《牛頓第一定律》教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

鄭曼瑤　張軍朋

摘 要：伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是《牛頓第一定律》教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，單擺實(shí)驗(yàn)是伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的思維來(lái)源。本文從物理學(xué)史的視角，突破傳統(tǒng)的教學(xué)思路，按照 “單擺實(shí)驗(yàn)啟發(fā)——斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)——理想實(shí)驗(yàn)” 對(duì)《牛頓第一定律》的教學(xué)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：理想斜面實(shí)驗(yàn)；單擺實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)；物理思維

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）8（S）-0066-3

1 問(wèn)題提出

伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)中十大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想和創(chuàng)造性思維，是物理學(xué)史上觀察實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理相結(jié)合的典范，是對(duì)學(xué)生科學(xué)方法教育的典型素材，是《牛頓第一定律》教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)。然而教材，包括很多教師在教學(xué)中只告訴學(xué)生伽利略構(gòu)思出的理想斜面實(shí)驗(yàn)對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)所發(fā)起的挑戰(zhàn)，卻很少說(shuō)明為什么伽利略能夠想到用理想斜面實(shí)驗(yàn)說(shuō)明力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系？為什么伽利略能想到通過(guò)改變對(duì)接斜面的傾角來(lái)觀察小球上升的高度？他們很少去挖掘伽利略的研究所蘊(yùn)含的豐富思想和方法。伽利略的思想不是從天上掉下來(lái)的，而是經(jīng)歷了曲折的摸索過(guò)程。在物理教學(xué)中教師應(yīng)抓住伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)這一探究的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)重演伽利略的探索過(guò)程、思維過(guò)程，讓學(xué)生經(jīng)歷伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，領(lǐng)悟觀察實(shí)驗(yàn)、科學(xué)想象和科學(xué)推理相結(jié)合的巧妙之處。本文按照“單擺實(shí)驗(yàn)啟發(fā)——斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)——理想實(shí)驗(yàn)”對(duì)《牛頓第一定律》的教學(xué)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在初中階段，學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)化的伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，知道是摩擦力使運(yùn)動(dòng)的物體靜止下來(lái)的。但是伽利略的實(shí)驗(yàn)是理想實(shí)驗(yàn)，其結(jié)論是靠想象推理得出，而任何的想象都應(yīng)該以事實(shí)做為依據(jù)，伽利略當(dāng)時(shí)的依據(jù)和其事實(shí)依據(jù)的思維來(lái)源是什么？這是值得高中階段的學(xué)生去探索的，也是本教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

2.1 單擺實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)：構(gòu)思理想斜面實(shí)驗(yàn)的思維來(lái)源

伽利略的單擺實(shí)驗(yàn)是構(gòu)思理想斜面實(shí)驗(yàn)的思維來(lái)源。伽利略認(rèn)為應(yīng)采用數(shù)學(xué)和邏輯的方法來(lái)研究物體的運(yùn)動(dòng)。正是基于這種思想，所以當(dāng)他在比薩大教堂看到懸掛的燈來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)充滿好奇，從而開(kāi)始對(duì)擺的研究，并在擺的研究中受到啟發(fā)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出理想斜面實(shí)驗(yàn)。

從單擺實(shí)驗(yàn)到斜面實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程蘊(yùn)含著絕妙的創(chuàng)造性思維。很多教師講到伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)時(shí)，并沒(méi)有提到單擺實(shí)驗(yàn)，這使得學(xué)生不能更好地體會(huì)到科學(xué)家在探索過(guò)程中所經(jīng)歷的思維過(guò)程。因此，有必要讓學(xué)生親身經(jīng)歷“從單擺實(shí)驗(yàn)到斜面實(shí)驗(yàn)”這一創(chuàng)造性的轉(zhuǎn)化過(guò)程，體會(huì)伽利略的科學(xué)研究方法和思維是如何產(chǎn)生和發(fā)展的。具體的教學(xué)片段如下：

（1）類比思想：從擺球的運(yùn)動(dòng)軌跡類比對(duì)接斜面小球的運(yùn)動(dòng)

