重實驗探究 育創(chuàng)新人才

新課程理念下的物理教學(xué)重視學(xué)生認知形成的過程，強調(diào)對物理學(xué)發(fā)展歷程的展示，重視科學(xué)方法、科學(xué)精神、人文精神的滲透，突出學(xué)生的主體地位。在教學(xué)中，我注重將物理學(xué)史、人文精神、科學(xué)方法與教學(xué)相結(jié)合，在教材的處理上也體現(xiàn)出相應(yīng)的變化。

在講述運動和力的關(guān)系時，亞里士多德和伽利略的觀點是必須要介紹的，相關(guān)內(nèi)容在舊教材中的牛頓第一定律中出現(xiàn)，教師通常的處理方法是進行一些簡單的結(jié)論性介紹。教科版新教材將此教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為一節(jié)獨立的課，這一變化體現(xiàn)了新課標的要求，即通過介紹科學(xué)家進行科學(xué)探究的過程，讓學(xué)生了解科學(xué)研究的方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。這樣的安排給教師提供了一個設(shè)計探究活動的平臺，有助于對學(xué)生進行科學(xué)方法的指導(dǎo)。

■ 課前慎思：想要學(xué)生體驗什么？培養(yǎng)何種能力？

當(dāng)我看到教材將這一內(nèi)容設(shè)計為一節(jié)課時，就有一種沖動——還原歷史發(fā)現(xiàn)本源，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家的理性邏輯推理和科學(xué)探究過程，讓學(xué)生體驗物理學(xué)研究的方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究及創(chuàng)新設(shè)計的能力。

分析學(xué)情：學(xué)生對亞里士多德和伽利略都有了解，但對于他們各自的觀點是怎樣得出的并不清楚，特別是對亞里士多德的看法可能會存在片面性，以及對于伽利略的科學(xué)實驗方法及其對推動近代科學(xué)發(fā)展的重要意義并不是很清楚，對科學(xué)研究的方法不熟悉。

制定教學(xué)目標：了解亞里士多德和伽利略關(guān)于力與運動關(guān)系的不同觀點，并能對比優(yōu)劣；了解認識世界的科學(xué)方法；知道人類對客觀世界的認識是從直接經(jīng)驗開始的，但要經(jīng)過實驗和對實驗結(jié)果的分析才能得出結(jié)論；會描述實驗現(xiàn)象，會設(shè)計簡單實驗證明自己的觀點，會對實驗現(xiàn)象作出歸納總結(jié)。

通過學(xué)習(xí)前人的思考方法，進一步體會物理學(xué)中理想化的實驗方法。經(jīng)歷“觀察—質(zhì)疑、猜想—實驗—推理—交流—歸納總結(jié)”的過程，體會科學(xué)的研究方法。通過了解伽利略的科學(xué)思想和科學(xué)研究方法認識實驗對物理發(fā)展的推動作用。養(yǎng)成敢于質(zhì)疑的習(xí)慣及實事求是的科學(xué)態(tài)度。

■ 課中掠影：設(shè)疑激趣、碰撞思維，體驗科學(xué)探究的方法。

為了讓學(xué)生能更好地理解亞里士多德和伽利略的觀點，我從日常現(xiàn)象出發(fā)，創(chuàng)設(shè)了容易出現(xiàn)錯誤觀點的情境。

情境1：教師設(shè)疑激趣，引領(lǐng)學(xué)生理解亞里士多德和伽利略的觀點。

教師：請同學(xué)觀察，我用力推講臺桌上處于靜止狀態(tài)的木塊，木塊運動了，我不推，木塊就停止運動了。請你通過觀察到的現(xiàn)象，分析運動和力有怎樣的關(guān)系？

學(xué)生1：力是維持物體運動的原因。

教師：你的觀點與兩千多年前著名學(xué)者亞里士多德的觀點相同。其他同學(xué)有不同的看法嗎？

學(xué)生2：力作用在木塊上，使木塊由靜止狀態(tài)變成了運動狀態(tài)，力是改變運動的原因。

教師：你的觀點與三百多年前伽利略及牛頓的觀點相同。運動是否需要力來維持呢？亞里士多德和伽利略分別對落體運動和水平運動進行了研究。請同學(xué)們閱讀教材，找出他們的觀點。

