牛顿第一定律教学范文1
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。
（1）注重科学知识、科学方法与科学精神教育。
牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位，而且在物理教学中也具有很好的教育价值.在教学中，不仅应当注重科学知识教学（定律本身），而且要特别强调定律得出所运用的科学方法.包括理论实验的方法和科学推理方法，这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面.而且，还要结合定律的教学，潜移默化地对学生进行科学精神教育。为什么只有伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的错误结论？引导学生树立起科学的怀疑精神，树立实践是检验真理的唯一标准的信念.这样融知识、方法和精神于一体的教学，才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵。
（2）必须破除教师头脑中的前科学概念。
由于不少初中物理教师头脑中还具有牛顿第一定律的前科学概念，因此，很难想象出这些教师所教授出的学生头脑中的前科学概念能够加以破除.所以，破除教师自己头脑中前科学概念是牛顿第一定律教学的前提。
（3）破除学生头脑中的前科学概念。
由于在牛顿第一定律教学中学生头脑中存在着前科学概念，教师必须促使学生头脑中前科学概念的转变，在他们的头脑中引发认知冲突和危机，使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾，促使原结构的解体和新结构的建构。这种过程可以说是在学生头脑中引发了一场科学革命。
比如，除以上两个例子外，还可向学生布置如下一个问题.匀速向前行驶的汽车前后玻璃窗上各有一只蜜蜂。两只蜜蜂同时以相同的速度向前后窗飞去，问前窗蜜蜂先飞到后窗，还是后窗蜜蜂先飞到前窗？如果学生正确回答了这个问题，说明学生头脑中该问题上的前科学概念已经破除。否则，则认为仍然没有破除。
（4）坚持纠正前科学概念。
牛顿第一定律教学范文2
关键词：牛顿第一定律；前概念；力与运动；思维冲突
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）3-0021-4
1 教材分析以及本内容的教学现状
牛顿第一定律是经典物理学的基石，在科学史上第一次从本质上厘清了运动与力的关系，为进一步定量阐述力对运动的改变提供了前提和基础。以人民教育出版社课程教材研究所《物理必修1》为例：教材在分别系统介绍了直线运动和相互作用力知识之后，提出了“学习了怎样描述物体的运动，但没有讨论物体为什么会做这种或那种运动。要讨论这样的问题，就要研究运动与力的关系”[1]。所以，研究运动与力的关系是科学发展到一定程度的必然，教材安排顺理成章。同时，也只有明确了力与运动的关系之后才能理解加速度与外力之间的关系，才能打下理解牛顿定律的基础。
然而，在当前的教学活动中，普遍存在着轻视牛顿第一定律的现象。其表现主要有以下两个方面：
（1）有些教师认为该部分内容初中已经涉及，且不是高中考察的重点，在教学要求上以识记为主，将学生看作被动的接受者，教学方式简单粗暴。
（2）部分教师认为本节教学以物理学史为主，授课时对教学内容未能进行细致的再加工，按照教材照本宣科，强调物理史实，轻视物理方法的引导和物理思想的渗透，与教材设计者的意图相背离。
2 本节教学难点归因
相对牛顿第二、第三定律，牛顿第一定律教学难度更大。牛顿第一定律教学中的难点集中体现在直接的生活经验感受对建立正确的物理概念的干扰。例如：“马拉车，车就走；失去拉力车就停”“汽车刹车，速度大滑行远，不容易停下来；速度小，滑行短，容易停下来。车子越难停下惯性越大”。这些现象在学生头脑中形成了“力的存在是物体运动的原因”“物体速度越大惯性越大”等错误的感受，对“运动不需要力维持，力是改变物体运动状态的原因”“惯性与速度无关，质量是惯性唯一的量度”等正确概念的建立起到了极大的阻碍作用。
学生刚刚进入高中物理的学习阶段，尚未形成理性分析的习惯。遇到问题还习惯于根据观察的感性认识直接得到答案，对问题的理解更依赖于直接的经验和表象。在学生头脑中建立正确的力与运动关系绝非易事，学生常常依据头脑中的直觉得到与亚里士多德相类似的观点，虽然可以通过记忆背下“正确”的结论，但其潜意识仍然认同唯心的结论，一旦利用牛顿第一定律分析具体问题，就会从潜意识出发得到错误的结论。
3 教学难点突破策略的设想 教学流程的预设
通过对牛顿第一定律教学难点形成原因的分析，可以知道学生通过对生活现象的表象感受在头脑中形成的错误结论是建立正确概念的阻力。如何带领学生突破既有的错误概念，重新生成正确的概念，是本节教学的核心所在。
3.1 教学难点突破策略的设想
建立新的正确的力与运动关系的观点，必须先“破除”学生头脑中的既有错误观点，不破不立。然而，学生头脑中的观点非一日形成，且有感性认识佐证，使其摒弃错误观点就必须使他们真实地对这些观点产生具有冲击力的怀疑，进而在教师的带领下再分析，以建立正确的力与运动关系的观点。
因此，本节教学难点的突破策略为：基于对学生形成的既有概念分析，针对性地设置问题和场景，通过学生的分析得到与其既有概念相冲突的结果，以期形成思维冲突、激起疑惑，使学生对既有概念产生怀疑，重新回到问题本身。再通过理性分析和理想实验形成结论，进一步通过对生活经验现象形成思维冲突的案例进行再分析，检验理论的自洽性，使学生真切地感觉到后期形成的这个结论才是一个能自圆其说的、合理的结论。
3.2 教学流程的设计
（1）教学流程预设的理论依据
科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难清楚地解释全部情况。波利亚在其提出的教学发生学原理中指出 “在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子”[2]。在本节教学中，应当带领学生重新经历伽利略曾经经历的过程――“怀疑―假设―推证―得出结论”，了解探求客观世界真理的一般方法。
