巧用科学史培养学生批判性思维 -以“牛顿第一定律”的教学为例

巧用科学史培养学生批判性思维 -以“牛顿第一定律”的教学为例

李赛男

杜桥实验中学 317000

【摘要】本文以“牛顿第一定律”为例，在课堂教学中融入现代聊天工具微信，激发学生兴趣；补充伽利略双斜面创新实验，促进学生理解；同时巧用科学史，引发学生认知冲突，培养学生的批判性思维。

【关键词】初中科学教学 科学史 批判性思维

一：引言

近年来，如何培养学生核心素养已经成为国内外科学教育界广泛关注的问题。批判性思维是核心素养的重要组成部分，它贯穿在科学发展的历史中。但由于教学理论等限制，以及教学时间、升学等现实压力，在实际一线教学中，批判性思维培养的现状并不乐观。

在“牛顿第一定律”这节课的教学中，传统的教学方式重在知识落实，忽略了学生思维的发展。笔者在对“牛顿第一定律”的内容深入思考后，认为本节课可以利用现代聊天工具微信，融入科学史，采用探究式教学，让学生沿着科学家的探索之路，重温经典实验，并以其为学习材料，提升思维的广度和深度，有效培养学生的批判性思维。

二：教学设计

环节1.追寻科学家的足迹：情境创设，引发冲突

师：我们学过力，也学过机械运动，力与运动之间有关系吗？有什么关系呢？学生沉默。听说力与运动之间有一个很牛的微信群，里面大咖云集，你知道群主是谁吗？学生好奇。

师：他就是上知天文，下知地理的亚里士多德先生，是古希腊最博学的人，他在2000多年前，在微信群里发表了一个观点：最近对力和运动很感兴趣，观察了生活中大量现象后发现有力作用在物体上，物体才会运动，撤去力的作用，就会停止运动。我认为物体的运动需要力来维持。

师：物体受到力就运动，不受力就停止运动，所以他认为物体的运动需要力来维持。你支持他的观点吗？支持请举手。大多学生都举手。

师：那你能举个例子来说明吗？

学生举例:推黑板，推，黑板运动，不推，黑板静止。踢足球，踢，足球运动，不踢，足球不动。

师：看来亚里士多德的观点比较符合我们的认识，也有同学是不支持的，听听他们的想法。

学生举例：推小车，撤去推力后，小车无法立马停下。

师：没有推力，小车依然能运动，物体运动一定需要力来维持吗？学生困惑。

环节2.追寻科学家的足迹：提出方法，解决困惑。

师：其实，科学家伽利略，他被称为近代科学之父，400多年前他就在群里发表了自己的看法：亚里士多德先生，我不同意你的观点。直觉有时并不可靠，我认为运动不需要力来维持。那他的观点是正确的吗？当时的人们并不接受伽利略的观点，现在的我们更要理性思考。这个小球静止在地面上，如果受到力的作用，他会运动，撤去推力，他会继续滚动一段路程，最终会停下来，为什么会停下来呢？是因为没有推力还是受到其它力的作用？生：有阻力。

师：谁对他施加阻力？生：空气阻力。

师：空气阻力我们一般忽略不计。生：还有地面施加的阻力。

师：那如果地面和小球之间没有摩擦力呢？生：小球应该不会停下来。

师：但是完全没有摩擦力的情况可能存在吗？生：不存在。

师：如果存在，我们就可以做实验来证明伽利略的观点是否正确。但完全没有摩擦力的情况不存在，怎么办？生：可以让摩擦力减少。

师：今天我们来研究摩擦力大小对小车运动情况的影响。研究对象是？生：小车。

师：变量是？生：摩擦力大小。

师：如何改变摩擦力大小？生：通过在水平面上铺上不同材料来改变水平面的粗糙程度，再让小车运动起来。

师：你觉得要测量什么呢？生：小车在水平面上运动的距离。

师提醒：控制变量，小组合作，进行实验。学生汇报展示，同学互评。

生：改变了斜面的高度是不对的，这其实就是改变了斜面的倾斜角度。

师：为什么倾斜角度不能改变呢？

生：控制变量。在其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，小车在水平面的初始运动速度会越大。研究阻力大小对小车运动情况的影响，就要保持小车在水平面上的初速度相同。

