【關(guān)鍵詞】高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);科學(xué)探究;自由落體運(yùn)動(dòng)

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2015）46-0062-02

【作者簡介】柏培斌，南京市天印高級(jí)中學(xué)（南京，211100）教師。

重視過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的教育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)與能力，是新課程改革的重要內(nèi)容。為此人教版高中物理教材必修1中特地將“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”這一節(jié)，單列到“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”的章節(jié)最后，目的是讓學(xué)生科學(xué)探究，促成自己的思考。

但在實(shí)際教學(xué)過程中，教師往往會(huì)將教學(xué)目標(biāo)異化為對(duì)伽利略科學(xué)方法的記憶，完全忽視了前人的探索過程、情感態(tài)度與價(jià)值觀教育。在一次物理學(xué)科交流會(huì)上，筆者有幸觀摩了一節(jié)課，感觸頗深。教者以“體驗(yàn)”為特征的教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正沿著伽利略的研究足跡，完成了一次科學(xué)探究之旅。

一、體驗(yàn)歷史的錯(cuò)誤存在的可能性與合理性

學(xué)生在學(xué)習(xí)完自由落體運(yùn)動(dòng)后，會(huì)從直觀上覺得，錯(cuò)誤的論斷能夠延續(xù)達(dá)兩千年之久，是因?yàn)閬喞锸慷嗟碌挠掴g。而事實(shí)上，亞里士多德作為希臘古典文化的集大成者，被馬克思和恩格斯譽(yù)為“古代世界最偉大的百科全書”。學(xué)生對(duì)亞里士多德科學(xué)地位的誤判，會(huì)影響到其感受伽利略科學(xué)思想的偉大。于是，教師在教學(xué)中設(shè)計(jì)了這樣兩種教學(xué)活動(dòng)：

一是以視頻采訪的形式，對(duì)不同年齡、不同學(xué)歷、不同職業(yè)的人，就“輕與重兩個(gè)物體，哪個(gè)下落更快”進(jìn)行針對(duì)性采訪。并對(duì)視頻內(nèi)容加以剪輯，在課堂上播放，時(shí)長大約3分鐘。

二是事前利用家長會(huì)時(shí)間，限時(shí)就“輕與重兩個(gè)物體，哪個(gè)下落更快”，對(duì)家長設(shè)計(jì)幾個(gè)關(guān)聯(lián)性問題，進(jìn)行問卷統(tǒng)計(jì)，然后將問卷統(tǒng)計(jì)的結(jié)果在課堂上展示。

不論哪種方式，絕大多數(shù)人還是普遍認(rèn)為“質(zhì)量大的物體下落快”。他們中絕大多數(shù)在上中學(xué)時(shí)，也已經(jīng)學(xué)習(xí)過這個(gè)內(nèi)容，但直覺與生活經(jīng)驗(yàn)還是不自覺地替代了科學(xué)思維。所以要讓學(xué)生真正突破這一點(diǎn)，需要想辦法用別人的慣性思維，來糾正其潛意識(shí)中存在的錯(cuò)誤。

二、體驗(yàn)伽利略實(shí)驗(yàn)的巧妙與準(zhǔn)確

首先，伽利略憑著敏銳的科學(xué)直覺，猜測(cè)到在自由落體運(yùn)動(dòng)中，速度的增加應(yīng)該是均勻的。在速度是隨時(shí)間均勻增加，還是隨位移均勻增加的判斷中，伽利略通過進(jìn)一步的數(shù)學(xué)分析，認(rèn)為速度極有可能跟時(shí)間成正比。為了克服測(cè)量的困難，將證明“v∝t”，巧妙轉(zhuǎn)化為證明“x∝t2”，此乃伽利略實(shí)驗(yàn)的巧妙之一。

在當(dāng)時(shí)滴水計(jì)時(shí)的條件下，如何較為準(zhǔn)確地完成測(cè)量的任務(wù)，顯然是一件極為困難的事情。伽利略巧妙地想出了“沖淡”重力的實(shí)驗(yàn)策略，并有效地完成了測(cè)量任務(wù)。對(duì)此，教材僅用了一幅圖來進(jìn)行輔助解釋說明，并給出了結(jié)論：在斜面傾角一定的情況下，小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度相等。這種蜻蜓點(diǎn)水式的處理，使學(xué)生缺少真正的感知，不能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的困難。強(qiáng)硬地讓學(xué)生接受知識(shí)，既無趣，也無效。

教師如果能在課堂上，想辦法提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生通過自己真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和過程思考，來感悟?qū)嶒?yàn)策略，體會(huì)伽利略的偉大，課堂的學(xué)習(xí)生態(tài)就會(huì)大為改善。為此，教學(xué)中設(shè)計(jì)了這樣一系列的實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)一】

教師先簡單說明滴水計(jì)時(shí)的大概方法，讓學(xué)生了解當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件，然后再給每個(gè)學(xué)生發(fā)一個(gè)數(shù)字秒表，簡要說明使用方法，讓學(xué)生感受到計(jì)時(shí)方法的革新。接著，教師現(xiàn)場演示小鋼球的自由下落，并讓學(xué)生同步記錄小球的下落時(shí)間。事實(shí)表明，雖然數(shù)字秒表相對(duì)于滴水計(jì)時(shí)要先進(jìn)很多，但學(xué)生根本無法正常記錄小球的下落時(shí)間。面對(duì)實(shí)驗(yàn)困難，學(xué)生此時(shí)就自然聯(lián)想到“沖淡重力”這一實(shí)驗(yàn)策略的必要性，真實(shí)地感受到伽利略的實(shí)驗(yàn)智慧。

