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2019-2020年高中物理 5.1經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性教案 粵教版必修2 (一)教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)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(duì)當(dāng)時(shí)自然科學(xué)、社會(huì)發(fā)展的影響． (3)認(rèn)識(shí)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(duì)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(píng)說，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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(píng)價(jià)信息的能力． (3)通過對(duì)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(duì)比、舉例、交流等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和善于合作的意識(shí)；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(dòng)中敢于發(fā)表自己的感想和看法，共同探討交流與合作學(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(duì)科學(xué)發(fā)展的重要意義，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)在人類認(rèn)識(shí)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(huì)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(shí)，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(duì)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(shí)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(lì)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(duì)經(jīng)典力學(xué)的整體性認(rèn)識(shí)． (四)教材說明與教學(xué)建議 本節(jié)引入先對(duì)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(shí)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(shí)由來的興趣． 1．經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程 對(duì)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)資料和書籍，有條件的學(xué)校可以組織學(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(huì)力學(xué)體系得以建立的原因． 一是生產(chǎn)需要的推動(dòng)，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(dòng)和天體運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)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下的勻加速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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)中要利用這類交流活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生善于合作的意識(shí)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(duì)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(dòng)的直線性．他在《哲學(xué)原理》一書中這樣描述：“所有的運(yùn)動(dòng)，其本身都是沿直線的．”笛卡兒認(rèn)為慣性運(yùn)動(dòng)不僅僅局限于水平面上的運(yùn)動(dòng)，而且包括一切方向上的運(yùn)動(dòng)．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(huì)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(duì)經(jīng)典力學(xué)的表述形式和應(yīng)用對(duì)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． 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(duì)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(duì)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(huì)，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(duì)某些科學(xué)家有褒有貶的評(píng)價(jià)，對(duì)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(píng)說，應(yīng)用歷史的觀點(diǎn)進(jìn)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(dòng)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(duì)象和基本概念的人，他對(duì)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(duì)很多問題處理是錯(cuò)誤的，但每個(gè)人的認(rèn)識(shí)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(píng)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(shí)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，更好地認(rèn)識(shí)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(duì)整個(gè)自然界的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到一個(gè)新水平，牛頓把天上運(yùn)動(dòng)和地上運(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的情況對(duì)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(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去領(lǐng)會(huì)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(duì)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(shí)和情感的完美統(tǒng)一． (3)經(jīng)典力學(xué)的建立對(duì)自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會(huì)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(duì)經(jīng)典物理學(xué)的建立意義重大．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(huì)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(huì)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(shí)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