“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)的三條糾偏途徑

魏榮榮

“自由落體運(yùn)動(dòng)”是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的典型實(shí)例，是研究平拋運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，也是探究機(jī)械能守恒定律的經(jīng)典模型。在實(shí)際教學(xué)過程中，有些教師將這一部分的教學(xué)重點(diǎn)設(shè)置為：探究影響物體下落快慢的因素，探究重力加速度的大小。其目的是體現(xiàn)循序漸進(jìn)的科學(xué)探究過程，活躍課堂氣氛，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。但在實(shí)際教學(xué)中容易導(dǎo)致課堂導(dǎo)入的偏淺、實(shí)驗(yàn)重心的偏軌、核心素養(yǎng)培養(yǎng)的偏航等問題。本文結(jié)合一節(jié)“自由落體運(yùn)動(dòng)”的同課異構(gòu)教研活動(dòng)，分析課堂教學(xué)的“偏航現(xiàn)象”及其糾偏途徑。

1.告別“偏淺”的教學(xué)導(dǎo)入，回歸理性思維的引導(dǎo)

在本課的教學(xué)中，有些教師采用物體下落的生活實(shí)例作為課堂導(dǎo)入。教師演示三個(gè)實(shí)驗(yàn)：讓一粒石子和一根羽毛同時(shí)從同一高度下落；讓兩張相同紙片（一張揉成一團(tuán)、一張攤開）同時(shí)從同一高度下落；讓一個(gè)小球和一個(gè)紙團(tuán)同時(shí)從同一高度下落。演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讓學(xué)生大膽猜想是什么因素影響物體下落的速度。

教師這樣導(dǎo)入的目的，一方面是體現(xiàn)由直觀實(shí)驗(yàn)獲得抽象的物理概念的科學(xué)探究過程，另一方面意在引導(dǎo)學(xué)生說出亞里士多德的觀點(diǎn)（重的物體下落得快），進(jìn)而引出伽利略對(duì)亞里士多德觀點(diǎn)的反駁。但實(shí)際情況是，學(xué)生異口同聲地說有空氣阻力的影響，課堂并沒有達(dá)到預(yù)設(shè)結(jié)果。

筆者認(rèn)為，以教材中關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的物理學(xué)史導(dǎo)入課堂會(huì)更有效。教材中一段科學(xué)史材料可以直接作為導(dǎo)入材料：“早在兩千年以前，亞里士多德認(rèn)為重的物體下落得快……伽利略認(rèn)為，重的物體與輕的物體應(yīng)該下落得一樣快?！?/p>

這樣導(dǎo)入的優(yōu)勢(shì)在于：導(dǎo)入物理學(xué)史符合高一學(xué)生的認(rèn)知與思維規(guī)律，有利于學(xué)生思維能力的發(fā)展；淡化物體下落時(shí)空氣阻力的影響，抓住了主要因素，有利于學(xué)生構(gòu)建自由落體運(yùn)動(dòng)的理想模型；以故事的形式呈現(xiàn)，有利于學(xué)生了解物理概念和理論的發(fā)展過程，加深對(duì)物理概念及規(guī)律的理解。

2.告別“偏軌”的實(shí)驗(yàn)重心，回歸實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo)

在本課的教學(xué)中，有些教師用實(shí)驗(yàn)來探究重力加速度的大小，實(shí)驗(yàn)過程為：學(xué)生先進(jìn)行重錘自由落體的分組實(shí)驗(yàn)（見圖1），然后手動(dòng)計(jì)算紙帶上各個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，并在白紙上描繪出瞬時(shí)速度與時(shí)間（v-t）的圖像，最后計(jì)算出直線的斜率。然而，在實(shí)際操作中手動(dòng)畫圖和計(jì)算誤差非常大，整個(gè)計(jì)算過程煩瑣且耗費(fèi)時(shí)間長，導(dǎo)致課堂進(jìn)度難以把控，影響教學(xué)目標(biāo)的完成。

（圖1）

因此，筆者認(rèn)為，可以利用信息技術(shù)測(cè)量重力加速度，這樣不僅能提高教學(xué)效率、激發(fā)學(xué)生興趣，還能節(jié)約時(shí)間?？蓪?shí)驗(yàn)重點(diǎn)落在以下兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)操作——為了滿足自由落體運(yùn)動(dòng)的條件，我們?nèi)绾螠p小物體下落時(shí)阻力的影響；二是實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)——探討在同一地點(diǎn)，自由落體運(yùn)動(dòng)的重力加速度是否與物體的質(zhì)量有關(guān)。詳細(xì)過程如下。

【探究1】先讓學(xué)生分組討論：重錘下落過程會(huì)受到哪些阻力以及如何減小阻力。學(xué)生得出減小阻力的方法有：（1）選用質(zhì)量大、密度大的重物，以減小空氣阻力；（2）安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力；（3）釋放紙帶時(shí)，紙帶要處于豎直狀態(tài)，以減小摩擦阻力。然后教師演示實(shí)驗(yàn)。

【探究2】教材中的《做一做》欄目——使用智能手機(jī)測(cè)量自由落體加速度的值：兩名學(xué)生分別讓一個(gè)手機(jī)和另一個(gè)綁有金屬塊的同款手機(jī)自由下落，手機(jī)屏幕上顯示出相同大小的重力加速度，這說明物體下落快慢與其質(zhì)量無關(guān)。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到相對(duì)于重力，空氣阻力的影響可忽略不計(jì)。

教學(xué)手段的現(xiàn)代化是提高課堂效率、增加課堂容量的有效途徑。多媒體教學(xué)的直觀、新穎可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的提高，開拓學(xué)生的視野。在教學(xué)中要明確實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo)，忽略次要因素，才能避免實(shí)驗(yàn)重心的偏離。

3.告別“偏航”的素養(yǎng)培養(yǎng)，回歸新教材的教學(xué)要求

在本課教學(xué)中，有些教師以影響物體下落快慢的因素和探究重力加速度作為教學(xué)重點(diǎn)，貌似內(nèi)容循序漸進(jìn)，在過程中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)則增加了學(xué)生機(jī)械計(jì)算的負(fù)擔(dān)，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使課堂偏離了對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。如何在物理教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？最好的途徑就是研究教材。高中統(tǒng)編教材的一大亮點(diǎn)便是增加了《科學(xué)漫步》《STSE》等內(nèi)容。這些內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技、科學(xué)理論、物理學(xué)史等方面，有利于開拓學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

本節(jié)課的《科學(xué)漫步》介紹了伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究歷程和研究方法。《STSE》則講述了伽利略一生的成就和他不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑和探索、堅(jiān)持用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證真理的可貴精神。因此，在探究自由落體規(guī)律的環(huán)節(jié)，我們的教學(xué)設(shè)計(jì)可安排為：讓學(xué)生自主閱讀《科學(xué)漫步》的內(nèi)容，思考伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，為什么設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)x∝t2而不是檢驗(yàn)v∝t？由于物體下落很快，沒有計(jì)時(shí)工具，伽利略采用了什么實(shí)驗(yàn)？通過這一系列的問題設(shè)計(jì)，讓學(xué)生親身體會(huì)伽利略探究自由落體運(yùn)動(dòng)的艱辛歷程，感悟科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)的那份執(zhí)著與堅(jiān)定。