“自由落體運動”同課異構(gòu)教學(xué)活動的思考

何軍

摘 要：本文針對“自由落體運動”一節(jié)內(nèi)容常見的教學(xué)設(shè)計做出一些分析，從另一個角度思考“自由落體運動”的教學(xué)。改常見的學(xué)生動手活動為學(xué)生的閱讀討論，在閱讀和討論中完成知識的學(xué)習(xí)，同時提升自己的思維能力。

關(guān)鍵詞：自由落體運動；教學(xué)設(shè)計；同課異構(gòu)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）2-0004-3

在近日舉行的同課異構(gòu)物理教學(xué)研討活動中，筆者與其他四位教師同時上了“自由落體運動”這一節(jié)課。盡管一些教學(xué)環(huán)節(jié)的處理及各自的教學(xué)風(fēng)格不同，但上課的流程卻大致相同。都是先通過幾個小實驗，分析影響物體下落快慢的因素，在此基礎(chǔ)上給出自由落體運動的概念與條件；接著，利用紙帶實驗及頻閃照片實驗探究自由落體運動的規(guī)律；最后，與勻變速直線運動規(guī)律比較，加以應(yīng)用。自由落體運動的教學(xué)一定要按這種教學(xué)流程嗎？其中有些活動是否有必要？有無其他的處理方式？為此，筆者進行了一些思考。

1 人教版教材中有關(guān)自由落體運動內(nèi)容安排的思考

《自由落體運動》是人教版必修1第二章第五節(jié)的內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)完勻變速直線運動規(guī)律后的一個具體應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容涉及到科學(xué)方法的認(rèn)識、模型的建立、規(guī)律的應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容，可以認(rèn)為是“運動描述”這一知識板塊的一個綜合，能夠較好地體現(xiàn)新課標(biāo)對“運動描述”內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，即了解知識產(chǎn)生的背景，了解物理模型的特點和理解勻變速直線運動的規(guī)律。本節(jié)內(nèi)容能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析概括能力，能夠很好地實現(xiàn)新課標(biāo)的三維目標(biāo)。但人教版教材將與“自由落體”有關(guān)的物理學(xué)史和科學(xué)方法單獨分為一節(jié)，在內(nèi)容上有一種被割裂的感覺。

2 課堂教學(xué)中幾個環(huán)節(jié)的幾點思考

2.1 影響物體下落快慢的小實驗

上課初，教師和學(xué)生一起參與的幾個小實驗有三個效果：增加了師生的互動，活躍了課堂氣氛；順利地切入本節(jié)課的內(nèi)容，起到很好的引題效果；得到影響物體下落快慢的因素，其中阻力是主要因素。

盡管這樣引入新課有上述三點好處，但也有一些弊端。筆者認(rèn)為，這樣的實驗其實可以不做，如果要做，可以滯后做。理由有三：

①學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，有著與落體運動相關(guān)的生活經(jīng)驗，知道物體下落快慢不同的最主要因素是阻力的影響不同。

②在伽利略對自由落體運動的研究分析過程中，也沒有提及阻力這一因素。如果我們還原前人的研究歷程，同樣可以先回避阻力這樣的問題。

③有些教師在此實驗上花費太多時間，沖淡了本節(jié)課的主題。

2.2 探究自由落體運動的性質(zhì)是否一定要用實驗

筆者觀察到：由于實驗器材不熟悉、動手能力不強等種種因素，學(xué)生在做實驗求解重力加速度的過程中花費時間較長。使用打點計時器，分析紙帶，通過紙帶求解速度和加速度是單獨的一節(jié)實驗內(nèi)容。本節(jié)課不應(yīng)該成為另一個紙帶處理的實驗課。如果因為該實驗沖淡本節(jié)課的主題，則會顯得主次不分。

3 “我”的簡要教學(xué)設(shè)計

根據(jù)以上思考，筆者確定本節(jié)課有兩個主題：“研究自由落體運動的科學(xué)方法”和“自由落體運動的特點”。根據(jù)這樣的主題，設(shè)計了本節(jié)課的教學(xué)活動。簡要摘錄如下：

1.課堂引入

筆者在百度詞條上將有關(guān)自由落體運動的相關(guān)信息摘錄，形成資料發(fā)給學(xué)生。資料中包括：自由落體的定義、特征，有關(guān)自由落體運動的相關(guān)史實和伽利略的抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法等。

創(chuàng)設(shè)情境：亞里士多德和伽利略的隔空對話。

問題：圖中亞里士多德的“！”和伽利略的“？”“……”以及“！”各是什么含義呢？請查閱資料，解讀各種標(biāo)點符號的含義。

學(xué)生閱讀資料10分鐘，查找相關(guān)信息。

2.課堂教學(xué)