師：（教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧伽利略在觀察教堂的擺燈時(shí)得到啟發(fā)，并開(kāi)始研究擺的歷史）伽利略從擺的研究中得到很多結(jié)論，今天我們關(guān)注其中一個(gè)結(jié)論，即擺是否等高。（演示如圖1所示單擺實(shí)驗(yàn)，從A點(diǎn)靜止釋放擺球，用過(guò)A點(diǎn)固定的水平尺子標(biāo)記擺球高度）從A點(diǎn)靜止釋放的擺球有何特點(diǎn)？

生：仍然上升到等高的位置（即圖2所示C 點(diǎn)）。

師：（如圖2，將釘子O1移到正下方O2處固定，從A點(diǎn)靜止釋放擺球）再次改變擺球的運(yùn)動(dòng)軌跡，擺球是否能上升到原來(lái)的高度？

生：可以（即圖2所示D點(diǎn)）。

師：如果讓擺球一直擺動(dòng)下去，擺球最終將停下，說(shuō)明有什么力存在？

生：空氣阻力。

師：因此擺球?qū)嶋H并不等高！但空氣阻力很小，我們看到擺球到達(dá)幾乎等高的位置。

師：正是這個(gè)實(shí)驗(yàn)使伽利略受到啟發(fā)，由此展開(kāi)了更為深刻的思考，同學(xué)們能否也得到啟發(fā)呢？（播放Flash動(dòng)畫輔助，引導(dǎo)學(xué)生觀察擺球的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖3所示）如果沒(méi)有擺線，單看圖3中擺球的運(yùn)動(dòng)軌跡，能否想到這與小球在哪里的運(yùn)動(dòng)相類似？

生：與小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)類似。

師：從單擺實(shí)驗(yàn)中我們知道，如果沒(méi)有空氣阻力，擺球?qū)⑸仙脚c釋放位置等高的地方。如果忽略斜面的摩擦力，從斜面上某一高度下滑的小球能否也達(dá)到原來(lái)的高度呢？

生：應(yīng)該可以。

師：這也是伽利略所猜想的！

教學(xué)反思：通過(guò)以上教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生感受到伽利略能想到用斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)來(lái)論證力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，正是因?yàn)樗朴谟^察和思考生活中的物理現(xiàn)象，并用類比的科學(xué)方法設(shè)計(jì)斜面實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)家的成功并不是一步到位的，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究精神以及善于觀察、思考的能力，掌握科學(xué)探究中的思想和方法。

（2）極限思想：從釘子位置與擺球位移的關(guān)系聯(lián)想水平面上小球的運(yùn)動(dòng)

師：在單擺實(shí)驗(yàn)中，隨著中垂線上釘子位置的上移，擺球運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的位移有什么規(guī)律？

生：隨著中垂線上釘子位置的上移，擺球的位移越來(lái)越大（如圖3所示SAD>SAC>SAB）。

師：位移越大，擺球上擺的運(yùn)動(dòng)軌跡與水平面的夾角越大還是越??？

生：越小。

師：設(shè)想將釘子上移到無(wú)限遠(yuǎn)處，擺球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)？

生：擺球?qū)⑦\(yùn)動(dòng)到無(wú)限遠(yuǎn)處。

師：擺球運(yùn)動(dòng)到無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，與水平面的夾角是多少？

生：與水平面的夾角為零。

師：由單擺實(shí)驗(yàn)的這一規(guī)律，伽利略又會(huì)受到什么啟發(fā)呢？如果忽略斜面的摩擦力，右側(cè)斜面與水平面的夾角為零，小球在水平面上運(yùn)動(dòng)的情況會(huì)怎樣？同學(xué)們能否在單擺實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做出猜想？

生：小球?qū)⒃谒矫嫔弦恢边\(yùn)動(dòng)下去。

師：這也是伽利略的觀點(diǎn)！如果不考慮摩擦力，小球?qū)⒃谒矫嫔弦恢边\(yùn)動(dòng)下去，這不正說(shuō)明了物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持嗎？由此，伽利略從單擺實(shí)驗(yàn)中找到了解決問(wèn)題的思維方法，構(gòu)思出了斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)，對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)發(fā)起了挑戰(zhàn)！

教學(xué)反思：通過(guò)以上教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)伽利略是在單擺實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下，才想到通過(guò)改變對(duì)接斜面的傾角來(lái)探究小球從斜面某一高度下滑與上升高度的關(guān)系，從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維，并體會(huì)探究過(guò)程中蘊(yùn)含的極限思想。

