慣性是初中物理教學內(nèi)容中最主要的基本概念，是全日制義務教育課程標準(實驗稿)中規(guī)定的認知達到理解層次的五個知識點之一。恩格斯說：“慣性是全部力學的出發(fā)點。”因此，具有清晰的慣性概念意味著能正確把握力與運動的關系，有助于順利地建立力學知識體系。然而，我們的教學實踐和相關的研究都證實了，中學生對慣性概念的理解不盡如人意，主要表現(xiàn)在學生把慣性概念背得滾瓜爛熟，卻沒有構(gòu)建科學合理的認知結(jié)構(gòu)。學生一接觸到實際問題，用慣性知識解決時往往就犯經(jīng)驗性的前概念錯誤。因此，“慣性”一節(jié)歷來也就成了教學中的難點。這是因為：

首先，慣性概念本身內(nèi)涵的抽象。慣性是物體本身固有的一種屬性，與物體是否受力、是否運動及怎樣運動無關，其大小只與質(zhì)量有關，且還不能量度，沒有單位。雖然其大小與受力大小無關，卻只能與受相同的力時，運動狀態(tài)改變難易程度情況來表征慣性大小，無法獨立體現(xiàn)，必須以運動狀態(tài)為依托，才能體現(xiàn)出來。這些似是而非的知識，足以使初涉物理的學生“掙扎”了。

其次，錯誤的前概念干擾。學生的前科學概念既是學生認知結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)，受學生認知發(fā)展水平的影響，同時也是學生在非正式教育情景中自我構(gòu)建的晌明李結(jié)果。因此，這些解釋一旦成為學生自身較為固定的認識便具有穩(wěn)固的地位，不但不易轉(zhuǎn)變，而且還會對學生思維活動產(chǎn)生影響，具有頑固、廣泛等特點。學生雖在日常生活中經(jīng)常見到種種“慣性現(xiàn)象”，但因為尚未學習有關物理知識，故根本不知道這就是物體具有慣性的表現(xiàn)。非但如此，反而由于對生活經(jīng)驗的誤解及誤傳而形成種種似是而非的科學慣性的認識。

一、“慣性”教學中存在的問題

執(zhí)教者對教科書編排上的依賴。建國以來的教科書都是把慣性概念教學緊密銜接在牛頓第一定律之后。我們認為，其意圖是立足于利用學生原有對牛頓第一定律的理解及實驗現(xiàn)象為場景，創(chuàng)設教學情景，讓學生在經(jīng)歷和實踐中實現(xiàn)自我領悟，在反思中重構(gòu)自己的經(jīng)驗，體現(xiàn)以經(jīng)驗出發(fā)，使知識利實現(xiàn)同化，教師在對其傳授過程中，重點集中在學生理解、接受、最終建立起“物體不受外力時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)”的物理模型，該物槐鎮(zhèn)理模型反映的是物體不受力時的運動規(guī)律，此規(guī)律的核心就是運動狀態(tài)不變。然而在實際教學中，課本僅提供一個了“伽利略斜面理想實驗”，該實驗又不能直接證明牛頓第一定律成立。在這種缺乏足夠的感性認識的基礎上運用思維概括出慣性定律，學生在理解上普遍存在困難。因此，從這一“不牢固”的該知識點為起始知識，接著學習慣性概念，猶如樓房建立在沙漠上。

二、基于“自創(chuàng)性實驗” 教學設計 的理由

“自創(chuàng)性實驗”這一概念是從實驗技術(shù)先進性、新穎性、適用性的角度分類的，“自創(chuàng)性實驗”界定為在教學中對學生進行物理教育的一切素材構(gòu)成的，為解決具體問題、體現(xiàn)自主創(chuàng)新的個性化物理實驗活動。狹義的理解為“已有實驗”之外的能夠利用的一切資源(低成本的生活資源；高科技的激光筆、手機；價格高的微波爐、攝像機、多媒體；賴以生存的大自然；具有生命的人體等)在物理實驗教學中形成的自主創(chuàng)新性的個性化實驗活動。其特征是具有：廣泛性、潛適用性、個體開放性、生活性、同質(zhì)性等。基于這樣課程資源支撐下，會實現(xiàn)如下的目標：

