自由落体运动的

自由落体运动的“探究建构式”教学初探黄永勇 长丰县第一中学（231100） 180560391611 引言 落体运动是一种自然界中广泛存在的典型运动，自古以来许多人都研究过，伽利略对自由落体运动的研究意义巨大。本文通过简要回顾伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法，以及他的巧妙的实验构思，让学生彻底打破“重的物体下落得快、轻的物体下落得慢”这一错误结论。让学生理解“不同物体下落的快慢是一样的”。笔者在结合新课改的思想基础上按照“探究建构式”设计自由落体运动的教学，希望能够对教学有所裨益，与同行交流。2 自由落体运动的历史回顾 回顾自由落体运动研究过程中的相关史实，从科学探究和理论创建的视角剖析这一过程，为自由落体运动的教学设计寻找物理情境的复现和科学探究的途径。 16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略对亚里士多德关于重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的论断表示了怀疑。后来，他在1638年出版的两种新科学的对话一书中对此作了评论。 根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头捆在一起时，大石头会被下石头拖着而减慢，结果整个系统的下落速度应该小于8；但两块石头捆在一起，总重力比大石头还要重，因此整个系统下落的速度要比8还大。这样，就从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论，这使亚里士多德的理论陷入了困境。为了摆脱这种困境，伽利略认为只有一种可能性：重物与轻物应该下落得同样快。 这些材料表明了对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢这一论断的认识过程：亚里士多德通过对自然现象的观察，提出重的物体下落得快、轻的物体下落得慢，而伽利略从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论。可见，在探究的过程中猜想的重要性。我们常说，实践是检验真理的唯一标准。为了证明自己的观点是正确的，伽利略通过实验再加以科学的推理，最终得出：不同物体下落的快慢是一样的以及不同物体在同一位置的重力加速度都是g。因此，我们在建构探究式课堂教学的时候，一定不要低估，甚至忽视学生的猜想。3 课堂教学中“探究建构式”教学的实现 在高中阶段，教师应该注意刻意地设置一些进行探究性教学的内容，努力对要进行探究的物理问题创设适宜的问题情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学问题。也可以创设一些任务，让学生在完成任务中，运用科学思维提炼出探究的课题，形式探究的意识和能力。下面通过对自由落体运动教学的设计过程，让学生体验探究式教学的乐趣。案例“自由落体运动”的教学 对“落体运动”的研究，书本上只是通过逻辑的力量作了简单的阐述。从教育的侧面上看，科学家发现物理规律过程中所经历的艰辛、思维的渐变过程以及富有创造性的研究智慧都被人为地削去了，学生只是被动地接受知识，而无法达到在感悟科学家创造性的工作过程中也受到激荡思维的目的，也就无法从中获得有益的养分。这样的教学，教育的功能被大大地削弱了，失去了应有的教育价值。怎样才能让学生打破统治人们近2000年地错误论断呢？为了充分体现这个教学环节所隐含的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维目标的教学价值，我们采用实验法和讲授法相结合的教学方法，让学生积极参与到从提出问题、分析问题到解决问题的全过程中来，努力提高学生分析问题和解决问题的能力。基于这样的思考，对“物体下落快慢的探究”的教学过程，我们是这样设计的：首先，我们选用两枚硬币、两枚和硬币大小面积相同的硬纸片，以及牛顿管等器材组成实验装置。其次，在教学过程中，为了较好地体现探究性学习的特征，我们对实验开展过程进行设计：探究活动一：提出问题：在日常生活中，我们常常发现重的物体比轻的物体下落的更快一些。请一组学生自主设计实验验证这个结论。