2.2 邏輯推理發(fā)現(xiàn)規(guī)律

沿著物理學(xué)史的發(fā)展路線，教師演示斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生將斜面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與單擺實(shí)驗(yàn)的規(guī)律進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)，如表1所示。

又因?yàn)樾∏蛟谛泵嫔舷禄俣仍絹?lái)越快，在對(duì)接斜面上升時(shí)速度減小，因此小球在光滑水平面上將一直做勻速率的運(yùn)動(dòng)。

伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是建立在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行邏輯推理的一種思維活動(dòng)。學(xué)生重演伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的歷史探究過(guò)程，也是學(xué)習(xí)伽利略科學(xué)研究方法、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的過(guò)程。

3 伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的啟發(fā)

3.1 伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是把真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的典范

伽利略從單擺等高性的理想實(shí)驗(yàn)到理想斜面實(shí)驗(yàn)，忽略了空氣阻力和摩擦力，而這些忽略在現(xiàn)實(shí)中都是無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)的。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，人們可以用各種方法減小空氣阻力和摩擦力，但永遠(yuǎn)也無(wú)法徹底消除它們，因而人們無(wú)法用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這些理想化的設(shè)想。但是，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，不僅讓人們覺(jué)得合情合理，而且使人們透過(guò)事物的表面現(xiàn)象，看到了事物的本質(zhì)。

3.2 合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維

在伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)中，從單擺實(shí)驗(yàn)向斜面實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，從斜面實(shí)驗(yàn)向理想實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，無(wú)不蘊(yùn)含著豐富的創(chuàng)造性思維。要從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡聯(lián)想到小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)；從擺球在空氣中能夠上升到與釋放時(shí)幾乎等高的位置，聯(lián)想到小球從光滑斜面上某一高度下滑也能上升到等高處；從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡跟水平面的夾角與擺球位移之間的關(guān)系，聯(lián)想到小球在光滑的水平面上的運(yùn)動(dòng)，就需要教師從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣仔細(xì)觀察，充分發(fā)揮想象力，用創(chuàng)造性思維進(jìn)行邏輯分析。

3.3 善于利用物理學(xué)史，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，經(jīng)驗(yàn)和理性（包括數(shù)學(xué)論證）相結(jié)合的方法，是伽利略對(duì)近代科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)不是也不可能是自然現(xiàn)象的完全再現(xiàn)，而是在人類理性指導(dǎo)下對(duì)自然現(xiàn)象的一種簡(jiǎn)化和純化，因而實(shí)驗(yàn)必須有理性的參與和指導(dǎo)。伽利略既重視實(shí)驗(yàn)，又重視理性思維，強(qiáng)調(diào)科學(xué)是用理性思維把自然過(guò)程加以純化、簡(jiǎn)化，從而找出其數(shù)學(xué)關(guān)系的過(guò)程。因此，是伽利略開(kāi)創(chuàng)了近代自然科學(xué)中經(jīng)驗(yàn)和理性相結(jié)合的傳統(tǒng)。這一結(jié)合不僅對(duì)物理學(xué)，而且對(duì)整個(gè)近代自然科學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

物理學(xué)的發(fā)展史反映了科學(xué)家在探索和認(rèn)識(shí)自然界各種物理現(xiàn)象的過(guò)程中，物理學(xué)規(guī)律、概念和思想是如何發(fā)生和發(fā)展的。根據(jù)教育重演論，科學(xué)家在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)和研究科學(xué)世界的過(guò)程與學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過(guò)程存在相似性。某一科學(xué)概念或規(guī)律形成的關(guān)鍵點(diǎn)、突破點(diǎn)正是學(xué)生在學(xué)習(xí)這一概念或規(guī)律過(guò)程中的困難點(diǎn)。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。比如通過(guò)以上重演伽利略的單擺實(shí)驗(yàn)、理想斜面實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)研究方法，更好地理解科學(xué)的本質(zhì)，從而促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭青岳.牛頓第一定律教學(xué)中的思維因素分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2011，（12）：13.

[2]鐘霄參.物理學(xué)史[M].杭州：浙江教育出版社，1985.