（2）教学流程的设计（如图1所示）
4 教学片断
教学片断1：
播放视频：马拉车，车运动，失去马的拉力，车最终停止；
粗糙地面，施加拉力物体运动，拉力越大运动越快。
师：马拉车车才运动，停止拉车车就会停下，你能得到什么结论？
生：物体受力才会运动，不受力就会停下来。
师：粗糙地面，施加拉力越大，物体运动越快，你能得到什么结论？
生：物体受到的力越大，运动得越快。
师：同学们总结得很全面。其实，早在2 000多年前一位伟人也得到了和你们相同的结论。
展示亚里士多德关于力与运动关系的观点：力维持物体运动；力越大物体运动越快。
【设计意图】本环节旨在暴露学生在生活中积累的感性结论。只有充分暴露学生头脑中隐藏的前概念，将其摆在桌面，才有可能“破除”这种错误的认识。“我们在教学中发现用非常规问题创设情境，通过学生讨论、师生对话的方式可以有效暴露学生的前概念，然后抓住时机引导学生打破旧图式，建立科学概念”[3]。
教学片断2：
教师继续安排事例展示：
师：我国第一艘海上作战平台“辽宁号”上，舰载机在降落时需要拦阻设施。那么，高速运动的飞机为什么能够在有限的空间内停稳？
生：因为飞机受到了拦阻绳的巨大阻力而使飞机停止。
师：也就是说，飞机因为受力而停止。
继续展示事例2：
师：如图2所示，沿斜面运动的物体，为什么在绳子拉紧后会停止？
生：因为受到了绳的拉力。
事例3：播放跳水\动员入水后减速下降的视频。
师：为什么跳水运动员入水后会逐渐减速直至停止下降？
生：因为运动员在水里要受到向上的水的浮力。
师：亚里士多德认为受力是物体运动的原因，可是为什么这几个例子中物体却因为受力而停止了呢？受力到底是物体运动的原因还是使物体静止的原因呢？可见，“力是维持物体运动的原因”这个观点不可靠。
【设计意图】 本环节旨在通过一系列的事例，使学生得到与既有认识完全相反的结论，形成其认知上的冲突。通过这种思维深处的矛盾困惑，达到对前概念的动摇、怀疑，属于“不破不立”中“破”的环节。对前概念“破”得越彻底，形成的思维冲突越剧烈，后期新概念的建立才会越省力、越有效。
教学片断3：
展示如图3所示的实验装置，请学生分析小车的运动过程：A到B过程，加速下滑；B到C过程，匀速运动；C到D过程，减速上滑。
原因分析可知，AB受到重力下滑力推动，小车越来越快；CD受到重力下滑力阻碍，小车越来越慢。
通过分析可知，力既可以使物体由静止运动起来，也可以使物体由运动停止下来。即使是同一个力，有时使物体运动，有时使物体停下。可见，使物体运动与否的关键因素不是力。那么，什么决定了物体的运动与否呢？
【设计意图】本环节的目的在于进一步“破除”学生思维深处的定势，通过列举力对运动效果的不唯一，说服学生力并不是使物体运动的原因。前概念被打破了，在学生的心中必然亟待建立一个新的力与运动学说，此时介绍伽利略对运动与力关系的研究就水到渠成了。
教学片断4：在300多年前，先哲伽利略也在苦苦思考这样一个问题。作为一位崇尚理性、极具创造性思维的学者，他想如果运动环境里完全没有摩擦力影响，那么力和运动的关系是不是会更明晰一些。
介绍什么叫理想实验，知道理想实验在物理学研究中的重要作用。
如图4所示，带领学生思考：
假如存在一个完全没有摩擦的曲面，物体下滑后必将到达曲面另一侧等高处；
假如另一侧曲面较平缓，物体到达等高处势必走更长的路程，坡面越平缓，小球通过的路程越长；
假如坡面无限平缓呢？小球在水平光滑面上永远运动下去，直到无穷远处，在这个过程中物体运动方向上并不受力。
可见：物体的运动是其自然的属性，并不需要力维持。
在300多年前，由于实验手段的局限，伽利略只能借助于理想实验获得结论。在科技发达的今天，我们可以创造微摩擦环境，对其结论进行验证：
如图5所示，演示气垫导轨和光电门。
【设计意图】 本环节是本课的重点环节，教师在授课时务必引导学生参与思考，使其经历概念“突破―建立”的过程。虽然理想实验设计缜密灵巧，但是仍难免偏重于思维，教师在得到结论后加入气垫导轨的实证环节，目的在于加强结论的可信度。
教学片断5：既然力不是物体运动的原因，运动也不需要力维持，力到底起到什么作用？基于这个问题我们重新回顾刚才的例子，如图6所示。
我们把物体的运动分为AB、BC、CD三个阶段，结合物体的受力和运动特点可以发现：
（请学生列表分析，如表1所示）
介绍笛卡尔等科学家的贡献并总结：
牛顿第一定律：一切物体总保持静止或匀速直线运动，直到有外力迫使它改变这种状态为止。又叫做惯性定律。
【设计意图】 在教师的引导下，进一步通过实例分析，得到力在运动状态变化中的作用，有助于学生构建完整的理论体系。
教学片断6：牛顿第一定律说明物体具有维持自身运动的特点，力是改变物体运动状态的原因。这种维持运动状态的能力越强，力改变其运动状态越难，相同的力改变运动状态越慢。我们把物体总试图维持其运动大小和方向不变的能力称作惯性。
那么，如何比较物体惯性的大小呢？惯性大小又和哪些因素有关呢？
举例1：相同动力作用下的小汽车和火车，谁的速度增加更快？谁维持运动大小和方向的能力（惯性）更强？
举例2：载重卡车和摩托车以相同速度行驶，谁刹车减速更快？谁维持运动大小和方向的能力（惯性）更强？
结论：质量越大，惯性越大，运动状态越不容易改变。
应用：战斗机在准备空战时为什么要甩掉副油箱？
【设计意图】 此部分教学通过实例的分析，使学生理解惯性定义的内涵。同时，在进行惯性概念分析时，进一步强化了“力是改变物体运动状态的原因”这一观点。并通过实例的应用分析，解决了具体问题，使学生形成了如下理论观点：
1.运动不需要力来维持，在不受力或受力为零时其运动状态不改变；
2.力是改变运动状态的原因；
3.物体具有维持自身运动的属性，质量是其惯性的唯一量度。
以上几点相互联系，形成良好的理论自洽，学生在构建上述理论的过程中体会物理理论的自洽之美。
参考文献：
[1]人民教育出版社 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书 物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2010：67.
