重温历史 致敬经典——《伽利略对自由落体运动的研究》教学赏析

黄　波

(新疆维吾尔自治区昌吉州教育教学研究中心,新疆　昌吉　831100)



重温历史致敬经典——《伽利略对自由落体运动的研究》教学赏析

黄波

(新疆维吾尔自治区昌吉州教育教学研究中心,新疆昌吉831100)

摘要：本文是观摩了全国第四届高中物理名师赛之后,对魏华老师执教的《伽利略对自由落体运动的研究》进行赏析,以期更好地学习、借鉴名师的课堂教学艺术.

关键词：伽利略;自由落体；物理学史

笔者有幸参加了全国第四届高中物理课堂教学名师赛观摩活动,感触颇深,对由北京市第四中学魏华老师执教的获一等奖第一名的课例《伽利略对自由落体运动的研究》进行赏析,以期更好地学习、借鉴名师的课堂教学艺术.

片段一:采访调查,据史引入

魏老师首先播放采访视频,出示调查问卷.

师:通过采访、调查，多数人认为：重的物体比轻的物体下落得快.看来两千多年前亚里士多德指出重的物体下落得快,这个观点还是符合人们的生活常识.而不同物体下落得一样快的科学结论,是由后来的伽利略提出来的.一个司空见惯的落体运动,从生活经验到科学结论,咱们花了一节课的时间就完成,而历史上关于这件事人们对它的认识却经历了长达两千年之久,有那么难吗?那我们今天就一块回到历史当中来看看,伽利略是怎么对自由落体运动进行研究的?

点评:引入新课过程中,教师通过手机录制的对身边的同事和小朋友的采访视频引入,极大引发了学生的兴趣.再结合家长会上对家长的问卷调查统计,得出多数人赞同重的物体下落得快这一结论,让学生潜意识里树立研究问题时要采用科学的研究方法、有理有据得出结论的意识.在此基础上,教师巧妙地将其与物理学史上亚里士多德及伽利略对落体运动的认知发展历程结合起来,通过对比设问巧妙引入新课,进入课题《伽利略对自由落体运动的研究》的历史起点.

片段二:承前启后,辩证分析

师:这要求我们能够尽量处在伽利略那个年代,领略他的研究方法.这节课我觉得应该从起点说起,认识亚里士多德.大家都知道,亚里士多德生活在公元前四世纪的古希腊,是被公认为古代最博学的人.他对下落的物体进行了大量的观察,得出了“重的物体下落得快”的结论.这个结论我们现在来看好像是不太准确,但是在当时来讲这已经是很先进的结论,它是建立在大量的客观事实基础上的.从这一点上来讲,亚里士多德是非常了不起的.他有一句名言是:“吾爱吾师，吾尤爱真理”.他的这个观点延续了两千多年,被人们奉为真理.所以后来的伽利略要建立正确的理论,光靠勇气是不够的,除非能拿出更有说服力的论据,运用更先进的研究方法.那我们下面就看看伽利略对落体运动是怎么研究的?

点评:课题主要是讲伽利略对自由落体运动的研究,是在推翻亚里士多德观点的基础上得出的科学论断,所以在日常教学中教师如果处理不当,容易让学生陷入敬伽利略而轻亚里士多德的误区.本节课教师从认识亚里士多德谈起,指出他的观点尽管现在来看不准确,但是具有可贵的历史意义,并且从当时的历史条件出发对亚里士多德进行了积极评价,有利于学生形成辩证的、发展的分析问题、评价事物的意识.正因为对亚里士多德的历史地位有了正确认识的基础,才更能凸显出后来伽利略建立新理论的不易和可贵.

片段三:重温历史,逻辑推理

师:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大.假定大石头的下落速度是8m/s,小石头的下落速度是4m/s,当我们把两块石头捆在一起时,他们的下落速度是怎样的呢?

生:下落速度应该小于8m/s.两块石头捆在一起时,大石头会被小石头拖着而减慢速度,所以他们共同的下落速度应该小于8m/s.

师:听起来有道理.有不同观点吗?

生:下落速度应该大于8m/s.因为当两块石头捆在一起时,他们的总重量比大石头还要重,所以他们的下落速度应该比大石头单独下落的速度还要大.

师:似乎也有道理.那么基于同一个观点“重物比轻物下落得快”，却推出了互相矛盾的结论,这说明亚里士多德的这个论断存在问题.

点评:在伽利略所处的时代,他在亚里士多德观察的基础上利用思辩的力量又前进了一步,即利用同一个前提条件“重物比轻物下落得快”的观点经过合理推导,却推出了两个自相矛盾的结论,从而使得绵延了两千多年的“真理”不攻自破.此环节教师通过设问巧妙引导,让学生重温这段历史,通过思考分析，亲身体验逻辑推理的强大力量,感受到科学研究道路上科学思辩的重要性.

片段四:猜想假说,实验验证

师:伽利略建立速度概念,猜想落体运动是最简单(速度变化均匀)的变速运动,即速度v的变化对时间t来说是均匀的.受技术条件限制,伽利略利用数学工具，将验证v∝t转化为验证x∝t2.

师:现在我们实验室用什么来测时间t?

生:数字秒表.

师:当时伽利略用什么计时?

生:靠滴水计时.

师:但是物体下落时间很短,不好测量.如果你是伽利略,是等着先进仪器出来再实验还是改造现有方案?怎么改造?

生:利用斜面延长时间.

师:很巧妙的办法.下面大家分组实验,注意分工,做好数据记录.

师:小球沿斜面下滑的运动并不是落体运动,怎么能证实落体运动也具有这个规律呢?当时的伽利略做了一个合理的外推,即当斜面倾角越大,小球的运动越接近落体运动.当斜面的倾角增大到90°,小球的运动就变成了自由落体运动.

点评:在这一教学环节中,教师引导着学生重温伽利略当年的研究历史,亲身经历科学探究的过程,由建立概念、猜想假说、实验设计、实验改造到合理外推,还原了历史过程,通过原始的滴水计时到对实验方案的改进,包括对实验结论的合理外推,让同学们深刻领略了科学家的科学精神和科学研究方法;在致敬经典的同时,教师又引导大家利用秒表测量落体运动时间,让学生获得了很好的对比感受和体验.

片段五:科学评价,学以致用

魏老师在总结阶段引用了爱因斯坦在《科学的进化》一书中对伽利略的评价.

师:有一个观点:拔河比赛中,谁的力气大谁赢.你赞同吗?试用今天的研究方法对这个观点进行研究.

点评:通过《科学的进化》中爱因斯坦对伽利略的评价,让学生从科学家的角度正确认识伽利略的历史贡献.通过对“拔河比赛中,谁的力气大谁赢”这一观点的研究,让学生再次运用本节课的科学方法去分析、解决问题,真正做到学以致用,体会物理学习的成就感和价值.