1 從認識論上來看

學生是認識事物的客體，是從具體的感性認識上升為抽象的理性認識，又返回實踐的過程。概念、規(guī)律抽象晦澀是學生認識過程中必須克服的障礙。而“自創(chuàng)性實驗”的探究實驗體驗，符合學生認識事物的過程，可以降低學生學習的難度，提高認識客體的效益，有助于豐富學生的想象。

2 從思維發(fā)展規(guī)律來看

初中學生思維大多數(shù)以具體形象思維為主，然后過渡到抽象邏輯思維，按著皮亞杰的認識發(fā)展階段理論衡量，初中生的物理思維基本上還處于具體運算階段，即這個階段的思維一般還離不開具體事物的支持，思維還要依靠實物和能觀察到的事物來進行，不能依靠詞語、假設等進行。他們的學習往往要用直觀的方法，常常需要直觀的材料和方法來支持他們學習知識。

3 從非智力因素來看

充分利用直觀手段，創(chuàng)設教學情境，讓學生看得見、摸得著，能獲得鮮明生動的形象，容易吸引學生的注意，激發(fā)學習興趣和熱情，并引起探索的動機和行為，從而培養(yǎng)學生行成穩(wěn)定的學習態(tài)宴遲勢和長久的志趣以及對學生的意志和實事求是的科學態(tài)度都是大有益處的。更重要的是能促進非智力因素的全面和諧的發(fā)展，因而在認知活動中激發(fā)智力因素的有效發(fā)揮。

三、基于自創(chuàng)性實驗的教學設計

設計理念：僅僅通過純粹的講授或簡單的實驗演示對于轉(zhuǎn)變學生原有的慣性概念以及力與運動關系的錯誤認識效果欠佳。借鑒科學發(fā)展的歷史特別是伽利略開創(chuàng)性的研究方法實驗與科學推理，以及美國著名的物理教育家莉蓮，麥克德莫特提出錯誤前概念的轉(zhuǎn)變需要經(jīng)歷“引出、挑戰(zhàn)、轉(zhuǎn)換”一系列的過程。設置一個能夠暴露出學生常犯錯誤的情境，在幫助學生最終認識到其中的內(nèi)在矛盾之后，再要求他們運用必要的邏輯推理加以解決。我們提出采取科學探究的教學模式，針對學生原有的錯誤認識設計問題情景，通過進行一系列活動與實驗，引出并挑戰(zhàn)學生的錯誤認識，逐步實現(xiàn)學生原有概念的轉(zhuǎn)變。這不僅使學生對知識獲得概念性理解，實現(xiàn)不同情景的順利遷移，同時培養(yǎng)學生批判性思維，學會反思自己的認識，學會采用科學方法探究事物本質(zhì)，養(yǎng)成科學的態(tài)度，正確理解科學。

1 創(chuàng)設游戲?qū)嶒灒a(chǎn)生思維沖突，引出“慣性”課題

教育家夸美紐斯說：“教學不是從語言開始的，它是從觀察事物開始的。”通過自創(chuàng)性實驗，使觀察到的物理現(xiàn)象和結(jié)論與學生的原有的錯誤前概念產(chǎn)生沖突，讓學生暴露出錯誤觀念，從而正確看待自己原有的生活經(jīng)驗，把對事物表面現(xiàn)象觀察所得到的經(jīng)驗與物理知識不一致的地方提出來進行反思，找出矛盾所在，經(jīng)歷思想上的沖突和震撼，實現(xiàn)了對學生原有錯誤認識的引出和挑戰(zhàn)，此時學生們有一種驚奇與困惑，思維正處于一種“心求異而不能，口欲言而非達”的境地，對新知的探究異常強烈，這時引入新課效果會事半功倍。

