第三章 E 从牛顿到爱因斯坦

执教：上外附属大境中学 刘晓杰

一、教学任务分析

本设计的内容尝试通过科学家对科学发展的贡献的探究和学习，领略科学家的优秀特质，并从中感受科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和启迪。

学习本设计的内容需要具有关于机械运动、牛顿运动定律的知识为基础；需要具有搜索和筛选资料和制作PPT的能力，同时具有合作的团队精神。

课前分四个小组搜索关于牛顿和爱因斯坦的生平和对科学贡献的相关资料，并对资料进行分析、判断、概括和归纳的筛选，重组为交流的材料。在这个过程中，感悟科学家的优秀特质。

通过汇报、交流、讨论的形式，让各组学生代表分别简介牛顿的经典力学和爱因斯坦的时空观理论、牛顿和爱因斯坦生平和重要的贡献，然后通过分组讨论，了解物理学从牛顿的三大定律到爱因斯坦相对论的发展过程。

通过设问，引导学生进行讨论、交流，最后归纳、总结，对科学家的共性形成共识。

通过学习本节内容有哪些启迪的讨论，认识到从科学家身上获得的不仅是对生活和工作所需的知识和技能，更重要的是从他们的科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法等方面受到启迪：我们现在对牛顿和爱因斯坦的探究和再认识，就是为了能站在他们的肩膀上，以他们的视角来审视着未来的世界。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）知道牛顿的经典力学和爱因斯坦理论是牛顿经典力学的发展和延续。

（2）知道牛顿经典力学时空观和爱因斯坦时空观的区别和联系。

（3）初步认识到牛顿和爱因斯坦可贵的科学探索精神。

2．过程与方法

（1）通过学生自己阅读书籍、报刊、广泛收集关于牛顿和爱因斯坦的资料，感受科学家研究科学的基本方法。

（2）通过全班同学交流汇报活动，认识到牛顿和爱因斯坦理论的继承与发展的关系，明白科学进步的历程是没有止境的。

3．情感、态度与价值观

（1）通过课堂中参与学习和讨论的过程，提高学习兴趣，激发对于科学探索的热情。

（2）通过对牛顿和爱因斯坦理论建立过程的分析与讨论，感悟牛顿和爱因斯坦可贵的科学品质。

三、教学重点和难点

重点：对两位伟人的科学结论的理解。

四、教学器材和课件

介绍牛顿和爱因斯坦的生平课件、以及他们的重要贡献及其它相关资料。

五、教学设计思路

本设计围绕牛顿和爱因斯坦的生平和他们对科学发展的贡献展开。

本设计的基本思路是：按照“查找资料→课堂交流→分析概括→对比提升认识→重新认识→启迪→引领”的程序组织教学。由对物理学家的直观认识，上升到理性认识，并且通过交流和谈论，彼此借鉴对牛顿和爱因斯坦科学思想的理解，帮助自己确立对科学、人生、社会的责任和义务。

本设计要突出的重点是：对两位伟人的科学结论的理解。方法是：课前分四个小组查找关于牛顿和爱因斯坦的以下资料：（1）他们的生平（论证科学理论诞生在前人的认知基础上）。（2）一生中的主要贡献（了解牛顿和爱因斯坦的科学成就）。（3）它们的趣事和名言（挖掘两位物理学家的科学品质）。这个环节可以充分调动学生对两位物理学伟人的认知兴趣，激发学生向科学家学习的热情；课堂教学中，学生可以针对自己对两位物理学家的认识来介绍各自小组的资料成果。在这个环节中，学生参与学习和讨论，互通有无，提高学习的兴趣，更加深刻感悟牛顿和爱因斯坦难能可贵的科学品质。

通过归纳、总结科学品质的主要内涵，激发学生对世界的好奇，并产生探求的愿望。

完成本设计的内容约需2课时（包括课外活动时间）。

六、教学流程

1、教学流程图

2、对流程图的说明

情景 科学家的成就展

先由学生介绍牛顿的经典力学和爱因斯坦的时空观理论。教师准备些图片和录像以便补充。

活动Ⅰ 牛顿生平列举

牛顿的生平和重要的贡献。

活动Ⅱ 爱因斯坦生平列举

爱因斯坦的生平和重要的贡献。

活动Ⅲ 分组讨论

讨论题：科学成就的产生需要怎么样的条件？（前人研究基础、科学家的科学品质等）

列举：牛顿和爱因斯坦的生平重要的时期剖析两位物理学家的成功因素。

论述、辩论：学生对于牛顿和爱因斯坦的科学品质的论述、辩论。

问题 设问

设问： 通过对牛顿和爱因斯坦的综合审视，你认为他们身上能体现出来什么对待科学的共性特征？

活动Ⅳ 归纳总结

归纳、总结科学品质的主要内涵：对科学的因果关系的重视，对实验验证的严谨，对科学结果探究的痴迷，这就是他们的科学品质。他们对世界充满好奇，对好奇和美的不懈追求是他们的动力，他们的科学把人类带向更美妙的未来！

