创新实验科学探究——《自由落体运动》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）

2014 年9 月，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，为此特借贵刊一角，对由新疆克拉玛依市高级中学李学礼老师执教的一等奖课例《自由落体运动》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：游戏激趣，设问引入

师：请学生上来玩一个小游戏。这是一把漂亮的尺子，谁能抓住就送给他。

（手指与尺子底端平齐，虎口朝大家，尺子自由下落，未抓到）

师：像这种落体运动在生活中很常见，比如羽毛的下落、苹果的下落。大家仔细观察过物体的下落吗？不同物体下落运动有何不同？

点评：教师通过抓尺子的游戏，让学生对自由落体有一个感性体验，通过游戏的趣味性激发学生的积极性。在游戏的基础上，教师引导学生了解生活中的落体运动，紧接着设问“大家仔细观察过物体的下落吗？不同物体下落运动有何不同？”从而引发学生对物体下落运动及规律的关注和思考。

片段二：采访展示，实验验证

（播放采访视频）

学生街头采访市民，“有一个苹果和一个山楂，从相同高度静止释放，谁先落地？”多数市民回答苹果先落地，因为重的物体下落快。

师：多数市民认为重的物体下落快。其实早在公元前4 世纪，亚里士多德就提出了这个观点，你认为他的观点正确吗？下面同学们就利用我们课桌上提供的实验器材验证一下，请大家动手实验、动嘴展示。

组1：亚里士多德的观点不正确。将一个铁块和一个纸团从相同高度静止释放，它们几乎同时落地，说明物体下落的快慢与质量无关。

……

点评：在这一教学环节，教师先播放学生在街头就轻重物体下落快慢问题采访市民的视频，向我们展示了生活中人们潜意识里对轻重物体下落快慢的错误认识。接着联系物理学史，引出亚里士多德对此的看法。通过设问，“你认为他的观点正确吗？”让学生带着问题设计实验进行验证。而且学生通过铁块与纸团下落几乎同时落地等实验，事实证明了亚里士多德的观点是错误的。该环节教师恰当地将学生街头采访的视频素材和物理学史结合起来，通过古今对比，说明人们对轻重物体下落快慢的认识极易陷入认知误区，同时引导学生设计实验科学求证，培养了学生的设计意识和科学精神。

片段三：思辨实验，双重反驳

师：对于亚里士多德的观点，实际上早在16 世纪，著名的科学家伽利略就进行了反驳。

师：首先是思辨反驳：假设重的物体比轻的物体下落快。有两个物体（M>m），M、m 下落速度分别为8m/s 和4m/s，若将M、m 捆在一起，它们将以什么速度下落？

生：以>8m/s 的速度下落。因为将M、m 捆在一起后其总质量比M 大，所以下落速度>8m/s。

师：同学们觉得他说得对不对？

生：对。

师：有没有不同的看法？

生：我觉得是以<8m/s 的速度下落。因为将M、m 捆在一起，m由于下落慢会拖住M，而M 下落快会拉扯m，所以其速度应该4m/s

师：同学们觉得他说得有没有道理？

生：有道理。

师：那现在同样一种情景条件下却推出两种自相矛盾的结论，说明假设怎么样？

生：不成立。

师：除了思辨反驳，接下来我们再来看伽利略进行的实验反驳，这就是著名的比萨斜塔实验。

（多媒体呈现实验图片，辅之语言说明）

点评：在学生对亚里士多德的观点进行实验反驳后，教师适时引入物理学史，引导学生分别从思辨和实验两个维度重温了伽利略对亚里士多德观点的经典反驳。在此过程中，通过推论思辨，学生明确了平时我们司空见惯、通过经验得来的结论未必可靠，通过假设法我们可以进行推理反驳。在此基础上，为了增强科学性，我们还必须通过科学实验进行验证，才能令人信服。在整个教学过程中，教师非常注重思想方法的引领，从经验法、假设法到实验法，让学生重温了科学家的经典探究历程，增强了科学意识和方法素养。

片段四：创新实验，探究规律

师：请问物体所做的只受重力、初速度为零的自由落体运动是什么性质的运动？

生：加速直线运动。

师：是匀加速还是变加速？

生：匀加速。

师：猜想完了，下面该干什么？

生：设计实验进行验证。

（教师利用特制尺子——黑白等距相间“光栅式”刻度尺自由下落，利用时间传感器测量各段遮光时间，数据处理后利用计算机描出v-t 图像和x-t 图像）

师：科学结论应该通过大量、反复试验来得出，由于课堂时间有限我们只做一次。

师：由v-t 图像和x-t 图像说明刚才尺子的运动是什么运动？

生：匀加速直线运动。

师：v-t 图像的什么代表加速度？

生：斜率。

师：大家通过图像求出加速度，看看是多少？

（引导学生看教材上不同地区g 数值表，寻找规律）

……

点评：针对学生对于自由落体运动性质的猜想，教师设计了一个创新演示实验。即利用特制尺子——黑白等距相间“光栅式”刻度尺自由下落，通过传感器测量各段遮光时间，进行数据处理后利用计算机描出v-t 图像和x-t 图像。进而通过图像寻找物理规律，求出加速度的数值，最后再通过教材不同地区g 数值表探寻g 随地球纬度的变化规律。整个教学过程中，实验的创新设计是一大亮点。教师自制了一把特殊的尺子——黑白等距相间“光栅式”刻度尺，这种设计的作用在于能够很好地利用其黑白相间的特点，交替遮光，可以通过传感器测出尺子在自由下落过程中每段黑色遮光时间的变化，又由于间距相等，所以可以得到某一遮光时间具体对应通过传感器的尺子位移，从而得出x-t 图像。同时，又可以转换得到每段黑色下落通过传感器的平均速度，从而得出v-t 图像。这就为后面学生研究、探寻自由落体运动的性质和g 值的大小奠定了良好的基础。

片段五：前后呼应留下余味

师：刚才我们上课时做了一个“抓尺子”的小游戏，大家联系我们学习的物理知识想一想，为什么刚才这位同学抓不住尺子呢？

生：尺子下落时间太短，而人需要一个反应时间。

师：同学们想不想知道自己的反应时间？

生：想。

师：我们可以用这把新的尺子来测量，这把尺子是怎么做成的？老师送给同学们在课后进行研究。

师：最后，送给同学们一首诗：

物体从空自由下，

轻重没有快慢差；

你我一个加速度，

共同享受9.8。

点评：在本课结尾部分，教师通过设问重新回到“抓尺子”游戏上来，形成课堂教学的前后呼应。并且通过新的尺子让学生研究其测量人体反应时间的原理，给学生留下后续探究的空间。而“物体从空自由下，轻重没有快慢差；你我一个加速度，共同享受9.8。”的学科诗句则凝练地归纳总结了本节课内容，形式新颖、朗朗上口、言简意赅、留有余味。