向，如果没有人推小车（或小球），在它运动过程中，还会受到什么力呢？
学生：应该是受到了阻力！
老师：完全正确！这个阻力就像一个“小捣蛋鬼”，阻碍着物体的运动。所以今天我们实验的课题就是——探究哪个物理量对物体运动的影响！
学生：阻力！探究阻力对物体运动的影响。
老师：为了准确找到阻力和物体运动之间的关系，我们要借助物理研究中的什么方法？
学生：控制变量法
老师：控制变量法，在实验里只改变阻力这一个因素，其他可能影响物体运动的条件都保持不变，大家有信心完成这个科学任务吗？
设计意图：在实验设计前增加受力分析环节，如同为学生搭建一座从生活经验到科学探究的桥梁。通过对物体在水平和竖直方向的受力分析，帮助学生将抽象的物理概念与熟悉的生活现象结合，理解实验探究的必要性，明确实验课题。
2. 设计实验
老师：既然明确了目标，现在我们就化身为小小科学家，来设计这个实验。首先第一个关键问题，选什么物体作为研究对象，能让我们更清楚观察到阻力对运动的影响呢？
学生：（讨论后回答）小车！/小球！
老师：非常好的选择！
那确定好研究对象后，怎样让小车（或小球）动起来呢？是直接用手推，还是借助其他工具呢？
学生：借助斜坡！
老师：就像牛顿当年发现的那样！借助斜坡能让小车（或小球）获得稳定的初速度。但要保证实验准确，每次小车（或小球）到达水平面的速度得一样，我们该怎么控制呢？这里运用了什么物理研究方法？
学生：从同一高度滑下，用控制变量法！
老师：如果使用小球，方向好像不好控制？有没有办法？
学生：小球配合中间带有凹槽的轨道，能更好地控制运动轨迹，避免因平面不平整导致运动方向偏移，让实验结果更准确
老师：完全正确！我们还可以采用水平面弹性小车，通过调整弹性装置，利用弹性势能转化为动能，让小车每次到达水平面时都具有相同的初速度。那接下来，最关键的一步，怎样改变它们受到的阻力呢？
学生：用不同粗糙程度的材料，比如毛巾、棉布、木板！
老师：思路太清晰了！
老师：现在我们一起设计实验记录表格，实验序号1、2、3对应不同材料，我们要详细记录水平部分材料、小车（或小球）受阻力情况、运动路程、速度变化、运动方向变化……大家再仔细想想，实验中具体观察和记录哪些细节，才能让数据更有说服力？
实验序号 1 2 3
水平部分的材料
小车受阻力情况
小车运动的路程
小车速度变化
小车运动方向变化
设计意图：引导学生参与实验设计，通过对研究对象、实验方法的讨论与选择，培养学生的问题解决能力与科学思维。优化实验器材选择与操作方法，如采用小球配合凹槽轨道、水平面弹性小车等，增强实验的科学性与准确性，让学生在实践中感受科学探究的严谨性。同时，引入亚里士多德的观点，引发学生认知冲突，激发学生深入探究的欲望。
引导学生运用控制变量法确定实验思路，培养学生科学严谨的思维习惯，为后续实验设计与操作奠定坚实的理论基础，同时让学生在分析过程中感受物理知识在实际问题中的应用价值，增强学习的主动性与探究欲。
3. 进行实验
老师：现在开始实验！把小车（或小球）放在斜面上同一高度，轻轻释放。仔细观察，它们在毛巾上、棉布上、木板上运动的距离、速度变化有什么不同？如果阻力消失，小车（或小球）又会怎样运动？在生活中，我们看到风吹树摇，风停树静；车踩油门就跑，脚蹬自行车才动，古希腊学者亚里士多德据此认为：力是维持物体运动状态的原因，没有力，物体就不能运动。但结合我们的实验，这个观点真的正确吗？
设计意图：沿着自己的设计思路，带着需要辨析的观点进行实验，学生能明确目标，深入探究。
活动二：结论分析，总结牛顿第一定律 & 观点辨析
1. 实验结论分析
老师：同学们，观察实验现象，我们发现小车（或小球）在水平面上受到的阻力越小，运动距离越远，速度减小越慢，方向也不变。大胆想象一下，如果阻力小到为0，它们的运动路程、速度、方向会如何变化？
学生：它们会一直运动下去，速度不变，方向也不变。
老师：非常好！原来是阻力影响了物体的运动。由此我们总结：如果不受力，运动的物体将永远做匀速直线运动。那么物体的运动，需要力来维持吗？那亚里士多德和伽利略的观点究竟谁对谁错呢？
学生：不需要，伽利略正确
老师：其实，早在牛顿之前，伽利略就进行了类似的思考，他通过理想实验推理得出：力是改变物体运动状态的原因。水平面上运动的物体，重力和支持力相互平衡，而摩擦力阻碍小车（或小球）运动。当我们减小水平面粗糙程度，摩擦力变小，它们运动距离变长。如果没有摩擦力（即不受力），小车（或小球）就会保持匀速直线运动。这说明，它们停下来不是因为没有力维持，而是因为受到了阻力，力并不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。这就是伽利略观点的科学性！
