重溫歷史　致敬經典——《伽利略對自由落體運動的研究》教學賞析

黃　波

(新疆維吾爾自治區昌吉州教育教學研究中心,新疆　昌吉　831100)

?

重溫歷史致敬經典——《伽利略對自由落體運動的研究》教學賞析

黃波

(新疆維吾爾自治區昌吉州教育教學研究中心,新疆昌吉831100)

摘要：本文是觀摩了全國第四屆高中物理名師賽之后,對魏華老師執教的《伽利略對自由落體運動的研究》進行賞析,以期更好地學習、借鑒名師的課堂教學藝術.

關鍵詞：伽利略;自由落體；物理學史

筆者有幸參加了全國第四屆高中物理課堂教學名師賽觀摩活動,感觸頗深,對由北京市第四中學魏華老師執教的獲一等獎第一名的課例《伽利略對自由落體運動的研究》進行賞析,以期更好地學習、借鑒名師的課堂教學藝術.

片段一:采訪調查,據史引入

魏老師首先播放采訪視頻,出示調查問卷.

師:通過采訪、調查，多數人認為：重的物體比輕的物體下落得快.看來兩千多年前亞里士多德指出重的物體下落得快,這個觀點還是符合人們的生活常識.而不同物體下落得一樣快的科學結論,是由后來的伽利略提出來的.一個司空見慣的落體運動,從生活經驗到科學結論,咱們花了一節課的時間就完成,而歷史上關于這件事人們對它的認識卻經歷了長達兩千年之久,有那么難嗎?那我們今天就一塊回到歷史當中來看看,伽利略是怎么對自由落體運動進行研究的?

點評:引入新課過程中,教師通過手機錄制的對身邊的同事和小朋友的采訪視頻引入,極大引發了學生的興趣.再結合家長會上對家長的問卷調查統計,得出多數人贊同重的物體下落得快這一結論,讓學生潛意識里樹立研究問題時要采用科學的研究方法、有理有據得出結論的意識.在此基礎上,教師巧妙地將其與物理學史上亞里士多德及伽利略對落體運動的認知發展歷程結合起來,通過對比設問巧妙引入新課,進入課題《伽利略對自由落體運動的研究》的歷史起點.

片段二:承前啟后,辯證分析

師:這要求我們能夠盡量處在伽利略那個年代,領略他的研究方法.這節課我覺得應該從起點說起,認識亞里士多德.大家都知道,亞里士多德生活在公元前四世紀的古希臘,是被公認為古代最博學的人.他對下落的物體進行了大量的觀察,得出了“重的物體下落得快”的結論.這個結論我們現在來看好像是不太準確,但是在當時來講這已經是很先進的結論,它是建立在大量的客觀事實基礎上的.從這一點上來講,亞里士多德是非常了不起的.他有一句名言是:“吾愛吾師，吾尤愛真理”.他的這個觀點延續了兩千多年,被人們奉為真理.所以后來的伽利略要建立正確的理論,光靠勇氣是不夠的,除非能拿出更有說服力的論據,運用更先進的研究方法.那我們下面就看看伽利略對落體運動是怎么研究的?

點評:課題主要是講伽利略對自由落體運動的研究,是在推翻亞里士多德觀點的基礎上得出的科學論斷,所以在日常教學中教師如果處理不當,容易讓學生陷入敬伽利略而輕亞里士多德的誤區.本節課教師從認識亞里士多德談起,指出他的觀點盡管現在來看不準確,但是具有可貴的歷史意義,并且從當時的歷史條件出發對亞里士多德進行了積極評價,有利于學生形成辯證的、發展的分析問題、評價事物的意識.正因為對亞里士多德的歷史地位有了正確認識的基礎,才更能凸顯出后來伽利略建立新理論的不易和可貴.

片段三:重溫歷史,邏輯推理

師:根據亞里士多德的論斷,一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大.假定大石頭的下落速度是8m/s,小石頭的下落速度是4m/s,當我們把兩塊石頭捆在一起時,他們的下落速度是怎樣的呢?

生:下落速度應該小于8m/s.兩塊石頭捆在一起時,大石頭會被小石頭拖著而減慢速度,所以他們共同的下落速度應該小于8m/s.

師:聽起來有道理.有不同觀點嗎?

生:下落速度應該大于8m/s.因為當兩塊石頭捆在一起時,他們的總重量比大石頭還要重,所以他們的下落速度應該比大石頭單獨下落的速度還要大.

師:似乎也有道理.那么基于同一個觀點“重物比輕物下落得快”，卻推出了互相矛盾的結論,這說明亞里士多德的這個論斷存在問題.

點評:在伽利略所處的時代,他在亞里士多德觀察的基礎上利用思辯的力量又前進了一步,即利用同一個前提條件“重物比輕物下落得快”的觀點經過合理推導,卻推出了兩個自相矛盾的結論,從而使得綿延了兩千多年的“真理”不攻自破.此環節教師通過設問巧妙引導,讓學生重溫這段歷史,通過思考分析，親身體驗邏輯推理的強大力量,感受到科學研究道路上科學思辯的重要性.

片段四:猜想假說,實驗驗證

師:伽利略建立速度概念,猜想落體運動是最簡單(速度變化均勻)的變速運動,即速度v的變化對時間t來說是均勻的.受技術條件限制,伽利略利用數學工具，將驗證v∝t轉化為驗證x∝t2.

師:現在我們實驗室用什么來測時間t?

生:數字秒表.

師:當時伽利略用什么計時?

生:靠滴水計時.

師:但是物體下落時間很短,不好測量.如果你是伽利略,是等著先進儀器出來再實驗還是改造現有方案?怎么改造?

生:利用斜面延長時間.

師:很巧妙的辦法.下面大家分組實驗,注意分工,做好數據記錄.

師:小球沿斜面下滑的運動并不是落體運動,怎么能證實落體運動也具有這個規律呢?當時的伽利略做了一個合理的外推,即當斜面傾角越大,小球的運動越接近落體運動.當斜面的傾角增大到90°,小球的運動就變成了自由落體運動.

點評:在這一教學環節中,教師引導著學生重溫伽利略當年的研究歷史,親身經歷科學探究的過程,由建立概念、猜想假說、實驗設計、實驗改造到合理外推,還原了歷史過程,通過原始的滴水計時到對實驗方案的改進,包括對實驗結論的合理外推,讓同學們深刻領略了科學家的科學精神和科學研究方法;在致敬經典的同時,教師又引導大家利用秒表測量落體運動時間,讓學生獲得了很好的對比感受和體驗.

片段五:科學評價,學以致用

魏老師在總結階段引用了愛因斯坦在《科學的進化》一書中對伽利略的評價.

師:有一個觀點:拔河比賽中,誰的力氣大誰贏.你贊同嗎?試用今天的研究方法對這個觀點進行研究.

點評:通過《科學的進化》中愛因斯坦對伽利略的評價,讓學生從科學家的角度正確認識伽利略的歷史貢獻.通過對“拔河比賽中,誰的力氣大誰贏”這一觀點的研究,讓學生再次運用本節課的科學方法去分析、解決問題,真正做到學以致用,體會物理學習的成就感和價值.