学生实验1：一枚硬币与一枚与硬币面积相同的纸片等高同时下落，比较下落快慢。学生做实验，并观察实验现象，得到结论：重的硬币要比轻的纸片下落的快。探究活动二：提出问题：在日常生活中，有没有可能轻的物体比重的物体下落的更快一些呢？请一组学生自主设计实验。学生实验2：将一张硬纸片，与半张硬纸片揉成团等高同时下落，比较下落快慢。学生做实验，并观察实验现象，得到结论：轻的硬纸片要比重的硬纸片的硬纸片下落的快。探究活动三：提出问题：质量相同的物体下落得快慢是否一定相同呢？请一组学生自主设计实验。学生实验3：将一枚硬纸片团成团，与另一枚大小面积相同的硬纸片等高同时下落，比较下落快慢。学生实验4：将两枚完全相同的硬币等高同时下落，比较下落快慢。学生做实验，并观察实验现象，得到结论：轻重相同的物体，下落得快慢不一定相同。 设计说明：学生实验过程中教师在各个小组间巡视，收集学生实验过程中会出现的问题，引导学生在实验操作时如何创设实验；启发学生注意总结实验现象中两物体下落快慢与物体轻重进行关联比较。 在学生探究的基础上教师讲解，引导学生明确：实验结果显示出物体下落快慢与其质量没有必然联系。提出问题：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响。猜想：影响物体下落快慢的因素是空气阻力吗？教师演示实验，验证猜想：牛顿管实验。拿一个长约1.5米，一端封闭，另一端有开关的玻璃管（牛顿管），把小铁片和羽毛放到这个玻璃管里。（1）在玻璃管里有空气的情况下，我们来比较这两个物体下落的快慢。（拿着玻璃管走到学生当中去，将水平放置的玻璃管迅速转过90成竖直放置状态，让同学门观察两个物体的下落情况，重复该实验三次）问：在这个实验中，我们看到什么现象？（两个物体下落快慢不相同，铁片下落的快，羽毛下落的慢）（2）用抽气机把牛顿管中的空气抽走。重复上面的实验，观察到什么现象？（两个物体下落的快慢相同）引导学生对上面的实验现象进行分析：原来在有空气阻力的情况下，较轻的羽毛在下落过程中受到空气阻力的影响较大，所以羽毛下落的慢一些。没有空气阻力时，小铁片和羽毛都只在重力的作用下从静止开始下落，它们下落的快慢是相同的，与物体的重力无关。最终得到结论如下： 空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素. 在没有空气阻力时，在同一地方，任何物体自由下落的快慢相同 笔者从本节的教学实践中认识到，在时间和空间都是有限的课堂教学中，要顺利有效地开展探究性教学，就必须在以下几方面下功夫、做文章。1.精心选择好探究的课题探究课题地设置及其内容的选择要有实用行、可行性、可探究性、和开放性，要结合学生实际的需要，把教学重点放在知识的运用上。2.重视学生的课前预习课前预习已被实践证明是一种良好有效的学习习惯，它既能培养学生的自学良性行为，又能增强学生的自学能力，有效地提高学生独立思考问题的能力。必要时可以将下节课要探究的问题提前告知学生，让其有充分的时间思考和准备。3.充分地进行准备和组织策划教师应充分考虑到学生可能出现的各种情形，注重方法的指导，也要有效地进行组织与协调，使学生能真正领悟到自身在活动中的主体地位，更好地发挥其潜能。4.积极创造宽松的学习条件在实施探究性学习的过程中，教师一定要有民主的意识和作风，也应该让学生拥有一个足够的时间和空间，为自由组合、分工合作，查找和整理有关资料留有余地。5.在实施探究的过程中不能忽视教师的引导、讲解 在探究课堂教学中，教师应根据自己的教学实际，有针对地组织学生进行探究，千万不要为了探究而探究。当教学任务确实需要组织学生进行探究式，就要科学地设计课题，提出问题，并进行科学指导。组织学生进行探究式学习。6.努力建构起合适的评价平台评价应重过程，重体验，重态度，重发展，强调评价的发展功能和评价主体的广泛性，内容的全面性，方法的科学性，形式的多样性和结果的激励性。本节课的整个教学过程正是对这种教学理念的尝试，试图让学生真正成为学习的主体。让学生的主动地学习，积极参与问题的分析、讨论、交流，经历体验，在自主探究和合作学习的氛围中主动地学习知识，增强自主学习的意识，提高发现问题、思考问题、解决问题的能力，并在其中体会到学习的乐趣。问卷调查的结果显示,学生对这节课的印象十分深刻。因此，笔者认为本节是一个不可多得的进行“探究建构式”教学的好内容。6