“自由落體運動”教學設計方案

李明姝

一、教學內容與學生分析

自由落體運動是一種理想化模型，在高中物理教學中具有特殊的地位。在知識上它是勻變速直線運動的一個特例，在方法上滲透理想化模型的重要研究方法。在整個必修一教學的安排上，勻變速運動的教學難點在于規律的應用，自由落體運動的新課教學則要向學生介紹用現代先進教學儀器研究自由落體運動的規律特征，有利于學生站在一個現代新科技的角度觀望歷史人物對自由落體的研究，體會近代物理的先驅伽利略是如何進行研究的--這是向高中學生首次介紹伽利略的物理學研究方法的教育，它在整個高中物理教學中具有特殊重要的意義。

本節通過邏輯推理、實驗演示和實驗探究，分析得出自由落體運動的規律，明確重力加速度的意義，使學生對自由落體運動的規律有了更具體和深入的認識。同時加強學生質疑精神、科學推理和科學論證能力的培養。“做一做”欄目讓學生利用生活中的器材測量重力加速度。“科學漫步”中伽利略該案與落體運動的研究方法和過程，體現了實驗與邏輯推理結合的科學思維方式和研究方法。“STSE”中伽利略的生平體現了科學對社會的作用及兩者間的關系。教師在教學中應注意落實這些內容，這對培養學生科學思維、科學探究、科學態度與責任等物理核心素養是由價值的。

對自由落體運動的研究是本節的一個難點，因為它與學生常見的生活中的落體運動并不完全相同，教學要轉變學生的已有認識。教科書從亞里士多德觀察得到的經驗性結論（也是學生腦海中可能有的對落體運動的認識）與伽利略的科學論證結果見的矛盾出發，引發對落體運動的實驗探究，發現空氣阻力是影響物體下落快慢的因素，進而提出沒有空氣阻力的理想化模型--自由落體運動。教師在教學中應注意突出這樣的科學探究和基于證據的推理論證過程，引導學生轉變認識。探究自由落體運動的規律，是對前面所學知識的綜合應用。教科書通過實驗結合前兩節所學的勻變速直線運動的規律，得出自由落體運動的規律并測得重力加速度 g 的大小，進而得出自由落體運動的速度、位移與時間之間的關系。

在學習本節內容前，學生已經學習了勻變速直線運動的相關知識，打點計時器的使用方法以及紙帶的處理方法，而自由落體運動作為勻變速直線運動的一個特殊的實例，其基本的研究方法與研究勻變速直線運動的方法是一致的，因此學生在知識上已經具備了接受自由落體運動知識的條件，在此時引入該內容是恰到好處的。但本節課面向的主要的是高一學生，這部分學生已經具備了一定的實際生活經驗，通常學生會認為物體越重下落的越快，這種錯誤的“前概念”直接影響了對本節內容的學習，同時學生的抽象思維比較弱，因此教師需要創設物理情境，通過演示正確合理的實驗來創建一定的具體形象模型，從而幫助學生構建正確的自由落體運動的概念，摒棄前概念的干擾。

本節課的內容主要是組織同學們進行探究活動，培養同學們解決實際問題、探究規律的能力，同時對學生進行科學方法和科學思想的教育。

本節課中還包含了大量的實驗，通過實驗起到培養學生學會研究物理問題方法的作用。

二、任務分解

任務 1：結合實驗和生活經驗探討：輕重不同物體下落的快慢？

任務 2：理論探究伽利略邏輯推理的結論

任務 3：演示實驗：輕重不同的物體下落快慢的研究

任務 4：實驗研究：自由落體運動的規律

任務 5：自由落體加速度

任務 6：歸納總結自由落體運動的規律

任務 7：伽利略對自由落體運動的研究

三、教學活動

任務 1：結合實驗和生活經驗探討：輕重不同的物體下落的快慢？

問題情境：

1、觀看視頻：一位青年奮勇接住一個從 10 層高樓窗口跌出的孩子的視頻。

2、[實驗一]：一節粉筆，一張小紙片，（粉筆比紙片重），從同一高度釋放。

3、[實驗二]：取兩張大小不同的紙，將小紙片揉成團，從同一高處同時釋放。

4、[實驗三]：輕重相同兩塊紙，一張揉成團，從同一高度，同時釋放。

教學建議：

思維引導建議：學生對落體運動現象并不陌生，但并沒有研究過這種運動的規律，因而對落體運動會存在很多似是而非的看法，教師應鼓勵學生充分表達自己的觀點和評價別人的觀點，同時注意要求學生表達觀點和意見的時候要提供證據。

教學活動建議：通過觀看視頻引入教學內容，引發學生思考;問題 2、3 由學生觀察實驗后，獨立思考后，討論總結。

任務 2：理論探究伽利略邏輯推理的結論。

問題情境：亞里士多德和伽利略的介紹

教學建議：

思維引導建議：教科書介紹了伽利略利用邏輯推理提出對亞里士多德觀點的懷疑，教師可以啟發學生自己進行這段推理分析，最后得出自相矛盾的結論來反駁亞里士多德的觀點，這樣的推理過程在物理研究中是很常見的。

教學活動建議：問題 1、3、4 可以讓學生閱讀教材，獨立思考后回答，教師補充完善;問題 2 可以讓學生自行推理分析得出相互矛盾的結論。

任務 3：演示實驗：輕重不同的物體下落快慢的研究

問題情境：

介紹伽利略的比薩爾斜塔實驗;演示牛頓管實驗;介紹 1971 年，美國宇航員斯科特在月球表面上，將一把鐵錘和一片羽毛從同一高處同時放下，結果他觀察到兩個物體同時落“月”。

教學建議：

思維引導建議：通過實驗，引導學生得出沒有空氣阻力的影響，所有物體下落得一樣快，與物體的質量無關。這部分教學教師應針對學生可能存在的前概念引導學生利用科學實驗和科學推理相結合的方法探究和認識物體現象和規律。

教學活動建議：問題 1、2、3 由學生先觀察圖片和演示實驗，獨立思考后回答，其他同學補充;問題 4 學生討論，然后交流，自己總結結論。