活动Ⅴ 启迪

通过学习牛顿和爱因斯坦的科学品质，对我们的学习和生活的指导作用剖析。

3、教学的主要环节

本设计包括课前准备在内，可分为四个主要的教学环节：

第一环节，课前分四个小组查找关于牛顿和爱因斯坦的生平和对科学贡献的相关资料。

第二环节，通过各组学生代表汇报、交流、讨论的形式，了解从牛顿的三大定律到爱因斯坦相对论的发展过程。

第三环节，通过讨论、交流，归纳、总结，对科学家的共性形成共识。

第四环节，通过学习本节内容有哪些启迪的讨论，从科学家的科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法等方面受到启迪。

七、教案示例

先由学生介绍牛顿的经典力学和爱因斯坦的时空观以及爱因斯坦理论的初步。教师准备些图片和影片。各个小组交流自己对牛顿和爱因斯坦各方面的资料介绍。

（一）生平介绍

1、分别介绍他们的生平。（老师提前也准备好一些资料，可在学生准备不足的情况下补充）

（1）牛顿

• 1642年12月25日（新历1643年1月4日）生于林肯郡，幼年时代就喜欢制作机械玩具。
• 1661年进剑桥大学三一学校学数学， 1665年获学士学位。
• 1667年他进三一学院当研究生，次年获硕士学位。
• 1669年牛顿受到数学教授巴罗博士的推荐，继承他的教授职位。
• 1689年和1701年，牛顿两次以剑桥大学代表的身份被选入议会。
• 1696年他被聘为造币厂的监督。
• 1703年起担任英国皇家学会会长。
• 1727年3月20日（新历3月31日）逝世于伦敦。
• 威斯敏斯特教堂，他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。

（2）爱因斯坦

• 他是历史上继牛顿之后最伟大的科学家。他是狭义相对论的重要发现者，他对量子理论的创立具有重大的贡献，而广义相对论，亦即现代引力论的建立，则应全部归功于他。
• 1905年解决液体中悬浮的粒子运动（布郎运动）的理论问题提出测定分子大小的新方法。
• 1905年提出光量子理论，首先揭示了微观客体的波粒二象性。
• 1905年创建狭义相对论，揭示空间时间物质和运动的统一性。
• 1915年创建广义相对论。
• 1917年开创现代宇宙学。探索统一场理论。

2、由学生介绍牛顿和爱因斯坦的理论主体

（1）牛顿的三大定律的总结。

（2）牛顿名言：他的理论建立在伽利略等前辈的基础上，牛顿很谦虚的说：我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现——牛顿。

（3）爱因斯坦的理论主体：狭义相对论的简介和广义相对论的初步。

（4）爱因斯坦名言：这一次我执著面对，任性地沉醉，我并不在乎这是错还是对，就算是深陷，我不顾一切，就算是执迷，我也执迷不悔——爱因斯坦。

（二）学生讨论对于牛顿和爱因斯坦的认识，来剖析两位物理学家的科学品质、人生观。

1、牛顿和爱因斯坦对科学共同的品质

对科学的因果关系的重视，对实验验证的严谨，对科学结果探究的痴迷，这就是他们的科学品质。

2、两位科学家的世界观决定了后期的走向

（1）牛顿的世界观：

由于受时代的限制，牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动，是空间位置的变化；宇宙和太阳一样是没有发展变化的；靠了万有引力的作用，恒星永远在一个固定不变的位置上……

晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

（2）爱因斯坦的世界观：

引导爱因斯坦科学生涯的最大动机，不是财富，不是名声，也不是别的更高尚的目标（尤其是财富和名声可以凭借其他更快捷的手段获取）。他主要动机是科学的好奇心和科学的美学。我们可以在历史中找到许多例子，有多少人恰恰是为了科学牺牲世俗中的健康、财富和名声。爱因斯坦就是物理学家杰出的代表。

（三）通过对牛顿和爱因斯坦的剖析，让学生感悟到科学品质的可贵，世界观的重要，启迪学生面对自己的人生。

（四）总结

通过同学们自己查阅到的资料的交流和讨论，对于牛顿和爱因斯坦两位科学家的认识，感悟出伟大的科学家的共同特质是：对科学的因果关系的重视，对实验验证的严谨，对科学结果探究的痴迷，这就是他们的科学品质，科学教育不仅是获得生活和工作所需的知识和技能，更重要的是获得科学思想、科学精神、科学态度，以及科学方法的熏陶和启迪。我们现在对牛顿和爱因斯坦的探究和再认识，就是为了能站在他们的肩膀上，站在他们的视角来审视着未来的世界。

（五）布置作业

写篇题目《牛顿和爱因斯坦的现代对话》短文章（500字）

发布时间：2013/5/15 下午12:55:15  阅读次数：2336