牛顿第一定律教学范文3
文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）07-0038-02
2000多年前，古希腊的学者亚里士多德（公元前384 -前322年）曾断言，使物体维持恒定的运动（即速度不变），就需要恒定的外力作用于它。由于亚里士多德的观点符合人们日常经验的直觉印象，在他以后近2000年的时间里，人们一直认为这种观点是正确的。
但是，这种仅凭日常生活经验和直觉印象得出的结论正确吗？我们今天知道亚里士多德的上述观点是错误的，但是为什么象皿里士多德这样的杰出人物也会把这个问题弄错了呢？为什么在长达2000多年的时间里，人们一直认为这种观点是正确的呢？
爱因斯坦把科学家们一代代探索自然界秘密的努力，比喻做读福尔摩斯一类的侦探小说。在好的侦探故事中，一些最明显的线索往往引导到错误的猜疑上去，凭直觉的推理方法是靠不住的。有个基本问题，由于它太复杂，曾经长达几千年搞不清，那就是运动的问题。长期以来人们一直认为，要改变一个静止物体的位置，必须推它、提它或拉它。人们直觉地认为，运动是与推、提、拉等动作相联系的。直接生活经验使人们深信，要使―个物体运动得更快，必须用更大的力推它。当推动物体的力不再作用时，原来运动的物体便静止下来。这也就是亚里士多德的观点。然而，在自然界这部侦探小说里这是一个错误的线索。直到三百多年前，伽利略才创造了有效的侦察技术，发展了寻求正确线索的系统方法，从而才找到了这个问题的正确答案，弄清了事实的真象。
那么伽利略（1564 ――1642意大利物理学家）创造的到底是一种什么样的侦察技术呢？他到底是怎样找到了这个问题的正确答案，弄清了事实的真象的呢？
伽利略仔细观察研究过物体沿斜面下滑的实验（图1）。在实验中，小球从第一个斜面AB滚下后，就会沿着第二个斜面BC向上滚，但小球在第二个斜面上达到的最大高度总是略低于小球从第一个斜面上滚下时的高度。并且斜面做得越光滑小球在第二个斜面上达到的最大高度就越接近于小球从第一个斜面上滚下时的高度。伽利略还注意到，当一个球沿斜面向下滚时，其速度逐渐增大，向上滚时速度逐渐减小，并且斜面的倾角越小速度变化得越慢，倾角越大速度变化得越快。由此他推论，当球沿水平面滚动时，其速度应不增不减，即保持匀速运动状态不变。
这是为什么呢？伽利略领悟到，将人们引入歧途的，是摩擦力或空气、水等媒质的阻力，这是人们在日常观察物体运动时难以完全避免的。为了得到正确的线索，除了实验和观察外，还需要抽象的思维。
伽利略推想：
①如果在完全没有摩擦的情况下，不管第一二个斜面的倾角是多大，小球在第二个斜面上达到的最大高度就总是等于小球从第一个斜面上滚下时的高度。（如图2 -1）
②第二个斜面的倾角越小，小球滚动的距离就越远；
③如果第二个斜面的倾角等于零度即第二个斜面成为一个水平面时，小球从第一个斜面滚下来后，就永远达也不到开始时的高度，也就是说，小球将以恒定不变的速度在无限长的水平面上永远运动下去。
伽利略由此得出，维持物体的运动，并不需要外力。
就这样，伽利略形成了和皿里士多德不同的结论：物体的运动并不需要外力来维持，只有运动的变化才是外力作用的结果。物体不受外力作用时，将永远匀速地运动下去。但是，伽利略所讲的“水平面”是“各部分和地心等距离的”球面，所以，他所讲的水平面上的运动指的不是直线运动，而是“环绕一个中心的圆周运动”，所以不能算作“惯性定律”的准确表述。
与伽俐略同时代的法国科学家笛卡儿（Descar，1596年-1650年）进一步补充和完善了伽俐略的观点，他认为：如果无其它原因的作用的话，它将继续以同一速度在同一直线方向上运动，既不停下也不偏离原来的方向。”这是准确的惯性定律的表述。他认为自然运动是在一条直线上进行的，这就突破了伽利略所设想的“水平面”的局限。
伽利略的理想实验找到了解决运动问题的真正线索。爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”
伽利略的正确结论隔了一代人以后由牛顿总结成动力学的一条最基本的定律：一切物体总保持静止或匀速直线运动的状态，直到有外力迫使它改变这种状态时为止。这便是通常所说的牛顿第一定律。
这条定律说明了两个问题：
第一，定律揭示了力和运动的关系，物体的运动并不需要力去维持，只有当物体的运动状态（速度）发生变化即产生加速度时，才需要力的作用，具体包括：
①物体在不受外力时，将保持它原来的运动状态不变，即原来静止的物体将永远保持静止，原来运动的物体将永远以不变的速度作匀速直线运动。
②物体受到不为零的外力作用时，物体的运动状态将要被迫发生变化。即外力的作用是迫使物体的运动状态发生变化。
第二，牛顿第一定律实质上提出了惯性的概念，物体之所以能保持静止或匀速直线运动，是在不受力的条件下，由物体本身的特性来决定的，如果物体受到了外力的作用，外力就要迫使物体的运动状态发生变化。物体所固有的、保持原来运动状态不变的特性叫惯性，故第一定律又称为惯性定律，
牛顿第一定律教学范文4
关键词：初中物理 课堂教学 思维引导
中图分类号：G630 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）05-0090-01
一、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。
二、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。
三、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。
四、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。
