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1、高一物理第五章 第1節(jié)經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性教案
(一)教學(xué)目標(biāo)
1.知識與技能
(1)了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程,知道經(jīng)典力學(xué)發(fā)展歷程中有哪些物理學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn).
(2)了解經(jīng)典力學(xué)所取得的偉大成就及其對當(dāng)時(shí)自然科學(xué)、社會發(fā)展的影響.
(3)認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍.
2.過程與方法
(1)通過收集對經(jīng)典力學(xué)建立作出重要貢獻(xiàn)的物理學(xué)家的故事,把科學(xué)成果的發(fā)現(xiàn)過程展現(xiàn)為歷史的過程,即科學(xué)家是如何在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行求索的,并將科學(xué)家的成果放在特定的歷史背景下去評說,從而讓學(xué)生認(rèn)識到歷史的發(fā)展有承接,科學(xué)的發(fā)展也一樣.
(2)通過收集和交流具體實(shí)例來分析說明經(jīng)典力學(xué)所取得的
2、偉大成就,培養(yǎng)學(xué)生就某一觀點(diǎn)或結(jié)論收集例證的能力,培養(yǎng)學(xué)生獲取和評價(jià)信息的能力.
(3)通過對比亞里士多德、伽利略、牛頓所采用的科學(xué)研究方法,了解科學(xué)研究方法不斷發(fā)展的過程,學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法的思想.
(4)通過查閱文獻(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)資料撰寫小論文,更多地了解經(jīng)典力學(xué)的成就、局限性與適用范圍,培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力,篩選和組織信息的能力、交流和表述信息的能力.
3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀
(1)通過查閱、對比、舉例、交流等學(xué)習(xí)活動,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和善于合作的意識;培養(yǎng)學(xué)生懂得尊重他人的成果、與他人合作交流的能力與習(xí)慣,鍛煉學(xué)生在討論與交流活動中敢于發(fā)表自己的感想和看法,共同探討交流與合作
3、學(xué)習(xí)的途徑.
(2)使學(xué)生領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義,體會經(jīng)典力學(xué)在人類認(rèn)識自然以及物理學(xué)發(fā)展中的重要影響和作用.
(3)感受物理學(xué)家充滿著艱巨性和創(chuàng)造性的科學(xué)探究過程,體會科學(xué)家們忘我的獻(xiàn)身精神和刻意追求的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng),從而讓學(xué)生更好地把握科學(xué)探究的本質(zhì),幫助學(xué)生建立起像科學(xué)家從事科學(xué)探究那樣來學(xué)習(xí)科學(xué)的意識,領(lǐng)悟科學(xué)探究的真諦.
(4)感受物理學(xué)所揭示的自然規(guī)律中蘊(yùn)藏著和諧、有序、簡單、統(tǒng)一的科學(xué)美,培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的審美能力,領(lǐng)悟自然界的內(nèi)在秩序與和諧,喚起人的真、善、美的自然天性,達(dá)到認(rèn)識和情感的完美統(tǒng)一.
(二)本節(jié)特點(diǎn)
(1)展示經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程、成
4、就和局限性,體現(xiàn)歷史與邏輯、繼承與發(fā)展的統(tǒng)一.
(2)滲透科學(xué)精神、科學(xué)研究的思想和方法.
(3)突出學(xué)生的自主合作學(xué)習(xí).
(三).教法與學(xué)法
教學(xué)方法上建議多采用引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的方法,鼓勵和組織學(xué)生在收集資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論和交流,建立起對經(jīng)典力學(xué)的整體性認(rèn)識.
(四)教材說明與教學(xué)建議
本節(jié)引入先對學(xué)生前面所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了簡要概括,接著指出學(xué)生所學(xué)知識是多位物理學(xué)家的重要貢獻(xiàn),從而使學(xué)生產(chǎn)生了解這些物理學(xué)家,了解所學(xué)知識由來的興趣.
1.經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程
對經(jīng)典力學(xué)發(fā)展歷程的了解建議以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)為主,可以課前將學(xué)生分小組,布置學(xué)生收集、查閱相關(guān)資料和
5、書籍,有條件的學(xué)??梢越M織學(xué)生上網(wǎng)查找經(jīng)典力學(xué)發(fā)展史,在學(xué)生自學(xué)及小組內(nèi)相互交流的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生理清經(jīng)典力學(xué)理論形成和發(fā)展的線索,建議從以下幾個(gè)角度進(jìn)行提煉和分析:
(1)領(lǐng)會力學(xué)體系得以建立的原因.
一是生產(chǎn)需要的推動,由于生產(chǎn)實(shí)踐為力學(xué)研究提出了許多問題,促使許多科學(xué)家投身于地上物體運(yùn)動和天體運(yùn)動規(guī)律的研究.
二是科學(xué)自身發(fā)展的要求.
