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暑假中学校布置要做一个叫“塑料瓶潜水艇”的小制作，我做了一个，效果还不错。这个“潜水艇”制作起来很容易:先准备一个塑料瓶，两根塑料管，橡皮泥和卡纸少量。需要的工具也很常见:剪刀、刀片和小锥子。对了，还有必不可少的塑料绝缘防水胶带(橡皮胶布)。用刀片将塑料瓶的瓶底整齐地切下来，在瓶内放一小块橡皮泥并用塑料绝缘胶带(橡皮胶布)固定，作为压舱物。再在瓶盖上分别钻两个孔，将一长一短的两根塑料管插入，胶布固定。然后用胶布把刚才切下的瓶底固定在原处(注意密封)。之后用卡纸做一个“指挥塔”，并用蜡笔在两面涂上颜色(防水)。最后装饰下就好啦!我找来一个长些的盆子，盛了大半盆水，手拿“潜水艇”慢慢放入水面，水从下面的塑料管流入瓶内，当瓶内装满水后，潜水艇就沉在水底。这时，嘴从上面的塑料管中慢而均匀地吹气，就会发现浸在水中的下面的塑料管口会往外冒一长串的水泡，然后开始往外出水。潜水艇慢慢地前进，一边航行一边上浮。停止吹气的话，水又会流入瓶内，潜水艇又下沉了。而当你在吹气的过程中用手指堵住另一根漫在水里的塑料管管口，水就会从你吹气的管中流出呢。如果拿出灌满水的潜水艇，倒过来，让两根塑料管管口都朝下，你又会发现，只有一根管往外出水，另一根管却在往瓶里送空气。堵上出水管，另一根管就改为出水管了，而原来的出水管又变为出气管。进行一系列的实验后，你一定有许多疑惑吧。第一，潜水艇为什么在吹气的过程中会一边向前航行一边上浮呢?因为空气进入瓶内后，瓶内的水受到空气的压力会从另一根管中流出，瓶里的水排出了，潜水艇自然会上浮，至于航行，是因为排出的水有一股反作用力，会推动它慢慢前进。第二，为什么堵住漫在水中的塑料管管口，水会从吹气的管中流出?因为瓶内的水由于空气的压力必须通过塑料管这惟一可以出水的通道排出，如果堵上了，水失去出去的通道，自然会选择吹气管往外排出，压力大就可促进水向气体进入的地方流。第三，为什么倒拿潜水艇塑料管一根会出水一根却要进空气呢?因为“水往低处流”，倒拿后水一定会找下方的通道流出，选择低处的管道后，高处的管道自然会往里进空气。因为水排出后，水所占瓶内的容积会逐渐变小，瓶内的另一部分要靠空气来填充，这就促使空气不断地通过塑料管进入了。通过这次的实验，我明白了许多科学道理，同时也明白了:只有亲自去实验论证，才能得出最科学最精确的答案! 
牛顿第一定律的教学研究，在中学物理教学研究中早已不是一个新问题了．许多物理教育工作者对于这一定律的教学发表了自己颇有见地的教学见解，并且得到了满意的教学效果． 当我们在教学实践中运用这些教学策略时，我们发现，确实可以取得如同一些文献中所述的预期效果．然而，当我们设计一些新的情境让学生运用牛顿第一定律去解决问题时，令我们十分吃惊的是：学生对于牛顿第一定律的掌握程度却又非常之差．这使得我们困惑不解．为何对同一教学策略教学的结果的评价出现如此之大的偏差？是教师教的原因，还是学生学的原因，抑或两者兼而有之．这促使我们对牛顿第一定律的教学进行深层次的理性思考，进一步，我们从学生的认知心理上，对这一规律的教学进行了深入的研究． 1 通常牛顿第一定律的教学，一般是按教材编排顺序，先进行演示实验引出课题，然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论，消除“力是维持物体运动原因”的错误观念，进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性，最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象，从而完成整个教学过程． 为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况，我们曾用这样一道题目来检测学生．题目如下．你坐在向前匀速直线运动的汽车里，将手中的钥匙竖直上抛，问当钥匙落下来时是落在手里，还是落在手后面．全班56名同学在试卷上皆答：落在手后面．问其原因，皆曰：汽车在走，而钥匙抛出后不再向前走了． 2 怎样更好地改进牛顿第一定律的教学效果，使牛顿第一定律的教学效果真正是实实在在意义上的令人满足．我们认为，囿于一般形式上的教学方法的改进已是隔靴搔痒，而必须深入到学生的认知结构中去考察学生产生错误认识的根源． 认知心理学的理论告诉我们，学生学习物理概念、规律时所形成的错误，常常是由于其头脑中的前科学概念的影响． 所谓前科学概念，是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中，对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念．比如牛顿第一定律就是如此．在物理教学中，那种认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受，如果他们仍不理解，可以多讲几遍就能达到目的的想法，实践证明是过于天真了．因为在有些学生的经验中，早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因“的理论类似的观念．这样，当他们学习了牛顿第一定律之后，就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中，牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词．让他们解释用手推车、用脚踢球等一些不易暴露错误观念的生活实例时，他们也能解释得头头是道．但当解释用手抛钥匙、飞机扔炸弹的例子时，他们却又运用亚里士多德的理论去解释，其错误观念暴露无遗．这正是牛顿第一定律教学效果不佳的症结之所在． 3 研究和改进牛顿第一定律的教学，应当了解学生头脑中前科学概念的特点． 第一，学生头脑中的前科学概念是自发形成的． 过去，我们在教学中，常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”，教师可以在上面任意涂画，事实并非如此．学生在长期的生活实践当中，逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法．他们几乎每天都会看到物体在力的作用下运动，而在力停止作用时物体静止，于是主观地断言：有力，则物体运动；无力，则物体静止．这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论． 第二，学生头脑中的前科学概念具有隐蔽性． 由于学生头脑中前科学概念都在潜移默化中形成的，所以它以潜在的形式存在．这包含两方面的意义．其一是学生自己并没有意识到它的存在，因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念．其二是前科学概念平时并不表现出来，但往往在学生运用物理概念解决问题时表现出来．比如前述测验表明，许多有10多年教龄的初中物理教师头脑中也存在着牛顿第一定律的前科学概念，然而他们自己却并不知道． 第三，学生头脑中的前科学概念具有顽固性． 由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念，且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念．因此，学生头脑中的前科学慨念是非常顽固的． 国内外物理教育界近年来的一些研究表明：一旦学生对某些物理现象形成了前科学概念，要想加以转变是极其困难的．尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前科学概念，更是如此． 按照皮亚杰的理论，学生认识什么和如何行动，主要决定于他们所具有的认知图式（思维模式），而不完全取决于教师所讲述的内容．他们按照自己已有的图式吸收和排斥信息．在有错误认识存在的情形下，就会在头脑中形成和正确信息极不相同的东西． 4 在上述研究的基础上，我们对牛顿第一定律的教学提出如下教学建议