1.注重科学知识、科学方法与科学精神教育。牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位，而且在物理教学中也具有很好的教育价值。在教学中，不仅应当注重科学知识教学（定律本身），而且要特别强调定律得出所运用的科学方法。包括理论实验的方法和科学推理方法，这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面。而且，还要结合定律的教学，潜移默化地对学生进行科学精神教育。为什么只有伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的错误结论？引导学生树立起科学的怀疑精神，树立实践是检验真理的唯一标准的信念。这样融知识、方法和精神于一体的教学，才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵。
2.必须破除教师头脑中的前科学概念。由于不少初中物理教师头脑中还具有牛顿第一定律的前科学概念，因此，很难想象出这些教师所教授出的学生头脑中的前科学概念能够加以破除。所以，破除教师自己头脑中前科学概念是牛顿第一定律教学的前提。
3.破除学生头脑中的前科学概念。由于在牛顿第一定律教学中学生头脑中存在着前科学概念，教师必须促使学生头脑中前科学概念的转变，在他们的头脑中引发认知冲突和危机，使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾，促使原结构的解体和新结构的建构。这种过程可以说是在学生头脑中引发了一场科学革命。
牛顿第一定律教学范文5
在讲解《牛顿第二定律》这一课中，从理论知识方面来说，首先要求学生能够掌握牛顿第二定律的概念，通过控制变量法来研究加速度、质量和力三者之间的关系，并学会用图像来进行数据分析和处理。除此之外，还要了解力学中基本的国际单位以及导出单位。
从实践过程方面来说，采用实验教学法，让学生仔细观察实验过程，动手进行测量，根据实验结果来归纳物体加速度、质量与外力之间的关系，然后由教师引导学生更深入地理解牛顿第二定律，以发散学生的思维能力，锻炼学生的逻辑推理能力，培养学生的动手实践能力，从而发现物理规律。
从情感态度和价值观方面来说，要培养学生的合作能力，使学生自主投入到教学过程中，培养学生实事求是、追寻真理的精神。
二、教材分析
牛顿第二定律是高中物理课程中的重点教学内容，是整个动力学的核心规律，而经典力学的学习也要以动力学为基础，因而牛顿第二定律的教学具有重要的意义。而且牛顿第二定律的学习可为学生日后对热学和电学等内容的学习奠定基础。
三、教法建议
可采用实验法、归纳法等方法实施教学，通过多媒体技术制作课件和表格来帮助学生理解牛顿第二定律的知识点。
四、教学重点
《牛顿第二定律》的教学重点在于如何通过实验来得出相应的结论，推导出牛顿第二定律。
五、教学难点
《牛顿第二定律》的难点在于如何引导学生真正掌握牛顿第二定律的含义和其延伸意义。
六、教学过程
1.复习导入
教师在开讲之前，要先帮助学生回复之前所学的牛顿第一定律，让学生回忆起牛顿第一定律的概念：一切物体，在没有收到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。另外，还要帮助学生巩固力和质量的关系，不同质量的物体在同样大小的力的作用下，会有不同的反应，质量越大的物体，其运动的速度则越慢，惯性越大。
2.新课引入
在复习导入之后，教师则要引入新课内容。教师可以向学生提出问题，当一个物体受三个变量的影响，如何发现这三个变量之间的关系和规律。采用控制变量法，来固定其中一个变量，从而研究其他两个变量。让学生自行设计小实验，举出生活中的实例来证明加速度与物体质量及所受外力总和之间的关系。
3.实验设计
第一个实验：改变小车运行的轨道，让小车在无外力的情况下受到平衡力的影响。在这个实验过程中，教师可做相应的讲解。当小车在运行的时候会受到摩擦力的影响，致使小车产生加速度。为了使小车不受摩擦力的影响，则可以将小车行驶的木板垫高，使小车不受拉力的影响而做匀速运动，让小车行驶的重力和摩擦力相平衡，然后再使其受拉力的影响，便能使其只受拉力一个力的影响。
第二个实验：使M保持不变，让小车受不同的外力影响做匀速直线运动。让小车拉动纸带并通过所设定的打点计时器，利用相应的公式来求得拉力不同情况下的小车加速度值，并以表格的形式呈现出来。
第三个实验：重复第二个实验，保持F值固定不变，登记不同质量小车的加速度值，并同样将其以表格的形式呈现。
完成实验之后，则可以将第二个实验和第三个实验的表格数据进行比较，然后画出相应的图像，并对两个图形进行分析，以联想二者间的关系。最后在分析之后则要进行总结和归纳，可得出：当物体的质量相同的时候，物体的质量则与加速度成反比。
七、例题
某省的高速列车在运行的时候最快的速度可以达到270 km/h，机车持续牵引力为150 N。假设此高速列车的总质量是100吨，而高速列车所受到的重力则为0.1×103N。问：列车受牵引力的影响进行匀速直线运动，那么需要多长时间其将会达到最大运行速度？
解：根据列车的总质量为100吨，其最快运行速度为75 m/s，而牵引力为150 KN，列车阻力则为f=0.1×103N
可依据牛顿第二定律得到一下式子：
a=（F-f）/m=（1.57×103-1.0×103）/1.0×105=0.57（m/s）
t=（V1-V2）/a=（75-0）/0.57≈131.6（s）
八、板书设计
1.实验探究：讨论三个变量之间的关系和规律
（1）当质量一定的时候，加速度和物体所受合外力成正比。
（2）当合外力一定的时候，加速度与物体质量成反比。
2.牛顿第二定律
（1）概念。
（2）公式：a=F/m。
（3）特性：矢量性；瞬时性。
3.力学单位
（1）力学国际单位包含基本单位和导出单位两个部分。
（2）基本单位有三个分别是：长度单位m，质量单位kg，时间单位s。