[3]王全，母小勇. “科學(xué)史—探索”教學(xué)模式的“重演”論基礎(chǔ)[J]. 課程.教材.教法，2008，（7）：62.

（欄目編輯 鄧 磊）

2.2 邏輯推理發(fā)現(xiàn)規(guī)律

沿著物理學(xué)史的發(fā)展路線，教師演示斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生將斜面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與單擺實(shí)驗(yàn)的規(guī)律進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)，如表1所示。

又因?yàn)樾∏蛟谛泵嫔舷禄俣仍絹?lái)越快，在對(duì)接斜面上升時(shí)速度減小，因此小球在光滑水平面上將一直做勻速率的運(yùn)動(dòng)。

伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是建立在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行邏輯推理的一種思維活動(dòng)。學(xué)生重演伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的歷史探究過(guò)程，也是學(xué)習(xí)伽利略科學(xué)研究方法、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的過(guò)程。

3 伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的啟發(fā)

3.1 伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是把真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的典范

伽利略從單擺等高性的理想實(shí)驗(yàn)到理想斜面實(shí)驗(yàn)，忽略了空氣阻力和摩擦力，而這些忽略在現(xiàn)實(shí)中都是無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)的。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，人們可以用各種方法減小空氣阻力和摩擦力，但永遠(yuǎn)也無(wú)法徹底消除它們，因而人們無(wú)法用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這些理想化的設(shè)想。但是，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，不僅讓人們覺(jué)得合情合理，而且使人們透過(guò)事物的表面現(xiàn)象，看到了事物的本質(zhì)。

3.2 合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維

在伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)中，從單擺實(shí)驗(yàn)向斜面實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，從斜面實(shí)驗(yàn)向理想實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，無(wú)不蘊(yùn)含著豐富的創(chuàng)造性思維。要從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡聯(lián)想到小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)；從擺球在空氣中能夠上升到與釋放時(shí)幾乎等高的位置，聯(lián)想到小球從光滑斜面上某一高度下滑也能上升到等高處；從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡跟水平面的夾角與擺球位移之間的關(guān)系，聯(lián)想到小球在光滑的水平面上的運(yùn)動(dòng)，就需要教師從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣仔細(xì)觀察，充分發(fā)揮想象力，用創(chuàng)造性思維進(jìn)行邏輯分析。

3.3 善于利用物理學(xué)史，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，經(jīng)驗(yàn)和理性（包括數(shù)學(xué)論證）相結(jié)合的方法，是伽利略對(duì)近代科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)不是也不可能是自然現(xiàn)象的完全再現(xiàn)，而是在人類理性指導(dǎo)下對(duì)自然現(xiàn)象的一種簡(jiǎn)化和純化，因而實(shí)驗(yàn)必須有理性的參與和指導(dǎo)。伽利略既重視實(shí)驗(yàn)，又重視理性思維，強(qiáng)調(diào)科學(xué)是用理性思維把自然過(guò)程加以純化、簡(jiǎn)化，從而找出其數(shù)學(xué)關(guān)系的過(guò)程。因此，是伽利略開(kāi)創(chuàng)了近代自然科學(xué)中經(jīng)驗(yàn)和理性相結(jié)合的傳統(tǒng)。這一結(jié)合不僅對(duì)物理學(xué)，而且對(duì)整個(gè)近代自然科學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

物理學(xué)的發(fā)展史反映了科學(xué)家在探索和認(rèn)識(shí)自然界各種物理現(xiàn)象的過(guò)程中，物理學(xué)規(guī)律、概念和思想是如何發(fā)生和發(fā)展的。根據(jù)教育重演論，科學(xué)家在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)和研究科學(xué)世界的過(guò)程與學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過(guò)程存在相似性。某一科學(xué)概念或規(guī)律形成的關(guān)鍵點(diǎn)、突破點(diǎn)正是學(xué)生在學(xué)習(xí)這一概念或規(guī)律過(guò)程中的困難點(diǎn)。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。比如通過(guò)以上重演伽利略的單擺實(shí)驗(yàn)、理想斜面實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)研究方法，更好地理解科學(xué)的本質(zhì)，從而促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭青岳.牛頓第一定律教學(xué)中的思維因素分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2011，（12）：13.

[2]鐘霄參.物理學(xué)史[M].杭州：浙江教育出版社，1985.