學(xué)生歸納：亞里士多德——豎直方向：無須外力幫助自身就能實現(xiàn)，重的物體比輕的物體下落快；水平方向：運動需要外力來維持。伽利略——豎直方向：重的物體與輕的物體下落的快慢相同；水平方向：運動不需要力來維持。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)的設(shè)計意在通過日?，F(xiàn)象和直接觀察激發(fā)學(xué)生對運動和力關(guān)系的好奇，引發(fā)相互沖突的觀點，為后面的論證作鋪墊。

情境2：讓學(xué)生自主設(shè)計實驗或用事實反駁亞里士多德的觀點。

教師提出問題引發(fā)思考：你能舉實例或用實驗反駁亞里士多德的觀點嗎？

學(xué)生設(shè)計反駁豎直方向的實驗——

學(xué)生3：同樣一張紙，一次展平釋放；另一次揉成紙團，兩種方式下落快慢不同。

學(xué)生4：用質(zhì)量不同的紙團和橡皮從同樣高度靜止釋放，同時落地。

教師：同學(xué)們設(shè)計的實驗很精彩。完全可以證明不是重的物體比輕的物體下落得快。

學(xué)生設(shè)計反駁水平方向的實驗——

學(xué)生5：水平面上推出去的物體有時可以在離開手以后繼續(xù)滑行一段，所以，水平方向的運動是可以不需要用力來維持的。

教師總結(jié)：水平方向的運動是可以不需要用力來維持的。

設(shè)計意圖：此環(huán)節(jié)是教師為了培養(yǎng)學(xué)生的思辨和創(chuàng)新精神設(shè)計的，既能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，又體現(xiàn)了物理學(xué)的研究方法和科學(xué)實驗的作用，為對比伽利略的工作作好鋪墊。

情境3：學(xué)生閱讀教材，講述伽利略是如何反駁亞里士多德的觀點的。隨后，教師利用演示實驗和動畫模擬幫助學(xué)生理解。

學(xué)生6：如果大石頭下落的速度比小石頭快，則把一大一小兩塊石頭拴在一起時，下落快的大石頭會被下落慢的小石頭“拖”著，而速度減慢，下落慢的小石頭會被下落快的大石頭“拉”著，而速度加快，因此，兩塊石頭拴在一起的速度應(yīng)小于大石頭的速度，大于小石頭的速度。但把兩塊石頭拴在一起時，總重大于大石頭，就應(yīng)該比大石頭下落得快。這樣伽利略從亞里士多德的觀點出發(fā)推出了自相矛盾的結(jié)論，從邏輯上否定了亞里士多德的觀點。

學(xué)生7：伽利略用實驗反駁豎直方向的觀點。

實驗：分別用不同質(zhì)量的小球，放在同一斜面同一位置上，沿斜面向下運動。（圖1）

現(xiàn)象：到達斜面底部的時間相等（隨著斜面變陡，時間變短）

結(jié)論：下落快慢與小球的質(zhì)量無關(guān)。

教師：請同學(xué)思考伽利略實驗為什么與我們?nèi)粘Ｓ^察的重的物體比輕的物體下落得快不同呢？

教師實驗：演示牛頓管實驗，證明在沒有空氣阻力的情況下，重的物體與輕的物體下落得快慢相同?？梢?，伽利略選用小球做實驗就是為了減小空氣和摩擦阻力的影響，排除干擾，突出運動的本質(zhì)規(guī)律。

學(xué)生8：伽利略用實驗反駁水平方向的觀點。

實驗：讓小球沿左斜面向下運動，隨后小球沿右斜面向上運動，幾乎可以達到與左斜面釋放小球時同樣的高度。改變右斜面的坡度，坡度越來越小。（圖2）

現(xiàn)象：小球要達到同樣高度經(jīng)過的坡長就越長，運動的距離越遠。

推理及結(jié)論：如果將右斜面放成水平面，且沒有任何阻力，小球?qū)⑦_不到原來的高度，就應(yīng)永遠運動下去。從而否定了亞里士多德認為的水平方向的運動需要力來維持的觀點。