牛顿第一定律教学范文6
不仅如此，牛顿文化活动的两种结果——科学学说与宗教学说，其后世的文化地位是非常不同的。牛顿在人类文化发展史上以近代力学的集大成者名垂于世，科学使他获得了崇高地位。他的宗教学说则无此殊荣，远不及科学学说那么幸运。至少到目前为止，关于牛顿的宗教学说仍然众口不一，微词不绝于耳。纯粹的科学论者视牛顿的宗教思想为累赘、束缚，甚至看作神经不正常的产物；正统的神学家则认为牛顿的宗教思想是一种伤害宗教利益，反对上帝的异端。牛顿宗教思想的文化意义问题并没有真正得到解决。
因此，牛顿学说作为一种文化现象具有特殊的意义。本文把牛顿学说中科学与宗教以一种特殊方式结合起来，而两者的文化结局极为悬殊，所获得的评价极为不同的现象称为牛顿文化现象。本文即是从文化价值论和整体论角度对牛顿文化现象进行的初步探讨。它试图以牛顿的双重文化价值观对牛顿文化现象作出新的解释。同时，作为这一解释的逻辑结果，文章也顺带说明牛顿的双重文化价值观是科学主义的价值论前提。
1
为了比较的方便，我们通过牛顿对科学价值问题的回答来探究牛顿的文化价值观。牛顿对“科学的价值是什么”的问题给出了两种回答。首先是科学性的回答。牛顿说：“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并且尽可能把它们归纳为一些普遍的法则和一般的定律。”〔2 〕牛顿在另外的场合从比较微观的意义上也讲了类似的意思：“从现象引出两三条一般的运动原理以及随后表明怎样从这些明了的原理得出一切有形体的事物的性质和作用，将是哲学〔即科学〕上的一个十分重大的步骤，尽管这些原理的原因尚未发现”〔3〕。不过， 科学的目标又不限于具体的事物。牛顿在《自然哲学的数学原理》的序言中这样宣称：“从运动现象去研究自然界的力，再从这些力去验证其它现象；书中第一、第二卷的一般命题就致力于这个目标。在第三卷中我们阐明了世界体系，作为这方面的一个例子。……我希望我们可以用同样的推理，从机械的原理推演出其余一切自然现象。”〔4〕所以， 按照牛顿的理解，科学的价值是认识整个自然。罗素在回顾近代科学发展时重复了牛顿的这一看法，他说：“理论科学是企图了解世界的科学”。 〔5〕牛顿对科学价值的回答是近代的标准式回答，这一回答的内容和表述形式都使人感到并不遥远。
但是，牛顿的第二种回答令人听起来就有几分陌生。他在1693年曾直言不讳地说：“写作《原理》的目的，是向思索着的人们灌输上帝存在的信仰。”〔6 〕牛顿在《光学》一书中指出：“自然哲学的主要任务，是从现象出发，而不臆造假说，从结果推到原因，一直推出最初的第一因，这第一因肯定不是机械的。……从现象中不是可以看出有一位神吗？他无实体，却生活着，有智慧而无所不在。〔7〕这里， 牛顿明白无误地肯定，科学具有认识第一因，坚定上帝信仰的价值。
按照牛顿的观点，科学的价值一则是认识自然，掌握自然规律；一则是推出上帝的存在，维护对上帝的信仰。这两者从近现代的科学观看是那么的水火不相容，而在牛顿这里好象是并存不悖。
牛顿不仅以明确的语言陈述了双重文化价值观，而且以自己的文化活动体现了这一价值观。已有的统计资料可以说明，从17世纪60年代到18世纪前十年，牛顿在每个时代的研究写作活动不仅有科学方面的，而且有宗教方面的。也就是说牛顿对科学问题和宗教问题的文化兴趣基本上贯彻一生，并无明显的断裂特征。在每一个时间段里，牛顿的文化活动总是既有科学性，也有宗教性。虽然两者相互渗透的痕迹存在，但总的看，牛顿文化活动的指向不是一个，而是两个。这是他的双重文化价值观的一种表现。
牛顿的双重文化价值观还突出地表现在文化价值活动的结果方面。他对整个世界的文化解释是双重的，既有科学性的解释，也有宗教性的解释，二者构成对世界的完整说明。
从微观世界看，上帝对物质质点的创造与质点运动的规律是互补的。牛顿说：“上帝在开头把物质造成固实、有质、坚硬、不可贯穿、而可活动的质点，它们的大小、形状以及其它性质与其对空间的比例，都最适合于上帝创造它们时所要达到的目的。……这些质点不但有一种惯性以及由此自然产生出来的被动的运动定律，它们并且为一些主动的原理所推动，”这些原理“是自然界里决定物体形式的普遍定律。”〔8〕
从宏观世界看，行星与太阳的相对位置和相对运动也由上帝的第一推动和引力规律的结合予以解释。牛顿在《自然哲学的数学原理》第一版中说：“上帝将各行星安置在离太阳的不同距离上。”〔9 〕至于它们的动因，牛顿解释说：“如果把地球（不连月球）放在不论何处，只要其中心处于轨道上，并且先让它停留在那里不受任何重力或推力的作用，然后立即施一个指向太阳的重力，和一个大小适当并使之沿轨道切线方向运动的横向推动；那么，按我的见解，这个引力和推动的组合将使地球围绕太阳作圆周运动。”但是，“没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促成这种横向运动。”〔10〕
在牛顿的时代，牛顿文化现象不是一种孤立的现象。“十七世纪中叶所有合格的科学家与差不多所有的哲学家，都从基督教的观点去观察世界。宗教与科学互相敌对的观念是后来才有的”。〔11〕亚•沃尔夫也从世俗态度与宗教态度统一的角度描述了这一现象，他说：“对自然现象抱世俗态度并不一定排斥对世界抱宗教态度。……近代科学的先驱者们实际上都笃信宗教，事实上都是基督教的忠实儿子”。〔12〕
2
一个科学家的群体，为什么对科学问题既抱着世俗态度又持有宗教态度？一个杰出的科学家，为什么对宇宙问题给出了科学和宗教的双重解释？这种文化现象对于在科学占主导地位甚至可以说在科学一元文化空间中生活的人是难以理解的。然而，这对于生活在二元或多元文化空间中的人来说，却是一种正常的文化现象。他们尽管可能在某些时候、在某些问题上感到困惑，出现一些矛盾， 但总的来说却赋予这种双重文化现象以某种统一性。牛顿就是这方面的典型。
