通過“體驗”落實三維目標

【關鍵詞】高中物理;實驗教學;科學探究;自由落體運動

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2015）46-0062-02

【作者簡介】柏培斌，南京市天印高級中學（南京，211100）教師。

重視過程與方法、情感態度與價值觀的教育，培養學生的科學探究意識與能力，是新課程改革的重要內容。為此人教版高中物理教材必修1中特地將“伽利略對自由落體運動的研究”這一節，單列到“勻變速直線運動的研究”的章節最后，目的是讓學生科學探究，促成自己的思考。

但在實際教學過程中，教師往往會將教學目標異化為對伽利略科學方法的記憶，完全忽視了前人的探索過程、情感態度與價值觀教育。在一次物理學科交流會上，筆者有幸觀摩了一節課，感觸頗深。教者以“體驗”為特征的教學設計，讓學生真正沿著伽利略的研究足跡，完成了一次科學探究之旅。

一、體驗歷史的錯誤存在的可能性與合理性

學生在學習完自由落體運動后，會從直觀上覺得，錯誤的論斷能夠延續達兩千年之久，是因為亞里士多德的愚鈍。而事實上，亞里士多德作為希臘古典文化的集大成者，被馬克思和恩格斯譽為“古代世界最偉大的百科全書”。學生對亞里士多德科學地位的誤判，會影響到其感受伽利略科學思想的偉大。于是，教師在教學中設計了這樣兩種教學活動：

一是以視頻采訪的形式，對不同年齡、不同學歷、不同職業的人，就“輕與重兩個物體，哪個下落更快”進行針對性采訪。并對視頻內容加以剪輯，在課堂上播放，時長大約3分鐘。

二是事前利用家長會時間，限時就“輕與重兩個物體，哪個下落更快”，對家長設計幾個關聯性問題，進行問卷統計，然后將問卷統計的結果在課堂上展示。

不論哪種方式，絕大多數人還是普遍認為“質量大的物體下落快”。他們中絕大多數在上中學時，也已經學習過這個內容，但直覺與生活經驗還是不自覺地替代了科學思維。所以要讓學生真正突破這一點，需要想辦法用別人的慣性思維，來糾正其潛意識中存在的錯誤。

二、體驗伽利略實驗的巧妙與準確

首先，伽利略憑著敏銳的科學直覺，猜測到在自由落體運動中，速度的增加應該是均勻的。在速度是隨時間均勻增加，還是隨位移均勻增加的判斷中，伽利略通過進一步的數學分析，認為速度極有可能跟時間成正比。為了克服測量的困難，將證明“v∝t”，巧妙轉化為證明“x∝t2”，此乃伽利略實驗的巧妙之一。

在當時滴水計時的條件下，如何較為準確地完成測量的任務，顯然是一件極為困難的事情。伽利略巧妙地想出了“沖淡”重力的實驗策略，并有效地完成了測量任務。對此，教材僅用了一幅圖來進行輔助解釋說明，并給出了結論：在斜面傾角一定的情況下，小球做勻加速直線運動的加速度相等。這種蜻蜓點水式的處理，使學生缺少真正的感知，不能體會到實驗的困難。強硬地讓學生接受知識，既無趣，也無效。

教師如果能在課堂上，想辦法提供實驗平臺，讓學生通過自己真實的實驗體驗和過程思考，來感悟實驗策略，體會伽利略的偉大，課堂的學習生態就會大為改善。為此，教學中設計了這樣一系列的實驗。

【實驗一】

教師先簡單說明滴水計時的大概方法，讓學生了解當時的實驗技術條件，然后再給每個學生發一個數字秒表，簡要說明使用方法，讓學生感受到計時方法的革新。接著，教師現場演示小鋼球的自由下落，并讓學生同步記錄小球的下落時間。事實表明，雖然數字秒表相對于滴水計時要先進很多，但學生根本無法正常記錄小球的下落時間。面對實驗困難，學生此時就自然聯想到“沖淡重力”這一實驗策略的必要性，真實地感受到伽利略的實驗智慧。

【實驗二】

教師用電腦動畫自制一個等時滴水的工具，用水滴下落的滴數作為計時單位。用兩根約一米長的鐵棒，并排捆綁在一起作為導軌，傾斜一個較小的角度放置，然后進行分組實驗。在分組實驗中，教師策略性地分組，不同的實驗小組可以用不同大小、不同材質的小球，放置在不同傾角的斜面上。教師用倒計時口令的方式，提示學生釋放小球，并在各小組學生的相互配合下，記錄第一滴水、第二滴水、第三滴水、第四滴水下落時小球在斜面上的位置，從而較為簡要地驗證“x∝t2”是否成立。

通過這個實驗，不僅可以讓學生真實地認識到位移跟運動時間的平方成正比的規律。還可以驗證，在同一斜面傾角下，大小與質量不同的小球，運動的加速度相同，斜面的傾角越大，小球運動的加速度也越大。

最后，教師再結合教材實驗插圖，說明伽利略為了減小實驗誤差，在當時的科學條件下，所進行的精妙設計：在木板上刻出一指寬的、直且平滑的槽，使用的軌道長度達到約7米之長，并在拋光處理后，鋪上羊皮紙。實驗選用的黃銅球堅硬而光滑。伽利略不厭其煩地實驗，實驗次數達到上百次之多。在得到相同結論后，又將傾斜角外推到90°的情況。

學生在親自實驗的感知中，在古今實驗條件的對比下，真正感受到了伽利略的嚴謹、智慧，以及過人的直覺與自信。在實驗中，還體現了諸多的實驗方法，如轉換測量、等效替代、控制調節、重復實驗等。該過程把實驗驗證和數學推理和諧結合，形成了一套完整有效的科學研究方法。

這樣的教學安排，讓學生在課堂上，不再是直接聽，而是在自我體驗與思考中，讓過程與方法、情感態度與價值觀，潛移默化地自然滲透。學生的實驗技能、科學探究的熱情也一定會提升一個臺階。

三、體驗伽利略科學方法的核心

伽利略的科學方法是值得我們用心去學習和實踐的。其核心是實驗與邏輯推理的和諧結合。

如何讓學生很好地感悟，可以做出如下的臺階式課堂設計：1.質疑“重的物體下落得快”的觀點;2.得到“若沒有空氣阻力，輕重物體的下落一樣快”的結論;3.從大膽的實驗猜想，到精妙的實驗驗證;4.從斜面上的運動到自由落體運動。

在常態的教學實踐中，很多教師包括教者本人對這一節教材的認識和處理，會覺得很空泛、無趣。教師沒有用心去感知、挖掘教材，沒有真正站在新課程理念的高度上，去認識和理解教材本意，當然也就產生不了靈動的教學設計。在本次教學觀摩中，筆者完全將自己換位成學生，在開課教師的教學臺階和教學載體的逐步引導下，用了短短的45分鐘時間，真實地感受了一次科學史的穿越，有了科學探究的沖動和自信，對伽利略其人，心生敬仰。

從課堂上學生的表情與思維狀態看，現場聽課的教師普遍感覺到，這樣的教學設計，促成了教師、學生、教材的融合與共鳴，教學的三維目標實實在在生了根。究其原因，在于教師在每一個教學要點上，都用心地設計了“體驗平臺”和“思維的繩索”，課堂上真正體現了學生的主體地位。優良的課堂生態，讓教師的引導、學生的探究，顯得非常的從容和真實。教授完這節課，相信從教師的角度，也會再次感受到教材編寫者的用心和高明，可以說這節教材內容，真正拉開了學生科學探究的序曲，值得重視和回味。