創(chuàng)新實驗科學(xué)探究——《自由落體運動》教學(xué)賞析

黃 波

（新疆維吾爾自治區(qū)昌吉州教育教學(xué)研究中心）

2014 年9 月，筆者有幸參加了全國第四屆高中物理課堂教學(xué)名師賽觀摩活動，感觸頗深，為此特借貴刊一角，對由新疆克拉瑪依市高級中學(xué)李學(xué)禮老師執(zhí)教的一等獎?wù)n例《自由落體運動》進(jìn)行賞析，以期更好地學(xué)習(xí)、借鑒名師的課堂教學(xué)藝術(shù)。

片段一：游戲激趣，設(shè)問引入

師：請學(xué)生上來玩一個小游戲。這是一把漂亮的尺子，誰能抓住就送給他。

（手指與尺子底端平齊，虎口朝大家，尺子自由下落，未抓到）

師：像這種落體運動在生活中很常見，比如羽毛的下落、蘋果的下落。大家仔細(xì)觀察過物體的下落嗎？不同物體下落運動有何不同？

點評：教師通過抓尺子的游戲，讓學(xué)生對自由落體有一個感性體驗，通過游戲的趣味性激發(fā)學(xué)生的積極性。在游戲的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生了解生活中的落體運動，緊接著設(shè)問“大家仔細(xì)觀察過物體的下落嗎？不同物體下落運動有何不同？”從而引發(fā)學(xué)生對物體下落運動及規(guī)律的關(guān)注和思考。

片段二：采訪展示，實驗驗證

（播放采訪視頻）

學(xué)生街頭采訪市民，“有一個蘋果和一個山楂，從相同高度靜止釋放，誰先落地？”多數(shù)市民回答蘋果先落地，因為重的物體下落快。

師：多數(shù)市民認(rèn)為重的物體下落快。其實早在公元前4 世紀(jì)，亞里士多德就提出了這個觀點，你認(rèn)為他的觀點正確嗎？下面同學(xué)們就利用我們課桌上提供的實驗器材驗證一下，請大家動手實驗、動嘴展示。

組1：亞里士多德的觀點不正確。將一個鐵塊和一個紙團從相同高度靜止釋放，它們幾乎同時落地，說明物體下落的快慢與質(zhì)量無關(guān)。

……

點評：在這一教學(xué)環(huán)節(jié)，教師先播放學(xué)生在街頭就輕重物體下落快慢問題采訪市民的視頻，向我們展示了生活中人們潛意識里對輕重物體下落快慢的錯誤認(rèn)識。接著聯(lián)系物理學(xué)史，引出亞里士多德對此的看法。通過設(shè)問，“你認(rèn)為他的觀點正確嗎？”讓學(xué)生帶著問題設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。而且學(xué)生通過鐵塊與紙團下落幾乎同時落地等實驗，事實證明了亞里士多德的觀點是錯誤的。該環(huán)節(jié)教師恰當(dāng)?shù)貙W(xué)生街頭采訪的視頻素材和物理學(xué)史結(jié)合起來，通過古今對比，說明人們對輕重物體下落快慢的認(rèn)識極易陷入認(rèn)知誤區(qū)，同時引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗科學(xué)求證，培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計意識和科學(xué)精神。

片段三：思辨實驗，雙重反駁

師：對于亞里士多德的觀點，實際上早在16 世紀(jì)，著名的科學(xué)家伽利略就進(jìn)行了反駁。

師：首先是思辨反駁：假設(shè)重的物體比輕的物體下落快。有兩個物體（M>m），M、m 下落速度分別為8m/s 和4m/s，若將M、m 捆在一起，它們將以什么速度下落？