（教師播放動畫模擬，幫助學(xué)生建立圖景，加深對理想實驗的理解。）

設(shè)計意圖：讓學(xué)生體會感性直觀認識有時不一定能反映事物的本質(zhì)，在實驗的基礎(chǔ)上進行合理的邏輯推理是科學(xué)研究和認識世界的正確方法，使學(xué)生認識到實驗的重要。

情境4：討論交流，歸納總結(jié)認識世界的科學(xué)方法。

學(xué)生分組討論分析亞里士多德失敗和伽利略成功的原因，歸納認識世界的方法。

學(xué)生總結(jié)：亞里士多德失敗的原因是研究方法的問題，從觀察到結(jié)論，完全依賴感性認識和直覺。伽利略的成功之處在于研究方法中引入了實驗和邏輯推理的理想實驗方法?？茖W(xué)的研究方法是：實驗和思考結(jié)合，實驗和分析推理結(jié)合。研究問題的正確方法是：提出問題—猜想假設(shè)—設(shè)計實驗—觀察分析—推理—建立理論。

■ 課后反思：引領(lǐng)學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，展示科學(xué)的魅力是物理教師的責(zé)任。

本節(jié)課以史實和教材為依據(jù)，還原了人類對力和運動認識的歷程。以逐步深入的問題為線索引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論和交流。本節(jié)課突出實驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用，教學(xué)中逐步滲透科學(xué)研究方法教育；通過學(xué)生自己對問題的論證過程，讓學(xué)生體驗科學(xué)家的研究過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和科學(xué)素養(yǎng)。整節(jié)課是在教師的引導(dǎo)下，通過學(xué)生自身的思考體驗，水到渠成地發(fā)現(xiàn)伽利略的科學(xué)方法，由于是學(xué)生經(jīng)歷的認知過程，所以理解最深刻，記憶也最清晰。

在寬松、包容的課堂氛圍里，我努力挖掘?qū)W生頭腦中最原始、最真實的想法，并充分利用它們來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。在這樣的課堂里，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了知識，更體會到了獲得知識的樂趣，學(xué)習(xí)了方法，提高了能力。這種教育觀在實踐中無疑會碰到困難，其中，學(xué)生的積極思考和自由表述，很可能就會產(chǎn)生意想不到的問題，對教師來說，這既是挑戰(zhàn)，更是難得的機會，教師若能以真誠的態(tài)度與學(xué)生一道探究問題，因勢利導(dǎo)，將會收到意想不到的良好教學(xué)效果。師者——傳道、授業(yè)、解惑也。物理教師的責(zé)任是傳授科學(xué)之本源，科學(xué)之方法，讓學(xué)生熱愛物理、欣賞物理學(xué)的理性和諧之美，并用科學(xué)方法去創(chuàng)造更美好的生活。在物理教學(xué)中結(jié)合物理學(xué)史，創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生與科學(xué)家一起經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體驗科學(xué)方法和艱苦歷程，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的認知和理解水平，強化其創(chuàng)新應(yīng)用能力大有裨益。

物理教學(xué)的價值是把人類社會積累的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生個體的知識；把前人從事智力活動的思想、方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認識能力；把蘊含在知識載體中的觀念、態(tài)度轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準則，把科學(xué)過程與方法引入物理教學(xué)的意義是使學(xué)生有身臨其境之感，領(lǐng)略科學(xué)家的研究方法、科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。作為一種教學(xué)方式，科學(xué)探究在于播種一種行為，收獲一種習(xí)慣?！?/p>

□編輯王宇華

季茹老師對物理學(xué)科具有系統(tǒng)堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。熱愛學(xué)生且受到學(xué)生的尊敬和喜愛，教學(xué)親和力強，善于利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，創(chuàng)設(shè)情境，突破教學(xué)重難點。季老師常采用“設(shè)疑激趣、碰撞思維、合作探究、展示交流”的教學(xué)方法，展現(xiàn)物理學(xué)的真、善、美，提高學(xué)生科學(xué)探究的興趣和科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生愛學(xué)物理、會學(xué)物理、學(xué)好物理奠定了基礎(chǔ)。

——高宇君

（北京市第二十二中學(xué)校長）