牛顿的双重文化价值观在认识论方面是统一的。 这种统一性集中表现在：科学发现的自然规律就是上帝赋予自然的秩序，认识了自然规律就是认识了这一秩序本身，从而也就在某种程度上认识了上帝。牛顿曾直截了当地宣称：“要在宇宙的物理秩序及道德定律中寻找神的自然真理”〔13〕“根据生生息息的诸种现象来考察上帝，不言而喻，是自然哲学的对象”。〔14〕在牛顿这里，自然规律就是上帝真善美的具体体现。
在牛顿的学说中，牛顿还进一步试图给双重文化价值观以本体论的基础。牛顿说：“一个永恒的、无限的、全智的和最完美的却无支配权的神，不是上帝，而是自然……上帝的神性最好不由抽象的概念，而由现象，由它们的最终原因来证明”。〔15〕这里，自然与上帝的多数特征是统一的，相差的是支配权；而这支配权是由最终原因来说明的。对于自然与上帝在第一因上的区别，牛顿——按照后人的解释——是通过自然神论予以协调统一的。如贝尔纳所说：牛顿给了世界一种机制，“这一机制是按简单自然定律来操作，不需要继续加力，而只要神灵插手创造它，并使它起动”。〔16〕这样，宗教的价值由上帝作为其价值源泉，科学的价值由自然作为其价值源泉，二者在其源头是上帝与自然的某种统一。
与双重文化价值观在认识论和本体论方面的统一相契合，宗教文化与科学文化在其外部关系上也是对接的。按牛顿的理解：宗教文化是“从人类知识的顶点才能看到的境界，而不是人类知识的基础；它们是科学的终点，而不是科学的开始”。〔17〕
所以，上帝与自然的某种统一，上帝秩序与自然规律的某种统一，宗教价值与科学价值的某种统一，乃至宗教文化与科学文化的某种统一，在牛顿这里是集于一身的。牛顿是上帝和自然之间的中介。上帝因为牛顿找到了自己在自然界的表达；自然界因为牛顿找到了走向上帝的通道。
牛顿的双重文化价值观不是偶然的文化现象。它是一种文化传统的产物，有其文化史方面的渊源。历史上以明确的方式在比较抽象的层面上首先协调宗教和理性关系的，是生于西班牙的回教哲学家阿威罗伊。他提出“双重真理说”企图解决这一问题。在阿威罗伊之后有迈蒙尼德斯，他试图调和亚里士多德哲学和犹太神学。到阿奎那时实际上表达了某种双重文化价值观。知识来源在他那里有两个：一是宗教启示，二是人类理性，两者形成了统一的结果。他的《神学大全》就是囊括宗教教义与理性知识于一体的神学体系。
双重文化价值观到了近代对牛顿产生了直接的影响。近代人们做了许多努力试图把科学与基督教教义调和起来。牛顿“在这些问题上的观点在很大程度上是受亨利•莫尔、罗伯特•玻义耳和伊萨克•巴罗等人的影响。”〔18〕
牛顿的双重文化价值观还有其历史的基础。牛顿双重文化价值观就其现实基础而言，建立在新教与近代科学的某种统一性之上。美国社会科学家默顿曾这样判断：“新教伦理学和资本主义精神一样能推动科学的发展，在17世纪英国特定的环境下不能认为科学和宗教之间仍然处于敌对的关系”。〔19〕
新教与近代科学在以下方面是一致的：第一，两者都诉诸于个人理性。路德提出“因信称义”说，认为信徒个人可以象教皇一样解释圣经，从而使个人理性成为决断自己信仰的权威。“同样，早期的近代科学家也不理会古代哲学家和中世纪经院哲学学者的体系，而从自己的经验中寻求科学真理，按自己的理解解释世界。”〔20〕如托马斯•斯普拉特所说：“一个把改革放在宗教里，另一个通过哲学达到改革的目的。……一个求教于圣经，另一个求教于自然界这本巨著。”〔21〕第二，新教与科学以目的与手段相结合的方式统一起来。例如，“为了宗教的目的而动用科学被17世纪加尔文教派看成是一件重要事情，尤其是英国的清教徒总强调宗教的职责是做‘有益的事情’，并把科学活动看作是一种对人类有益的工作。”第三，新教与近代科学有相通之处。近代科学认为自然有其自身的规律，科学就是发现这些规律。加尔文教派则要求人们生活井然有序，合乎规律。清教徒约翰•普雷斯顿径直宣布：“上帝不改变自然规律”。
牛顿正是在上述新教与近代科学相统一的文化背景下成长起来的。许多研究者对牛顿的新教特点作了多方面的刻画。可以断定，牛顿的双重文化价值观打上了深深的时代烙印。
3
虽然牛顿的双重文化价值观体现了某种统一性，虽然文化传统和时代条件为这种统一提供了可能，乃至形成了后人所说的“牛顿物理学——神学体系”，〔22〕但这不等于说，在牛顿这里科学文化与宗教文化没有什么区别。如果是这样，近代自然科学与宗教文化逐渐分离的事实和趋势，以及牛顿作为近代自然科学集大成者的地位都无法得到解释。事实上，牛顿是努力在科学文化与宗教文化之间的某个区段上为两者划一条界限的，只不过这个界限并不一般地划在科学理性与宗教信仰之间，而是主要划在科学与神学之间，或更准确地说，划在科学与经院哲学的论证之间。
一般而言，神学论证主要由方法和解释所构成。按照牛顿的观点，信仰与科学是可以相容的，但是科学与神学的方法和解释却是对立的；对上帝的信仰必须坚定不移，但是在自然的范围内，接近和信仰上帝的方法以及由此获得的解释都应该是科学的，而不应当是神学的。正是基于这种立场和工作，自然科学的独立地位才有可能真正确立。
牛顿认为：自然科学发现规律的方法是“用观察和实验来建立这些规则，从而推导出事物的原因和结果。”〔23〕牛顿说：“在实验哲学上，我们把用一般的归纳法从现象推导的命题，看作准确的或很接近于真实的。”〔24〕“由做实验、观察和用归纳法从其中得出普遍的规律”〔25〕的方法是分析法。以这种经过实验验证的普遍规律为基础“推证其它的结构”的方法是综合法。〔26〕牛顿的方法是分析与综合的统一，而它的基本特色无疑是分析法。这正是牛顿方法与经院哲学方法相区别的地方。
经院哲学方法的要害是把未经现象证明的东西作为原理，把实验无法验证的东西作为一般出发点去说明自然现象。例如，经院哲学以亚里士多德的质料因、目的因去说明自然现象，笛卡尔以以太旋涡去说明自然现象，都属于这种情形。牛顿称这种方法是“编造假设”。他宣称：“我避免假设，不论是力学的还是神秘的质，它们是有害的，并且不会产生科学。”〔27〕牛顿评价说：这种方法“告诉我们任何事物都具有一种神秘的特殊性，而事物就是靠这种特殊性起作用，并产生明显效果，这样说等于白说。”〔28〕