教師提問：如圖1所示，鐵塊用細線纏繞系牢后，用手下拉繩端，細繩是從鐵塊上面斷，還是從鐵塊的下面斷，猜想一下，并說一下你的理由?此刻學生情緒高漲，多數(shù)學生認為從A物體的上面斷。這是因為A物體上面細繩受到鐵塊和拉力的共同作用。這時教師慢慢的下拉繩端，果然，從A物體的上面斷。學生為自己猜測正確而高興，得到成功喜悅的體驗。

教師又問：細繩到底從哪里斷呀?幾乎所有的學生認為從A的上面處斷開(原來認為從A物體下面斷的學生也猶豫不決了)，此時教師用手迅速下拉細端，由于鐵塊的慣性的“保護作用”細繩從物體A的下面斷。重復操作都從A物體的下面斷。說明，如果學生情緒不夠高漲，激情不足時，回 過來再問到底哪里斷，選擇大多數(shù)學生相反的結(jié)論去操作。最后達到老師說，哪里斷就哪里斷的操作時，就一定會因起強烈的震撼的。

2 充分利用自創(chuàng)性實驗，豐富感性認識，形成正確概念。

中學生的抽象思維在很大程度上屬經(jīng)驗型，需要感性經(jīng)驗支持。因此教學中應了解學生的實際，通過實物演示消除錯誤概念。造成認知結(jié)構(gòu)的不平衡，促成原有知識結(jié)構(gòu)的順應，用科學的概念代替原有的錯誤觀念，實現(xiàn)錯誤前概念向科學概念的轉(zhuǎn)變。

探究實驗1：倒立啤酒瓶中抽出紙條。一張紙條放在桌邊上，將空啤酒瓶倒立在桌面上，如何將啤酒瓶不倒的情況下，將迅速紙條抽出啤酒瓶沒有傾倒。討論分析得出結(jié)論：物體具有維持靜止的性質(zhì)。

探究實驗2：放在遙控小車上的木塊。勻速拉動時小車遇到障礙物會向前滑動而掉落(比教科書上豎立木決傾倒直觀容易分析得出慣性)。討論分析得出結(jié)論：物體具有維持運動的性質(zhì)。

探究實驗3：如圖2所示，懸在遙控電動小車上的小球，學生探究時，發(fā)現(xiàn)遙控電動小車突然開動時，懸掛的小球保持靜止不動的狀態(tài)，觀察時好像向后運動。而遙控電動電動小車突然靜止時，懸掛的小球會保持原來的運動狀態(tài)，繼續(xù)向前運動。討論分析得出結(jié)論：物體具有維持運動和靜止的性質(zhì)。

探究實驗4：兩個瓷碗盛水(目的是增大慣性和趣味性)，放置在桌上，將一根木條放在兩瓷碗上，然后用一個較重的鐵絲向木條中間砸去，木條立即兩截，碗中的水紋絲不動，有驚無險。也能得出：物體具有維持運動和靜止的性質(zhì)。

基于上述，我們發(fā)現(xiàn)靜止的物體具有保持靜止的屬性，運動的物體具有保持運動狀態(tài)的屬性，可謂“動則恒動，靜則恒靜”。我們把物體具有原來的運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，叫做慣性。

3 固、液、氣都有慣性的探究實驗

布魯納認為，學生在其中經(jīng)歷某件事情越是多樣，就越有可能把該事情與其他事件聯(lián)系起來，多種多樣的訓練，有助于增強各事物之間的共同之處，指出每一事物的獨特之處。自創(chuàng)性實驗可提供足夠多變式實驗的課程資源，包含大量某一物理概念的不同事例，包括正面的和反面的例子，實驗變式往往具有物理概念的相同本質(zhì)但具有不同形式，通過對物理概念的足夠數(shù)量的不同實驗變式的徹底習得，使學生能形成正確的概括，有助于轉(zhuǎn)變錯誤的前概念和科學概念的掌握及知識的遷移。

