重實(shí)驗(yàn)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(rèn)知形成的過程，強(qiáng)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(yùn)動和力的關(guān)系時(shí)，亞里士多德和伽利略的觀點(diǎn)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(jìn)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(dú)立的課，這一變化體現(xiàn)了新課標(biāo)的要求，即通過介紹科學(xué)家進(jìn)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(gè)設(shè)計(jì)探究活動的平臺，有助于對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的指導(dǎo)。

■ 課前慎思：想要學(xué)生體驗(yàn)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(jì)為一節(jié)課時(shí)，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(yàn)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(jì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)：了解亞里士多德和伽利略關(guān)于力與運(yùn)動關(guān)系的不同觀點(diǎn)，并能對比優(yōu)劣；了解認(rèn)識世界的科學(xué)方法；知道人類對客觀世界的認(rèn)識是從直接經(jīng)驗(yàn)開始的，但要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析才能得出結(jié)論；會描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會設(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)證明自己的觀點(diǎn)，會對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出歸納總結(jié)。

通過學(xué)習(xí)前人的思考方法，進(jìn)一步體會物理學(xué)中理想化的實(shí)驗(yàn)方法。經(jīng)歷“觀察—質(zhì)疑、猜想—實(shí)驗(yàn)—推理—交流—?dú)w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(rèn)識實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yàn)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(diǎn)，我從日常現(xiàn)象出發(fā)，創(chuàng)設(shè)了容易出現(xiàn)錯(cuò)誤觀點(diǎn)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(diǎn)。

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

學(xué)生1：力是維持物體運(yùn)動的原因。

教師：你的觀點(diǎn)與兩千多年前著名學(xué)者亞里士多德的觀點(diǎn)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?fàn)顟B(tài)變成了運(yùn)動狀態(tài)，力是改變運(yùn)動的原因。

教師：你的觀點(diǎn)與三百多年前伽利略及牛頓的觀點(diǎn)相同。運(yùn)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(yùn)動和水平運(yùn)動進(jìn)行了研究。請同學(xué)們閱讀教材，找出他們的觀點(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)，重的物體比輕的物體下落快；水平方向：運(yùn)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(yùn)動不需要力來維持。

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

情境2：讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或用事實(shí)反駁亞里士多德的觀點(diǎn)。

教師提出問題引發(fā)思考：你能舉實(shí)例或用實(shí)驗(yàn)反駁亞里士多德的觀點(diǎn)嗎？

學(xué)生設(shè)計(jì)反駁豎直方向的實(shí)驗(yàn)——

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

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

教師：同學(xué)們設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(jì)反駁水平方向的實(shí)驗(yàn)——

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

教師總結(jié)：水平方向的運(yùn)動是可以不需要用力來維持的。

設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的。隨后，教師利用演示實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)。

學(xué)生7：伽利略用實(shí)驗(yàn)反駁豎直方向的觀點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)：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(yùn)動。（圖1）

現(xiàn)象：到達(dá)斜面底部的時(shí)間相等（隨著斜面變陡，時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)：演示牛頓管實(shí)驗(yàn)，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。可見，伽利略選用小球做實(shí)驗(yàn)就是為了減小空氣和摩擦阻力的影響，排除干擾，突出運(yùn)動的本質(zhì)規(guī)律。

學(xué)生8：伽利略用實(shí)驗(yàn)反駁水平方向的觀點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)：讓小球沿左斜面向下運(yùn)動，隨后小球沿右斜面向上運(yùn)動，幾乎可以達(dá)到與左斜面釋放小球時(shí)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(dá)到同樣高度經(jīng)過的坡長就越長，運(yùn)動的距離越遠(yuǎn)。

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_(dá)不到原來的高度，就應(yīng)永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。從而否定了亞里士多德認(rèn)為的水平方向的運(yùn)動需要力來維持的觀點(diǎn)。

（教師播放動畫模擬，幫助學(xué)生建立圖景，加深對理想實(shí)驗(yàn)的理解。）

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

情境4：討論交流，歸納總結(jié)認(rèn)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(rèn)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(rèn)識和直覺。伽利略的成功之處在于研究方法中引入了實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的理想實(shí)驗(yàn)方法。科學(xué)的研究方法是：實(shí)驗(yàn)和思考結(jié)合，實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)—觀察分析—推理—建立理論。

■ 課后反思：引領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)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(shí)和教材為依據(jù)，還原了人類對力和運(yùn)動認(rèn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)，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(rèn)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(shí)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(shí)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(jī)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(yàn)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(rèn)知和理解水平，強(qiáng)化其創(chuàng)新應(yīng)用能力大有裨益。

物理教學(xué)的價(jià)值是把人類社會積累的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生個(gè)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(rèn)識能力；把蘊(yùn)含在知識載體中的觀念、態(tài)度轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準(zhǔn)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。■

□編輯王宇華

季茹老師對物理學(xué)科具有系統(tǒng)堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)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(qiáng)，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(diǎn)。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）