生：以>8m/s 的速度下落。因為將M、m 捆在一起后其總質(zhì)量比M 大，所以下落速度>8m/s。

師：同學(xué)們覺得他說得對不對？

生：對。

師：有沒有不同的看法？

生：我覺得是以<8m/s 的速度下落。因為將M、m 捆在一起，m由于下落慢會拖住M，而M 下落快會拉扯m，所以其速度應(yīng)該4m/s

師：同學(xué)們覺得他說得有沒有道理？

生：有道理。

師：那現(xiàn)在同樣一種情景條件下卻推出兩種自相矛盾的結(jié)論，說明假設(shè)怎么樣？

生：不成立。

師：除了思辨反駁，接下來我們再來看伽利略進(jìn)行的實驗反駁，這就是著名的比薩斜塔實驗。

（多媒體呈現(xiàn)實驗圖片，輔之語言說明）

點評：在學(xué)生對亞里士多德的觀點進(jìn)行實驗反駁后，教師適時引入物理學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生分別從思辨和實驗兩個維度重溫了伽利略對亞里士多德觀點的經(jīng)典反駁。在此過程中，通過推論思辨，學(xué)生明確了平時我們司空見慣、通過經(jīng)驗得來的結(jié)論未必可靠，通過假設(shè)法我們可以進(jìn)行推理反駁。在此基礎(chǔ)上，為了增強科學(xué)性，我們還必須通過科學(xué)實驗進(jìn)行驗證，才能令人信服。在整個教學(xué)過程中，教師非常注重思想方法的引領(lǐng)，從經(jīng)驗法、假設(shè)法到實驗法，讓學(xué)生重溫了科學(xué)家的經(jīng)典探究歷程，增強了科學(xué)意識和方法素養(yǎng)。

片段四：創(chuàng)新實驗，探究規(guī)律

師：請問物體所做的只受重力、初速度為零的自由落體運動是什么性質(zhì)的運動？

生：加速直線運動。

師：是勻加速還是變加速？

生：勻加速。

師：猜想完了，下面該干什么？

生：設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。

（教師利用特制尺子——黑白等距相間“光柵式”刻度尺自由下落，利用時間傳感器測量各段遮光時間，數(shù)據(jù)處理后利用計算機描出v-t 圖像和x-t 圖像）

師：科學(xué)結(jié)論應(yīng)該通過大量、反復(fù)試驗來得出，由于課堂時間有限我們只做一次。

師：由v-t 圖像和x-t 圖像說明剛才尺子的運動是什么運動？

生：勻加速直線運動。

師：v-t 圖像的什么代表加速度？

生：斜率。

師：大家通過圖像求出加速度，看看是多少？

（引導(dǎo)學(xué)生看教材上不同地區(qū)g 數(shù)值表，尋找規(guī)律）

……

點評：針對學(xué)生對于自由落體運動性質(zhì)的猜想，教師設(shè)計了一個創(chuàng)新演示實驗。即利用特制尺子——黑白等距相間“光柵式”刻度尺自由下落，通過傳感器測量各段遮光時間，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后利用計算機描出v-t 圖像和x-t 圖像。進(jìn)而通過圖像尋找物理規(guī)律，求出加速度的數(shù)值，最后再通過教材不同地區(qū)g 數(shù)值表探尋g 隨地球緯度的變化規(guī)律。整個教學(xué)過程中，實驗的創(chuàng)新設(shè)計是一大亮點。教師自制了一把特殊的尺子——黑白等距相間“光柵式”刻度尺，這種設(shè)計的作用在于能夠很好地利用其黑白相間的特點，交替遮光，可以通過傳感器測出尺子在自由下落過程中每段黑色遮光時間的變化，又由于間距相等，所以可以得到某一遮光時間具體對應(yīng)通過傳感器的尺子位移，從而得出x-t 圖像。同時，又可以轉(zhuǎn)換得到每段黑色下落通過傳感器的平均速度，從而得出v-t 圖像。這就為后面學(xué)生研究、探尋自由落體運動的性質(zhì)和g 值的大小奠定了良好的基礎(chǔ)。

片段五：前后呼應(yīng)留下余味

師：剛才我們上課時做了一個“抓尺子”的小游戲，大家聯(lián)系我們學(xué)習(xí)的物理知識想一想，為什么剛才這位同學(xué)抓不住尺子呢？

生：尺子下落時間太短，而人需要一個反應(yīng)時間。

師：同學(xué)們想不想知道自己的反應(yīng)時間？

生：想。

師：我們可以用這把新的尺子來測量，這把尺子是怎么做成的？老師送給同學(xué)們在課后進(jìn)行研究。

師：最后，送給同學(xué)們一首詩：

物體從空自由下，

輕重沒有快慢差；

你我一個加速度，

共同享受9.8。

點評：在本課結(jié)尾部分，教師通過設(shè)問重新回到“抓尺子”游戲上來，形成課堂教學(xué)的前后呼應(yīng)。并且通過新的尺子讓學(xué)生研究其測量人體反應(yīng)時間的原理，給學(xué)生留下后續(xù)探究的空間。而“物體從空自由下，輕重沒有快慢差；你我一個加速度，共同享受9.8?！钡膶W(xué)科詩句則凝練地歸納總結(jié)了本節(jié)課內(nèi)容，形式新穎、朗朗上口、言簡意賅、留有余味。