“自由落体运动”同课异构教学活动的思考

何军

摘 要：本文针对“自由落体运动”一节内容常见的教学设计做出一些分析，从另一个角度思考“自由落体运动”的教学。改常见的学生动手活动为学生的阅读讨论，在阅读和讨论中完成知识的学习，同时提升自己的思维能力。

关键词：自由落体运动；教学设计；同课异构

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）2-0004-3

在近日举行的同课异构物理教学研讨活动中，笔者与其他四位教师同时上了“自由落体运动”这一节课。尽管一些教学环节的处理及各自的教学风格不同，但上课的流程却大致相同。都是先通过几个小实验，分析影响物体下落快慢的因素，在此基础上给出自由落体运动的概念与条件；接着，利用纸带实验及频闪照片实验探究自由落体运动的规律；最后，与匀变速直线运动规律比较，加以应用。自由落体运动的教学一定要按这种教学流程吗？其中有些活动是否有必要？有无其他的处理方式？为此，笔者进行了一些思考。

1 人教版教材中有关自由落体运动内容安排的思考

《自由落体运动》是人教版必修1第二章第五节的内容，是在学习完匀变速直线运动规律后的一个具体应用。本节内容涉及到科学方法的认识、模型的建立、规律的应用等相关内容，可以认为是“运动描述”这一知识板块的一个综合，能够较好地体现新课标对“运动描述”内容标准的相关要求，即了解知识产生的背景，了解物理模型的特点和理解匀变速直线运动的规律。本节内容能够培养学生的观察能力和分析概括能力，能够很好地实现新课标的三维目标。但人教版教材将与“自由落体”有关的物理学史和科学方法单独分为一节，在内容上有一种被割裂的感觉。

2 课堂教学中几个环节的几点思考

2.1 影响物体下落快慢的小实验

上课初，教师和学生一起参与的几个小实验有三个效果：增加了师生的互动，活跃了课堂气氛；顺利地切入本节课的内容，起到很好的引题效果；得到影响物体下落快慢的因素，其中阻力是主要因素。

尽管这样引入新课有上述三点好处，但也有一些弊端。笔者认为，这样的实验其实可以不做，如果要做，可以滞后做。理由有三：

①学生在学习本节内容之前，有着与落体运动相关的生活经验，知道物体下落快慢不同的最主要因素是阻力的影响不同。

②在伽利略对自由落体运动的研究分析过程中，也没有提及阻力这一因素。如果我们还原前人的研究历程，同样可以先回避阻力这样的问题。

③有些教师在此实验上花费太多时间，冲淡了本节课的主题。

2.2 探究自由落体运动的性质是否一定要用实验

笔者观察到：由于实验器材不熟悉、动手能力不强等种种因素，学生在做实验求解重力加速度的过程中花费时间较长。使用打点计时器，分析纸带，通过纸带求解速度和加速度是单独的一节实验内容。本节课不应该成为另一个纸带处理的实验课。如果因为该实验冲淡本节课的主题，则会显得主次不分。

3 “我”的简要教学设计

根据以上思考，笔者确定本节课有两个主题：“研究自由落体运动的科学方法”和“自由落体运动的特点”。根据这样的主题，设计了本节课的教学活动。简要摘录如下：

1.课堂引入

笔者在百度词条上将有关自由落体运动的相关信息摘录，形成资料发给学生。资料中包括：自由落体的定义、特征，有关自由落体运动的相关史实和伽利略的抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法等。

创设情境：亚里士多德和伽利略的隔空对话。

问题：图中亚里士多德的“！”和伽利略的“？”“……”以及“！”各是什么含义呢？请查阅资料，解读各种标点符号的含义。

学生阅读资料10分钟，查找相关信息。

2.课堂教学

师：亚里士多德的“！”是什么含义？

生：亚里士多德对物体下落得到一个规律，重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。

师：那伽利略为什么又有“？”呢？

生：那是因为他在思考，他感到困惑。

学生给出资料中伽利略的两个石头下落的假设。教师结合材料给学生讲解归谬法和逻辑推理的知识。

师：那“……”的含义呢？

生：重新研究自由落体运动，寻找规律。

结合资料，师生一起重走伽利略的发现历程：提出假设—数学推理—实验验证—合理外推。在这过程中让学生感悟科学研究的魅力：

①伽利略认为自由落体运动是最简单的匀加速运动。这里体现出科学家从简单到复杂的研究思想和坚信自然遵循简洁美的哲学观点。

②将测速度转化为对位移、时间的测量。感受间接测量的思想和数学的魅力。

③从斜面推广到竖直面，体会外推法的思想。

师：现在知道伽利略“！”的含义了！

生：自由落体运动是匀加速直线运动。

师：自由落体运动是匀加速直线运动，那究竟怎样的运动才称为自由落体运动呢？

给出自由落体运动的定义：自由落体运动就是只在重力作用下由静止开始的匀加速直线运动。

问题：利用我们目前掌握的知识，能不能验证自由落体运动是匀加速直线运动？

引导学生回忆使用打点计时器借助纸带求加速度的方法。

师：你们在验证过程中怎么保证物体做自由落体运动呢？

结合自由落体的定义，分析该实验中的注意事项，师生一起得出：

①打点计时器要竖直放置。

②下面悬挂的重物质量要大，体积要小。

③先开打点计时器，后释放纸带。

师：满足了这些要求，物体就是做自由落体运动吗？

师生一起分析提炼：

①自由落体运动是理想的运动模型。

②实际运动近似成自由落体运动的条件。

师：以下观察到的物体运动是自由落体运动吗？

a.在二楼窗口看到窗外下落的小石子。

b.小铁球入水后的运动。

c.用手抓着物体，以重力加速度竖直向下加速运动。

d.在月球上静止释放的羽毛和小球。

通过物体运动的辨析，强调自由落体运动的“自由”：

①物体开始下落时是静止的，即初速度v=0。如果物体的初速度不为零，就算是竖直下落，也不是自由落体。

②物体下落过程中，除受重力作用外，不再受其他任何外界的作用力。

观看美国宇航员在月球上释放羽毛和小球的视频。

结论：任何物体在相同高度做自由落体运动时，下落时间相同。

演示毛钱管有空气、空气较少和没有空气时羽毛和铜钱的下落情况，引导学生思考影响物体下落快慢的因素。针对众多影响因素，提出相关思考题，为下一章《力》的学习埋下伏笔。

最后，利用类比思想，由初速度为零的匀加速直线运动的规律得出自由落体运动的规律。

4 反 思

对比两种教学设计，笔者认为有三点不同：

①通常的教学设计往往是“做实验—讨论—结论—应用”的教学流程，以实验为引子，讨论为主体，应用为收尾完成课堂教学。本教学设计以史实为基础，以寻“史”为脉络，重点是体会自由落体运动规律发现中的科学思想，理解自由落体运动的内涵。

②在通常的教学设计中，师生互动以实验为根本，强调的是动手能力。讨论过程中的问题往往是从实验现象出发的平行的问题。本教学设计以寻“史”为基本活动，强调的是思维活动，问题往往对应着前人发现自由落体规律的进程，问题是纵向的，对学生的思维刺激度更高。

③通常的教学设计就自由落体运动讲自由落体运动。本教学设计把自由落体运动回归到相关的史实中，能够更好地实现三维目标，更好地发挥教育的功效。

参考文献：

[1]曹文平.对《自由落体运动》教学的思考[J].物理教学探讨，2011，（3）：32.

（栏目编辑 赵保钢）