生：实验过程中，每次小车释放的高度不同是不对的。

师：为什么高度要相同？生：就要保持小车在水平面上的初速度相同。

生：给小车施加力的作用让他运动是不对的。

师：给小车施加力的作用让他运动为什么就不行？生：力时大时小，力越大，小车在水平面运动的初始速度就会越大。

师：为什么要让小车在斜面的同一个位置静止滑下？生：保持小车在水平面上的初速度相同。

师：操作正确的请举手，请你来汇报一下数据。根据数据，你得出的结论是什么？生：材料越光滑，摩擦力越小，小车运动得越远。

师：有没有比木板更光滑的材料呢？如果用玻璃来做实验会怎样呢？学生填空。

师：这个实验你没有做，怎么就知道结论了呢？生：我猜的，从毛巾到棉布到木板，摩擦力越来越小，距离越来越长。

师：有依据的猜就是推理。再次推理，如果有一个理想平面，它绝对光滑，摩擦力为0，小车运动的距离会怎么变？学生填空。如果小车在水平面上运动时不受阻力的作用，那么它将做什么运动？生：匀速运动。

师：这个结论完全是由实验做出来的吗？生：不是，是在实验的基础上进行推理得出的。

师：实验加推理是非常重要的科学研究方法，这种方法是伽利略首先提出并应用到实验中的。为了证明自己的观点，伽利略做了一个理想实验。教师演示实验：左边是一个斜面，右边也是一个斜面，当小球从左边释放，小球会如何运动呢？教师演示，生观察后回答：滚上右边的斜面。

师：它会在右边的斜面上运动多少距离呢？我们可以来测量一下，请一个同学来读数，请你读出小球运动到最高点时的刻度。老师从20厘米处释放小球。学生记录数据在黑板上。

师：现在，我减小右边斜面的倾斜角度，它运动的距离会？生：变长。教师操作，继续提问如果再减少倾斜角度呢？生：更长。

师：再减小变成水平面呢？教师把小球从斜面上释放，滚上5米长的钢卷尺，学生观察到小球可以持续运动一段时间。

师：如果水平面更长呢？生：会一直运动。

师：在这种情况下，真的会一直运动吗？生：不会。

师：为什么？生：有摩擦力。

师：如果没有摩擦力呢？运动速度呢？生：会一直运动，速度不变。

环节3.追寻科学家的足迹：进行补充

师：伽利略的实验让20世界最伟大的物理学家爱因斯坦深受启发，他发了一条朋友圈：伽利略的发现以及他所应用的伟大的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。虽然有了爱因斯坦的赞美，伽利略的观点完美吗？哪里有缺陷呢？实验设置障碍让小球改变方向。

师：你观察到什么现象？生：小球偏了。

师：为什么会偏？生：受到力的作用。

师：如果不受力呢？生：方向不变。

著名数学家笛卡尔对伽利略的观点做了重要补充：如果运动物体不受到任何力的作用，它不会向左、右方向偏，将永远沿原来的方向做匀速运动。

环节4.追寻科学家的足迹：总结完善

师：现在完美了吗？生：不完美。

师：是谁弥补了不完美呢？牛顿，隆重出场。牛顿一生的贡献有很多，他说了这么一句话：如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在巨人肩上的缘故。

师：巨人指的是？生：亚里士多德、伽利略、笛卡尔。

生：除了这三位还有许多其他科学家。牛顿是一个热爱阅读的人，他阅读了巨人们的著作，同时他也是善于思考的人。在总结巨人研究成果之后，他提出了著名的牛顿第一定律。

师：一切物体指的是？生：所有物体。

师：条件呢？生：没有受到外力作用。

师：结果如何？生：总保持匀速直线运动或静止状态

师：总保持匀速直线运动或静止状态，运动状态不变，不受外力时，运动状态不变。那要使物体的运动状态改变呢？

生：物体就要受到外力。

环节5.追寻科学家的足迹：小结提升

师：这是一支跨越2000多年的科学团队，为什么我们在短短的一节课中就汲取了他们研究的要点，这是因为我们站在巨人的肩膀上。孩子们，欢迎你们加入力与运动研究群。

三：结语

笔者认为科学史中富含大量教学资源，在日常教学中要巧用科学史，将其合理地融入到课堂教学中去。真正的理解知识只能是由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来的，取决于特定情况下的学习活动过程。跟随着科学家的脚步进行科学探究，关注学生的前概念，从现象出发到本质，再解释现象，可以培养学生批判性思维，从而提升科学核心素养。

参考文献

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^［5］刘兵. 科学史与教育[M]. 上海:上海交通大学出版社, 2008: 23.