【實(shí)驗(yàn)二】

教師用電腦動(dòng)畫自制一個(gè)等時(shí)滴水的工具，用水滴下落的滴數(shù)作為計(jì)時(shí)單位。用兩根約一米長的鐵棒，并排捆綁在一起作為導(dǎo)軌，傾斜一個(gè)較小的角度放置，然后進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。在分組實(shí)驗(yàn)中，教師策略性地分組，不同的實(shí)驗(yàn)小組可以用不同大小、不同材質(zhì)的小球，放置在不同傾角的斜面上。教師用倒計(jì)時(shí)口令的方式，提示學(xué)生釋放小球，并在各小組學(xué)生的相互配合下，記錄第一滴水、第二滴水、第三滴水、第四滴水下落時(shí)小球在斜面上的位置，從而較為簡要地驗(yàn)證“x∝t2”是否成立。

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅可以讓學(xué)生真實(shí)地認(rèn)識(shí)到位移跟運(yùn)動(dòng)時(shí)間的平方成正比的規(guī)律。還可以驗(yàn)證，在同一斜面傾角下，大小與質(zhì)量不同的小球，運(yùn)動(dòng)的加速度相同，斜面的傾角越大，小球運(yùn)動(dòng)的加速度也越大。

最后，教師再結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)插圖，說明伽利略為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，在當(dāng)時(shí)的科學(xué)條件下，所進(jìn)行的精妙設(shè)計(jì)：在木板上刻出一指寬的、直且平滑的槽，使用的軌道長度達(dá)到約7米之長，并在拋光處理后，鋪上羊皮紙。實(shí)驗(yàn)選用的黃銅球堅(jiān)硬而光滑。伽利略不厭其煩地實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)次數(shù)達(dá)到上百次之多。在得到相同結(jié)論后，又將傾斜角外推到90°的情況。

學(xué)生在親自實(shí)驗(yàn)的感知中，在古今實(shí)驗(yàn)條件的對(duì)比下，真正感受到了伽利略的嚴(yán)謹(jǐn)、智慧，以及過人的直覺與自信。在實(shí)驗(yàn)中，還體現(xiàn)了諸多的實(shí)驗(yàn)方法，如轉(zhuǎn)換測(cè)量、等效替代、控制調(diào)節(jié)、重復(fù)實(shí)驗(yàn)等。該過程把實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)學(xué)推理和諧結(jié)合，形成了一套完整有效的科學(xué)研究方法。

這樣的教學(xué)安排，讓學(xué)生在課堂上，不再是直接聽，而是在自我體驗(yàn)與思考中，讓過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀，潛移默化地自然滲透。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)探究的熱情也一定會(huì)提升一個(gè)臺(tái)階。

三、體驗(yàn)伽利略科學(xué)方法的核心

伽利略的科學(xué)方法是值得我們用心去學(xué)習(xí)和實(shí)踐的。其核心是實(shí)驗(yàn)與邏輯推理的和諧結(jié)合。

如何讓學(xué)生很好地感悟，可以做出如下的臺(tái)階式課堂設(shè)計(jì)：1.質(zhì)疑“重的物體下落得快”的觀點(diǎn);2.得到“若沒有空氣阻力，輕重物體的下落一樣快”的結(jié)論;3.從大膽的實(shí)驗(yàn)猜想，到精妙的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;4.從斜面上的運(yùn)動(dòng)到自由落體運(yùn)動(dòng)。

在常態(tài)的教學(xué)實(shí)踐中，很多教師包括教者本人對(duì)這一節(jié)教材的認(rèn)識(shí)和處理，會(huì)覺得很空泛、無趣。教師沒有用心去感知、挖掘教材，沒有真正站在新課程理念的高度上，去認(rèn)識(shí)和理解教材本意，當(dāng)然也就產(chǎn)生不了靈動(dòng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。在本次教學(xué)觀摩中，筆者完全將自己換位成學(xué)生，在開課教師的教學(xué)臺(tái)階和教學(xué)載體的逐步引導(dǎo)下，用了短短的45分鐘時(shí)間，真實(shí)地感受了一次科學(xué)史的穿越，有了科學(xué)探究的沖動(dòng)和自信，對(duì)伽利略其人，心生敬仰。

從課堂上學(xué)生的表情與思維狀態(tài)看，現(xiàn)場聽課的教師普遍感覺到，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，促成了教師、學(xué)生、教材的融合與共鳴，教學(xué)的三維目標(biāo)實(shí)實(shí)在在生了根。究其原因，在于教師在每一個(gè)教學(xué)要點(diǎn)上，都用心地設(shè)計(jì)了“體驗(yàn)平臺(tái)”和“思維的繩索”，課堂上真正體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。優(yōu)良的課堂生態(tài)，讓教師的引導(dǎo)、學(xué)生的探究，顯得非常的從容和真實(shí)。教授完這節(jié)課，相信從教師的角度，也會(huì)再次感受到教材編寫者的用心和高明，可以說這節(jié)教材內(nèi)容，真正拉開了學(xué)生科學(xué)探究的序曲，值得重視和回味。