三是因?yàn)榱W(xué)研究的對象最簡單,它拋開物體的物理、化學(xué)性質(zhì),只把它作為一個(gè)有質(zhì)量的實(shí)體來看待,研究物體間的作用及在這一作用下物體運(yùn)動狀態(tài)的變化規(guī)律.
四是有一系列科學(xué)家為牛頓力學(xué)的建立打下了重要的科學(xué)基礎(chǔ),特別是:(1)伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定律和重力作用
6、下的勻加速運(yùn)動,奠定了牛頓第一定律和第二定律的基本思想.②“天空的立法者”——開普勒所發(fā)現(xiàn)的行星運(yùn)動三定律,是牛頓萬有引力定律產(chǎn)生的最重要的前提.
(2)明確力學(xué)發(fā)展的三個(gè)階段.
第一階段是在伽利略、牛頓時(shí)代之前,人們對力學(xué)現(xiàn)象的研究大多直接反映在技術(shù)之中或完全融合在哲學(xué)之內(nèi),物理學(xué)就整體而言還沒有成為獨(dú)立的科學(xué).在這個(gè)階段對力學(xué)作出突出貢獻(xiàn)的是阿基米德,在本節(jié)“實(shí)踐和拓展”第l題中要求收集、整理阿基米德在力學(xué)方面取得的成就以及有關(guān)他的故事(可參見課程資源《阿基米德》),并在班上和同學(xué)交流或展示.合作、交流在科學(xué)探究中有助于對科學(xué)過程的理解,當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展都是人們合作探索的結(jié)果,教學(xué)中要利
7、用這類交流活動培養(yǎng)學(xué)生善于合作的意識和溝通、交往的能力,懂得尊重他人的成果.
第二階段是從伽利略到牛頓,是經(jīng)典力學(xué)從基本要領(lǐng)、基本定律到建成理論體系的階段,在這一階段有一系列的科學(xué)家為經(jīng)典力學(xué)打下重要基礎(chǔ).要讓學(xué)生知道伽利略、笛卡兒、惠更斯、開普勒、牛頓各自有怎樣的發(fā)現(xiàn),他們對科學(xué)的杰出貢獻(xiàn)與意義所在,可查詢《中國科普》網(wǎng)站“科學(xué)人物”網(wǎng)頁.例如法國物理學(xué)家笛卡兒(1596—1650)補(bǔ)充和完善了伽利略的觀點(diǎn);強(qiáng)調(diào)了伽利略沒有明確表述的慣性運(yùn)動的直線性.他在《哲學(xué)原理》一書中這樣描述:“所有的運(yùn)動,其本身都是沿直線的.”笛卡兒認(rèn)為慣性運(yùn)動不僅僅局限于水平面上的運(yùn)動,而且包括一切方向上的運(yùn)動.
8、又如荷蘭物理學(xué)家惠更斯((~hristiaan Huygens 1629一1695),全面細(xì)致地解決完全彈性碰撞問題,則為牛頓第三定律的表述奠定了基礎(chǔ).相關(guān)內(nèi)容教材作了簡要介紹,但最好能讓學(xué)生查詢和收集更多的這些科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的故事,并相互交流,使學(xué)生在了解物理學(xué)史的過程中更深地體會科學(xué)家們忘我的獻(xiàn)身精神和刻意追求的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng),而了解科學(xué)家是如何在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行求索的,可以讓學(xué)生更好地把握科學(xué)探究的本質(zhì).
第三個(gè)階段是牛頓之后,經(jīng)典力學(xué)又有新的發(fā)展,這一階段主要是后人對經(jīng)典力學(xué)的表述形式和應(yīng)用對象進(jìn)行了拓展和完善(可參見課程資源《三大守恒原理的確立》).
(3)分析科學(xué)研究方法的發(fā)展.
9、
在本節(jié)“實(shí)踐和拓展”第2題中要求比較亞里士多德、伽利略、牛頓所采用的科學(xué)研究方法的特點(diǎn)和區(qū)別以及對科學(xué)發(fā)展的意義.實(shí)際上他們所采用的科學(xué)方法也是科學(xué)研究方法發(fā)展的三個(gè)階段.可建議學(xué)生列表來進(jìn)行對比,
這里是學(xué)生在課余自學(xué)、收集和查詢資料之后一個(gè)進(jìn)行相互交流的機(jī)會,也是學(xué)生在教材內(nèi)容指引下進(jìn)一步了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程的一個(gè)小結(jié),在進(jìn)行成果交流當(dāng)中,注意使學(xué)生在歸納問題、表述、口頭表達(dá)、交往、自信心、寬容心等一系列方面得到充分的鍛煉.