師：亞里士多德的“！”是什么含義？

生：亞里士多德對物體下落得到一個規(guī)律，重的物體下落得快，輕的物體下落得慢。

師：那伽利略為什么又有“？”呢？

生：那是因為他在思考，他感到困惑。

學(xué)生給出資料中伽利略的兩個石頭下落的假設(shè)。教師結(jié)合材料給學(xué)生講解歸謬法和邏輯推理的知識。

師：那“……”的含義呢？

生：重新研究自由落體運動，尋找規(guī)律。

結(jié)合資料，師生一起重走伽利略的發(fā)現(xiàn)歷程：提出假設(shè)—數(shù)學(xué)推理—實驗驗證—合理外推。在這過程中讓學(xué)生感悟科學(xué)研究的魅力：

①伽利略認(rèn)為自由落體運動是最簡單的勻加速運動。這里體現(xiàn)出科學(xué)家從簡單到復(fù)雜的研究思想和堅信自然遵循簡潔美的哲學(xué)觀點。

②將測速度轉(zhuǎn)化為對位移、時間的測量。感受間接測量的思想和數(shù)學(xué)的魅力。

③從斜面推廣到豎直面，體會外推法的思想。

師：現(xiàn)在知道伽利略“！”的含義了！

生：自由落體運動是勻加速直線運動。

師：自由落體運動是勻加速直線運動，那究竟怎樣的運動才稱為自由落體運動呢？

給出自由落體運動的定義：自由落體運動就是只在重力作用下由靜止開始的勻加速直線運動。

問題：利用我們目前掌握的知識，能不能驗證自由落體運動是勻加速直線運動？

引導(dǎo)學(xué)生回憶使用打點計時器借助紙帶求加速度的方法。

師：你們在驗證過程中怎么保證物體做自由落體運動呢？

結(jié)合自由落體的定義，分析該實驗中的注意事項，師生一起得出：

①打點計時器要豎直放置。

②下面懸掛的重物質(zhì)量要大，體積要小。

③先開打點計時器，后釋放紙帶。

師：滿足了這些要求，物體就是做自由落體運動嗎？

師生一起分析提煉：

①自由落體運動是理想的運動模型。

②實際運動近似成自由落體運動的條件。

師：以下觀察到的物體運動是自由落體運動嗎？

a.在二樓窗口看到窗外下落的小石子。

b.小鐵球入水后的運動。

c.用手抓著物體，以重力加速度豎直向下加速運動。

d.在月球上靜止釋放的羽毛和小球。

通過物體運動的辨析，強調(diào)自由落體運動的“自由”：

①物體開始下落時是靜止的，即初速度v=0。如果物體的初速度不為零，就算是豎直下落，也不是自由落體。

②物體下落過程中，除受重力作用外，不再受其他任何外界的作用力。

觀看美國宇航員在月球上釋放羽毛和小球的視頻。

結(jié)論：任何物體在相同高度做自由落體運動時，下落時間相同。

演示毛錢管有空氣、空氣較少和沒有空氣時羽毛和銅錢的下落情況，引導(dǎo)學(xué)生思考影響物體下落快慢的因素。針對眾多影響因素，提出相關(guān)思考題，為下一章《力》的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

最后，利用類比思想，由初速度為零的勻加速直線運動的規(guī)律得出自由落體運動的規(guī)律。

4 反 思

對比兩種教學(xué)設(shè)計，筆者認(rèn)為有三點不同：

①通常的教學(xué)設(shè)計往往是“做實驗—討論—結(jié)論—應(yīng)用”的教學(xué)流程，以實驗為引子，討論為主體，應(yīng)用為收尾完成課堂教學(xué)。本教學(xué)設(shè)計以史實為基礎(chǔ)，以尋“史”為脈絡(luò)，重點是體會自由落體運動規(guī)律發(fā)現(xiàn)中的科學(xué)思想，理解自由落體運動的內(nèi)涵。

②在通常的教學(xué)設(shè)計中，師生互動以實驗為根本，強調(diào)的是動手能力。討論過程中的問題往往是從實驗現(xiàn)象出發(fā)的平行的問題。本教學(xué)設(shè)計以尋“史”為基本活動，強調(diào)的是思維活動，問題往往對應(yīng)著前人發(fā)現(xiàn)自由落體規(guī)律的進程，問題是縱向的，對學(xué)生的思維刺激度更高。

③通常的教學(xué)設(shè)計就自由落體運動講自由落體運動。本教學(xué)設(shè)計把自由落體運動回歸到相關(guān)的史實中，能夠更好地實現(xiàn)三維目標(biāo)，更好地發(fā)揮教育的功效。

參考文獻：

[1]曹文平.對《自由落體運動》教學(xué)的思考[J].物理教學(xué)探討，2011，（3）：32.

（欄目編輯 趙保鋼）