基于两种方法的差别，牛顿在对自然作出解释时基本恪守自己的方法。以重力研究为例，牛顿说：“迄今为止，我们已经用重力说明了天空和海洋，但是我们尚未确定这种力的原因，……对我们而言，重力实际上存在，并按我们已经阐述的定律作用，而且对于我们说明天体和海洋极为有用，就足够了。”〔29〕到了1717年，牛顿仍然声明：“我未把重力看作物体的一种本质属性。我已经增加了一个与原因有关的问题，以一个问题的方式把它提出来，因为我对它尚不满意，还需要实验”。〔30〕
与此相对照，神学家本特利的解释是：“万有引力是肯定存在于自然界的；它超出一切机械论物质原因之上，而且是从一个更高的原因或神圣的能力与影响中产生出来的”。〔31〕这一解释按牛顿的观点即属于在实验哲学中无地位的假设，是一种靠不住的前提。
以实证分析的方法为基础，牛顿也不同意对具体的自然现象作唯灵论和目的论的具体解释。克拉克在解释引力时说：“我们必须假定有一种非物质的灵魂，按一定的规则支配物质。这种非物质的力在物体内是普遍存在的，它无所不在，无时不在”。〔32〕按照牛顿的观点，这就是一种无法通过实验验证的唯灵论观点。牛顿一方面竭力使自己的科学方法和解释与经院哲学区别开来，认为后者对于科学是无用的，甚至是有害的。另一方面，牛顿又将自己的实证科学与宗教信仰统一起来。这种统一不是通过神学提供的启示方法和目的论、唯灵论等解释，而是通过实证分析和数学力学的解释达到的。认识、接近和信仰上帝，在自然现象的范围内，必须通过实证科学，这是牛顿的结论。正是在这一点上，牛顿使自己的学说与传统神学挥手告别，从而奠定了自己在近代文化中的特殊地位。
4
在基本厘清牛顿双重文化价值观的内涵及其内部关系后，我们进而转向这种价值观的文化作用与功能。
牛顿双重文化价值观对宗教文化的影响既是限制性的，又是维护性的。其限制性表现在：上帝的文化幅射面和幅射方式改变了。上帝虽然在社会生活的领域依然故我，但在自然现象的范围里却大踏步地后撤。如果说它仍然存在着，也主要以第一创造或第一推动者的身份而存在着；如果继续颂扬它无所不在的话，那么它的这种存在也主要体现为数学或力学的规律，后者实际上已是一种科学文化的形态。不过，牛顿同时也是宗教信仰的忠诚维护者。“牛顿是一个正统的基督教徒，相信有一个第一原因。……对于牛顿来说，承认上帝在宇宙中的存在和影响，不止是对大众信仰的忍让。它是他的思想的攸关重要的部分，深深地影响了他的观点。”〔33〕
牛顿双重文化价值观对于宗教文化的内在作用既是解构性的，也是建构性的。牛顿在文化整体上割裂了上帝与自然的直接联系，创造了相对独立的科学文化，原有的神学论证与上帝信仰的联姻关系被破坏了。宗教文化的原有体系解构了。但同时牛顿又以一种新的方式把上帝与自然、上帝的秩序与自然规律协调起来，建构了一种新的宗教一科学型文化。
牛顿双重文化价值观的双重作用同样也体现于对科学文化的影响之中。这是它的影响更为重要的方面。
首先，双重文化价值观赋予自然科学以某种神圣性。近代科学文化的崛起，不仅取决于这种知识的逻辑性、实证性和实效性，而且也取决于这种知识文化的某种神圣性。从历史背景看，在一个宗教文化的大背影下，科学文化如果没有一点神圣性，充其量只不过是某种器用性的附属物，不可能迅速成长起来，获得主体性的地位。从文化价值论来看，一个文化价值体系的生成，不但要有价值的论证和价值推广，而且首先要有价值的选择和推崇，这三方面的要素缺一不可。牛顿的科学文化开始就有某种价值的神圣性，这种神圣性建立在科学与宗教的特殊关联上。在牛顿这里，科学是认识、接近上帝的一种途径，是与上帝直接相关的神圣事业。上帝是神圣的，体现上帝存在的力学规律也是神圣的。牛顿所营造的文化氛围，不仅是实证的，也是神圣的。
牛顿双重文化价值观对科学文化的影响也表现为为科学发展提供巨大的精神动力和热情。荻原明男曾指出：牛顿的“杰出的‘数学’综合能力和丰富的‘实证’精神，是他对宇宙秩序深深依赖的两个媒介。在某种意义上可以说，这是一种‘宗教’感情。这正是17世纪产生近代世界图景的根源性的原动力。”〔34〕牛顿所以具有坚韧不拔的研究精神，是因为“信仰”的支撑。荻原明男认为，象牛顿一样，这种“信仰”也鼓舞着开普勒、伽里略、笛卡尔、惠更斯等近代科学家，这是他们“唯一的、共同的、强有力的推动力”。〔35〕
关于宗教性的感情和态度对科学的影响，爱因斯坦也给予了充分的肯定：“宇宙的宗教的经验，来自于科学的天空之背后，是最强有力、最崇高的经验。没有艰巨的努力和献身精神，科学思考开拓者的创造是不可能产生的。……对于宇宙的无限合理性无限依赖，而且，对宇宙中出现的无论多么微小的理性闪光也渴望理解，这些，开普勒和牛顿是一定具备的。”〔36〕
牛顿双重文化价值观对科学文化的影响还表现在对自然的解释及其研究方法上。
如上所述，牛顿对自然现象有两种解释：一种是科学的，另一种是宗教的。到牛顿这里，自然解释虽然已经以力学体系的形式出现，但这一解释又是不自足的，需要宗教性的解释予以补充。对科学方法的影响也是如此。一方面它强烈地支持实证方法的出现；依据这种方法，科学的划界以实验观察的验证为基础。另一方面，它又助长牛顿在构筑科学体系时寻求绝对的立足点，上帝的绝对性以逻辑的某种形式出现。如牛顿所说：上帝“由于始终存在和无所不在，因此他构成持续和空间”〔37〕“可以毫不夸张地说，牛顿的绝对运动、空间和时间等概念在很大程度上是他受莫尔和巴罗影响的神学观点的结果。”〔38〕双重文化价值观对科学范畴和方法的渗透影响已见一斑。
在进行了上述分析后，我们可以厘清牛顿双重文化价值观对科学文化的最重要的一种影响：牛顿双重文化价值观是科学主义的价值论前提。科学主义作为对科学的一种崇拜，从价值论的角度说，它的形成既要有世俗的价值基础，也要有天国的价值依据。牛顿力学是自然科学的近代综合，它不仅形成了完备的体系，而且它的文化解释力与社会应用的效果都是令人叹服的。这种史无前例的、真正奇迹般的成功有可能造成一种“宗教性的气氛。”〔39〕牛顿的文化价值观中无疑包含着导致这种结果的内在因素。