學(xué)生在了解這些科學(xué)家的故事和貢獻(xiàn)時(shí),也完全可能了解到對某些科學(xué)家有褒有貶的評價(jià),對此應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生看待科學(xué)家的成果要放在特定的歷史背景下去評說,應(yīng)用歷史的觀點(diǎn)進(jìn)
10、行科學(xué)教育.例如在力學(xué)發(fā)展歷程中,以往人們?nèi)菀装褋喞锸慷嗟驴闯墒亲璧K科學(xué)進(jìn)步的反動或落后勢力的代表而進(jìn)行批判,而實(shí)際上亞里士多德是世界古代史上最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家.在人類科學(xué)史上,亞里士多德是第一個(gè)闡明各學(xué)科研究對象和基本概念的人,他對混沌一團(tuán)的科學(xué)進(jìn)行了分類,為科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ).雖然亞里士多德對很多問題處理是錯(cuò)誤的,但每個(gè)人的認(rèn)識均受其所處時(shí)代科技水平的影響,和所有科學(xué)家一樣,亞里士多德的一些觀點(diǎn)存在錯(cuò)誤是難免的.我們應(yīng)該在歷史背景下客觀評價(jià)科學(xué)家的貢獻(xiàn)和科學(xué)的發(fā)展,要知道歷史的發(fā)展有承接,科學(xué)的發(fā)展也一樣.包括認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的成就和局限性也要聯(lián)系當(dāng)時(shí)的歷史和科學(xué)背景,以史為鏡,
11、更好地認(rèn)識科學(xué)事業(yè)的前景.
2.經(jīng)典力學(xué)的偉大成就
首先要引導(dǎo)學(xué)生從教材中提煉經(jīng)典力學(xué)的偉大成就體現(xiàn)在哪些方面:
(1)把人類對整個(gè)自然界的認(rèn)識推進(jìn)到一個(gè)新水平,牛頓把天上運(yùn)動和地上運(yùn)動統(tǒng)一起來,實(shí)現(xiàn)了天上力學(xué)和地上力學(xué)的綜合,從力學(xué)上證明了自然界的統(tǒng)一性.這是人類認(rèn)識自然歷史的第一次大飛躍和理論大綜合.它開辟了一個(gè)新時(shí)代,并對科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程以及后代科學(xué)家們的思維方式產(chǎn)生了極其深刻的影響.這里可結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)的情況對經(jīng)典力學(xué)的成就做簡單補(bǔ)充介紹(參見課程資源《經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)史上的成就》).
(2)經(jīng)典力學(xué)的建立首次明確了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征,這標(biāo)志著近代理論自然科
12、學(xué)的誕生,也成為其他各門自然科學(xué)的典范.牛頓運(yùn)用歸納與演繹、綜合與分析的方法極其明晰地得出了完美的力學(xué)體系,被后人稱為科學(xué)美的典范,顯示出物理學(xué)家在研究物理時(shí),都傾向于選擇和諧與自洽的體系,追求最簡潔、最理想的形式.教學(xué)中應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生去領(lǐng)會在物理學(xué)揭示的自然規(guī)律中所蘊(yùn)藏的和諧、有序、簡單、統(tǒng)一的科學(xué)美,培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的審美能力,領(lǐng)悟自然界的內(nèi)在秩序與和諧,陶冶學(xué)生的情操,達(dá)到認(rèn)識和情感的完美統(tǒng)一.
(3)經(jīng)典力學(xué)的建立對自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會進(jìn)步具有深遠(yuǎn)影響.這部分的教學(xué)思路應(yīng)突出以下三個(gè)層面:一是經(jīng)典力學(xué)形成的科學(xué)研究方法推廣應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科上,對經(jīng)典物理學(xué)的建立意義重
13、大.二是經(jīng)典力學(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科,促進(jìn)了自然科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展.三是經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)技術(shù)上有廣泛的應(yīng)用,促進(jìn)社會文明的發(fā)展.
教材此處設(shè)置的“討論與交流”欄目意在結(jié)合具體實(shí)例使學(xué)生體會經(jīng)典力學(xué)的偉大成就,可以在學(xué)生收集資料和例證的基礎(chǔ)上在課堂讓學(xué)生討論與交流,也可以分小組討論交流,將小組成果制作成手抄報(bào)或其他作品在班內(nèi)展示.
3.經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍
這部分內(nèi)容可以結(jié)合本節(jié)“實(shí)踐與拓展”第3題展開教學(xué),組織學(xué)生在班內(nèi)相互交流自己撰寫的小論文.在認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍時(shí)建議了解19世紀(jì)末經(jīng)典物理學(xué)與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的矛盾,由理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾去聯(lián)系經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍,也是為第二、第三節(jié)的新物理學(xué)革命作鋪墊(可參見課程資源《經(jīng)典力學(xué)的局限性》).
(五)小結(jié)
(六)作業(yè):課本練習(xí)3