探究實驗5：如圖3所示，懸在遙控電動小車上的小瓶中的水從小孔下滴成流線型滴到燒杯中，學生探究時，發(fā)現(xiàn)遙控電動小車突然開動時，瓶中的水從小孔下滴的流線保持靜止不動的狀態(tài)，觀察時好像向后傾斜。而遙控電動電動小車突然靜止時，懸掛的小球會保持原來的運動狀態(tài)，繼續(xù)向前運動。觀察時流線的水流，好像前傾斜似的。討論分析得出結(jié)論：說明運動的水也具有慣性，要保持原來(沿水平方向)的運動狀態(tài)。

探究實驗6：在一個透明玻璃杯中盛有清水，清水中放一浮標，浮標的作用是為了便于學生觀察水的運動情況，如圖4所示，先讓浮標靜止(表明水也是靜止的)。用手轉(zhuǎn)動玻璃杯，讓學生觀察浮標的運動情況，結(jié)果浮標靜止不動，瓶中水也不運動。該實驗說明靜止的液體具有慣性。

探究實驗7：吹點燃的蠟燭。如圖5所示，將蠟燭沿直線相隔約50cm依次放置于桌面上。點燃蠟燭，在其一端3cm處短促而用力吹一口氣就停止。這時可以觀察到近處的燭焰先被吹動(甚至被吹滅)，隨后，遠處的燭焰也依次被吹動了。這個探究實驗表明：空氣被吹動后，雖然已不在用力吹了，?它并不立即停止下來，從而說明了氣體也有慣性的。

說明：也可找?guī)讉€學生出來做游戲，每個學生手中拿著長的紙條，依次站立，用扇子扇或用口吹氣。效果也很好的。

探究實驗8：在洗滌劑和少量甘油的混合液中插入由竹尖和棉線組成可折的框架，取出框架時會形成面積約為600cm2的皂膜，然后，將帶皂膜的框架迅速水平移動，結(jié)果在講臺上方(原來帶膜框架的位置處)形成一個直徑約為20cm的大皂泡。因為大皂泡內(nèi)封裝的是空氣，此實驗可說明靜止的氣體也具有慣性。

通過以上實驗的探討，可知固體具有慣性、液體具有慣性、氣體也具有慣性，從而在充分的感性基礎上建立為一切物體都具有慣性規(guī)律。

4 慣性大小與質(zhì)量大小有關的實驗

探究實驗9：如圖6所示，桌面上放置一個乒乓球及與乒乓球等體積的鐵球。用玩具高壓射水槍(帶有貯氣筒的)用力對遠處的乒乓球、鐵球射水，讓學生觀察到水噴射后乒乓球很輕易地被沖走了，而鐵球幾乎不動：表明質(zhì)量大的鐵球保持物體靜止慣性大，即物體的質(zhì)量越大，慣性越大。

四、基于“自創(chuàng)性實驗”教學的思考

慣性概念教學的關鍵是要完成從生活經(jīng)驗到科學概念的認知重構(gòu)。而教科書是在關于牛頓第一定律學習后，隊知結(jié)構(gòu)還沒有形成清晰、穩(wěn)定的知識組塊前提下講授的，認知結(jié)構(gòu)不能得到優(yōu)化。因此。慣性的概念不能很好的同化，為此，我們沒有把慣性概念教學以牛頓第一定律為基石來講授，而是通過10個自創(chuàng)性實驗，讓學生充分暴露原有認識的錯誤或模糊，引導學生通過實驗探究弄清本質(zhì)，形成一個獨立的新的“固定點”。通過我們的教學實踐感受到本教學的設計，符合了學生生活需要和知識發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，通過自創(chuàng)性實驗提供真實情境，由淺入深，由粗到精，最后抽象概括出本質(zhì)概念。使教學成為極富有創(chuàng)造性和個性化的探究活動，學生體驗了探究過程，感受到了成功喜悅，也實現(xiàn)了“用教材而不是教教材”和充分挖掘和豐富課程資源的理念。

編輯 張 燁