2. 牛顿第一定律总结
老师：那静止的物体不受任何外力，会运动吗？
学生：不会，会保持静止。
老师：对！牛顿在伽利略分析运动物体的基础上，对静止的物体也进行了研究，综合起来，形成了牛顿第一定律：一切物体都保持静止或匀速直线运动状态，除非有力迫使他改变这种运动状态。这一定律是在实验基础上，通过科学推理得出的，运用了理想实验法。
设计意图：通过对实验结论的深入分析与推理，引导学生逐步构建牛顿第一定律的完整概念，培养学生的逻辑推理能力与科学思维。开展亚里士多德和伽利略观点的辨析，结合受力分析，帮助学生纠正错误认知，准确把握力与运动的关系，突破教学难点，使学生深入理解牛顿第一定律的本质。
（三）课堂练习，巩固新知
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 物体受力才会运动，力维持物体运动
B. 静止的物体不受力，受力就会运动
C. 力是改变物体运动状态的原因
D. 物体做匀速直线运动是因为受到平衡力，没有力就会停下来
2.如图是研究牛顿第一定律的实验。请回答：
实验为了让小车受到不同的阻力，采用的做法是________；
(2)实验结论是：平面越光滑，小车受到的摩擦力越________，速度减小得越________；
(3)根据实验结论，可推理得出：运动的小车如所受的阻力为零，小车将做________运动；
(4)牛顿第一定律是建立在：________。
A．日常生活经验的基础上
B．科学家猜想的基础上
C．直接实验结果的基础上
D．实验和科学推理相结合的基础上
设计意图：通过多样化的练习题，检验学生对牛顿第一定律及力与运动关系的掌握情况，及时发现学生存在的问题并加以纠正。深化学生对知识的理解与应用能力，强化学生运用所学知识解决实际问题的能力，巩固教学成果。
（四）课堂小结，形成体系
老师：这节课我们跟着牛顿探索力与运动的关系，通过实验探究得出牛顿第一定律，还辨析了亚里士多德和伽利略关于力与运动的观点。谁能说说牛顿第一定律的内容？从受力分析角度，力和运动到底是什么关系？大家还有什么疑问或新想法，都可以分享。
设计意图：引导学生回顾本节课主要内容，帮助学生梳理知识脉络，构建完整的知识体系。培养学生的归纳总结能力，鼓励学生提出疑问与见解，促进学生对知识的深入理解与反思，提升学生自主学习能力。
板书设计
牛顿第一定律
1. 探究阻力对物体运动的影响
- 控制变量法、理想实验法
- 研究对象：小车/小球（凹槽轨道）、水平面弹性小车控制初速度
- 受力分析：竖直方向（重力=支持力），水平方向（阻力影响运动）
2. 牛顿第一定律：一切物体，都保持静止或匀速直线运动状态，除非力改变，
3. 观点辨析
- 亚里士多德：力是维持物体运动状态的原因（×）
- 伽利略：力是改变物体运动状态的原因（√）
- 受力分析：重力、支持力、摩擦力与物体运动状态的关系
教学反思
在本次教学中，以牛顿故事导入新课有效地激发了学生的兴趣与好奇心，契合新课标理念，为教学营造了良好氛围。
在实验课题引入环节，从受力分析引入，引导学生逐步掌握从受力分析角度辨析物理观点的方法，培养学生物理科学思维的能力。还可增加生活实例进行受力分析练习，细化问题梯度。
在实验设计环节，采用问题驱动下的实验探究与观点辨析，引导学生模拟牛顿思考路径进行实验设计、探究，例如“如何选择合适器材研究阻力对物体运动的影响”“怎样控制变量以确保实验准确性”等。设计过程中鼓励学生创新，鼓励学生借助生活中的器材完成实验，优化实验，不局限于使用课本中的器材探究。学生积极参与，遇到问题，解决问题，培养学生勇于探索的精神。
在活动体验环节，带着问题（如果阻力消失，小车将怎样运动？）带着观点辨析去实践，使学生在解决问题过程中，实践能力得到极大锻炼，问题意识得以强化，为深入理解定律筑牢根基。同时，问题导向促使学生积极主动参与课堂，提升了学生的专注度与学习积极性，培养了他们独立思考与团队协作能力，让学生逐步掌握科学探究的方法与步骤，构建系统的物理知识体系和科学思维模式。

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