[3]王全，母小勇. “科學(xué)史—探索”教學(xué)模式的“重演”論基礎(chǔ)[J]. 課程.教材.教法，2008，（7）：62.

（欄目編輯 鄧 磊）

2.2 邏輯推理發(fā)現(xiàn)規(guī)律

沿著物理學(xué)史的發(fā)展路線，教師演示斜面對(duì)接實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生將斜面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與單擺實(shí)驗(yàn)的規(guī)律進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)，如表1所示。

又因?yàn)樾∏蛟谛泵嫔舷禄俣仍絹?lái)越快，在對(duì)接斜面上升時(shí)速度減小，因此小球在光滑水平面上將一直做勻速率的運(yùn)動(dòng)。

伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是建立在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行邏輯推理的一種思維活動(dòng)。學(xué)生重演伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的歷史探究過(guò)程，也是學(xué)習(xí)伽利略科學(xué)研究方法、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的過(guò)程。

3 伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的啟發(fā)

3.1 伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)是把真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的典范

伽利略從單擺等高性的理想實(shí)驗(yàn)到理想斜面實(shí)驗(yàn)，忽略了空氣阻力和摩擦力，而這些忽略在現(xiàn)實(shí)中都是無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)的。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，人們可以用各種方法減小空氣阻力和摩擦力，但永遠(yuǎn)也無(wú)法徹底消除它們，因而人們無(wú)法用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這些理想化的設(shè)想。但是，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，不僅讓人們覺(jué)得合情合理，而且使人們透過(guò)事物的表面現(xiàn)象，看到了事物的本質(zhì)。

3.2 合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維

在伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)中，從單擺實(shí)驗(yàn)向斜面實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，從斜面實(shí)驗(yàn)向理想實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，無(wú)不蘊(yùn)含著豐富的創(chuàng)造性思維。要從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡聯(lián)想到小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)；從擺球在空氣中能夠上升到與釋放時(shí)幾乎等高的位置，聯(lián)想到小球從光滑斜面上某一高度下滑也能上升到等高處；從單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡跟水平面的夾角與擺球位移之間的關(guān)系，聯(lián)想到小球在光滑的水平面上的運(yùn)動(dòng)，就需要教師從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣仔細(xì)觀察，充分發(fā)揮想象力，用創(chuàng)造性思維進(jìn)行邏輯分析。

3.3 善于利用物理學(xué)史，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，經(jīng)驗(yàn)和理性（包括數(shù)學(xué)論證）相結(jié)合的方法，是伽利略對(duì)近代科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)不是也不可能是自然現(xiàn)象的完全再現(xiàn)，而是在人類理性指導(dǎo)下對(duì)自然現(xiàn)象的一種簡(jiǎn)化和純化，因而實(shí)驗(yàn)必須有理性的參與和指導(dǎo)。伽利略既重視實(shí)驗(yàn)，又重視理性思維，強(qiáng)調(diào)科學(xué)是用理性思維把自然過(guò)程加以純化、簡(jiǎn)化，從而找出其數(shù)學(xué)關(guān)系的過(guò)程。因此，是伽利略開(kāi)創(chuàng)了近代自然科學(xué)中經(jīng)驗(yàn)和理性相結(jié)合的傳統(tǒng)。這一結(jié)合不僅對(duì)物理學(xué)，而且對(duì)整個(gè)近代自然科學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

物理學(xué)的發(fā)展史反映了科學(xué)家在探索和認(rèn)識(shí)自然界各種物理現(xiàn)象的過(guò)程中，物理學(xué)規(guī)律、概念和思想是如何發(fā)生和發(fā)展的。根據(jù)教育重演論，科學(xué)家在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)和研究科學(xué)世界的過(guò)程與學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過(guò)程存在相似性。某一科學(xué)概念或規(guī)律形成的關(guān)鍵點(diǎn)、突破點(diǎn)正是學(xué)生在學(xué)習(xí)這一概念或規(guī)律過(guò)程中的困難點(diǎn)。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。比如通過(guò)以上重演伽利略的單擺實(shí)驗(yàn)、理想斜面實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)研究方法，更好地理解科學(xué)的本質(zhì)，從而促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的提高。

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（欄目編輯 鄧 磊）