但是，仅仅这些条件还不足以解释为什么恰恰在牛顿之后，科学如此迅速地成为一种被崇拜物，甚至要被拥戴为一种牛顿教，从而开科学主义之先河。这里非常重要的一个因素是，在牛顿双重文化价值观之中就存在着天国价值的内在因素，存在着从对上帝的崇拜转向对科学崇拜的逻辑项链。这里，价值让渡的内在环节是：既然力学数学定律是上帝赋予的秩序的体现，那么对上帝的崇拜就可以转变为对这种规律的崇拜。这是牛顿文化价值观的特殊之处，是它所以能成为科学主义价值论前提的内在原因。换言之，牛顿的双重文化价值观与科学主义具有内在的文化逻辑关联。这是我们研究牛顿双重文化价值观的当代文化意义。不胜其烦的实证研究不仅要给牛顿文化现象一个新的解释，而且也是要给当代科学主义思潮一个新的文化诠释。
5
对牛顿双重文化价值观的研究，实际上是从文化价值论的特定视角，通过对牛顿文化现象的个案研究来重新探讨宗教文化与科学文化的关系，或者更一般地说，探讨不同文化形式之间的关系。这些关系具有很现实的文化实践意义，也具有一般文化学的意义，值得我们作进一步的文化反思。
宗教文化与科学文化在历史上无疑有着某种矛盾性的关系。这种矛盾曾经表现为宗教文化对科学文化的排斥、压制，甚至残酷的扼杀。布鲁诺1600年在罗马鲜花广场被火焚，伽里略1663年在罗马宗教法庭被宣判，都是典型的例证。到牛顿这里，他也承受着来自宗教方面的攻击和压力。贝克莱主教用上帝意志批驳牛顿的万有引力定律。莱布尼茨指控牛顿提出绝对时空是无视上帝。这种压力之大，以致牛顿到了风烛残年还要申辩：“本人对主的敬意有一种朴素的宗教信仰，将不会陷入莱布尼茨阴险设下的罗网。”〔40〕这些说明，一种新文化类型的出现，“需要为争取自己的生存权利而斗争。”〔41〕
但是，我们同时也看到，不论在科学史的研究中，还是在一般文化的研究中，仅仅以相互斗争为线索来论述科学与宗教的关系是不够的。两者还有相互统一的一面。这种统一性是复杂的，在不同的历史时期、不同的国家，对于不同的文化人物来说，其内容和形式是不同的，需要进行具体的研究。牛顿的情形表明：宗教文化的某些部分可能与科学文化处于尖锐的对立之中，但另外一些部分与科学文化却是可以相容的。在牛顿这里就存在着这种相容的具体形式。不仅如此，宗教文化的某些部分可能对科学文化的发展还起了刺激、启发、推动的作用。上帝是宇宙主宰的思想促使人们赞同这样的观念，即上帝井然有序地安排了一切事物，从而使人们想到自然规律的存在。上帝的无所不在，无时不在同样也刺激启发了绝对时间与空间的观念，成为牛顿建构自己力学的一个基础。这些都表明，宗教文化是近代科学发展的一个重要条件。如格•斯玛特所说，虽然我们不能说神学思想是正确的，但它“事实上可能是科学兴起的一种必要的因果条件。”〔42〕
宗教与科学文化的统一性还需要放在更大的文化幅面里去考虑。从文化学的角度看，文化整合是不同文化类型或成分形成统一体的重要形式。人类文化的每一次大综合，实际上都是文化整合。人们常说的牛顿完成了近代力学的大综合，实际是说他将力学整合为一个体系。这实际只是牛顿文化整合的一个方面。如本文所论述的，牛顿还有将科学与宗教相整合的一面。这是更大范围的文化整合。这一整合深刻地影响了康德，后者以哲学的形式继续了这一工作。但是，这种整合在近代的文化承，尽管一直很有影响，但它得到的批评似乎多于对它的肯定。近代 以来，人类文化场中的主要变化是科学文化的迅速崛起壮大。科学文化处在与原来主体文化——宗教文化逐步分离、对峙甚至企图取而代之的态势中。很自然，人们观察科学与宗教关系的参照系是科学场，而不是更大的文化场。按照辩证法的语言说，科学对宗教的关系仍然处于否定性的阶段，还不是否定之否定的阶段。康德的文化总结显得为时太早。在科学的凯旋声中，科学主义的声音越来越响，人们很难想到科学文化还需要与其它文化结盟。这些情形，是由文化发展的历史条件所决定的。人们只能基于他们当时所处的那种文化背景来考虑问题。
但是，随着现代文化综合趋势的明显出现，随着各种文化形式的文化域的相对确定和互补性的增强，原来的以近代科学为参照系的文化单向维度观察与分析就显得非常的不够。文化，愈来愈象一个家族，而不是一个单身汉。在这种情形下，牛顿与康德所作的文化整合——虽然他们整合本身的合理性需要分析和讨论——就有了新的特殊意义。这是一个时代性的论题，也是一个可能上升为人类一般文化学的论题。这里，人们有希望对人类的整体文化获得一种新观念，并由此建造一种新的更加有利于人类生存和发展的文化园林。
文化整合，重要的是文化价值体系的整合。本文对牛顿双重文化价值观的分析对此已经有所说明。没有价值性的整合，其它逻辑和功能性的整合就缺乏内在基础的统一性。因此，从文化价值论的角度去探讨文化整合，在文化学的范围内具有根本的意义。它既是我们研究精神文化整合的一般线索，也是精神文化与社会存在之间的中介环节。一般而言，解决此类文化整合问题，要在文化结构上解决以下三个层面的问题：不同文化形式之间的价值观整合；与价值观密切相关的文化解释之间的整合；文化解释应用空间的相互整合。不过，对这些问题的阐述已经远远超出了本文所允许的范围。本文只是想说，如果牛顿在自己的文化实践中已经进行了这方面的尝试，提出了这样一个重大的文化课题，那么，在一百多年后的今天，当人类文化走向21世纪的大综合时，我们有必要从文化理论上予以回答。 参考文献
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〔34〕、〔35〕、〔36〕友松芳郎主编《综合科学史》，陈云奎译，求实出版社，1989年版，第88、89、90页。
〔39〕伊•拉卡托斯《科学研究纲领方法论》，上海译文出版社，1986年版，第298页。