通过“体验”落实三维目标

【关键词】高中物理;实验教学;科学探究;自由落体运动

【中图分类号】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2015）46-0062-02

【作者简介】柏培斌，南京市天印高级中学（南京，211100）教师。

重视过程与方法、情感态度与价值观的教育，培养学生的科学探究意识与能力，是新课程改革的重要内容。为此人教版高中物理教材必修1中特地将“伽利略对自由落体运动的研究”这一节，单列到“匀变速直线运动的研究”的章节最后，目的是让学生科学探究，促成自己的思考。

但在实际教学过程中，教师往往会将教学目标异化为对伽利略科学方法的记忆，完全忽视了前人的探索过程、情感态度与价值观教育。在一次物理学科交流会上，笔者有幸观摩了一节课，感触颇深。教者以“体验”为特征的教学设计，让学生真正沿着伽利略的研究足迹，完成了一次科学探究之旅。

一、体验历史的错误存在的可能性与合理性

学生在学习完自由落体运动后，会从直观上觉得，错误的论断能够延续达两千年之久，是因为亚里士多德的愚钝。而事实上，亚里士多德作为希腊古典文化的集大成者，被马克思和恩格斯誉为“古代世界最伟大的百科全书”。学生对亚里士多德科学地位的误判，会影响到其感受伽利略科学思想的伟大。于是，教师在教学中设计了这样两种教学活动：

一是以视频采访的形式，对不同年龄、不同学历、不同职业的人，就“轻与重两个物体，哪个下落更快”进行针对性采访。并对视频内容加以剪辑，在课堂上播放，时长大约3分钟。

二是事前利用家长会时间，限时就“轻与重两个物体，哪个下落更快”，对家长设计几个关联性问题，进行问卷统计，然后将问卷统计的结果在课堂上展示。

不论哪种方式，绝大多数人还是普遍认为“质量大的物体下落快”。他们中绝大多数在上中学时，也已经学习过这个内容，但直觉与生活经验还是不自觉地替代了科学思维。所以要让学生真正突破这一点，需要想办法用别人的惯性思维，来纠正其潜意识中存在的错误。

二、体验伽利略实验的巧妙与准确

首先，伽利略凭着敏锐的科学直觉，猜测到在自由落体运动中，速度的增加应该是均匀的。在速度是随时间均匀增加，还是随位移均匀增加的判断中，伽利略通过进一步的数学分析，认为速度极有可能跟时间成正比。为了克服测量的困难，将证明“v∝t”，巧妙转化为证明“x∝t2”，此乃伽利略实验的巧妙之一。

在当时滴水计时的条件下，如何较为准确地完成测量的任务，显然是一件极为困难的事情。伽利略巧妙地想出了“冲淡”重力的实验策略，并有效地完成了测量任务。对此，教材仅用了一幅图来进行辅助解释说明，并给出了结论：在斜面倾角一定的情况下，小球做匀加速直线运动的加速度相等。这种蜻蜓点水式的处理，使学生缺少真正的感知，不能体会到实验的困难。强硬地让学生接受知识，既无趣，也无效。

教师如果能在课堂上，想办法提供实验平台，让学生通过自己真实的实验体验和过程思考，来感悟实验策略，体会伽利略的伟大，课堂的学习生态就会大为改善。为此，教学中设计了这样一系列的实验。

【实验一】

教师先简单说明滴水计时的大概方法，让学生了解当时的实验技术条件，然后再给每个学生发一个数字秒表，简要说明使用方法，让学生感受到计时方法的革新。接着，教师现场演示小钢球的自由下落，并让学生同步记录小球的下落时间。事实表明，虽然数字秒表相对于滴水计时要先进很多，但学生根本无法正常记录小球的下落时间。面对实验困难，学生此时就自然联想到“冲淡重力”这一实验策略的必要性，真实地感受到伽利略的实验智慧。

【实验二】

教师用电脑动画自制一个等时滴水的工具，用水滴下落的滴数作为计时单位。用两根约一米长的铁棒，并排捆绑在一起作为导轨，倾斜一个较小的角度放置，然后进行分组实验。在分组实验中，教师策略性地分组，不同的实验小组可以用不同大小、不同材质的小球，放置在不同倾角的斜面上。教师用倒计时口令的方式，提示学生释放小球，并在各小组学生的相互配合下，记录第一滴水、第二滴水、第三滴水、第四滴水下落时小球在斜面上的位置，从而较为简要地验证“x∝t2”是否成立。

通过这个实验，不仅可以让学生真实地认识到位移跟运动时间的平方成正比的规律。还可以验证，在同一斜面倾角下，大小与质量不同的小球，运动的加速度相同，斜面的倾角越大，小球运动的加速度也越大。

最后，教师再结合教材实验插图，说明伽利略为了减小实验误差，在当时的科学条件下，所进行的精妙设计：在木板上刻出一指宽的、直且平滑的槽，使用的轨道长度达到约7米之长，并在抛光处理后，铺上羊皮纸。实验选用的黄铜球坚硬而光滑。伽利略不厌其烦地实验，实验次数达到上百次之多。在得到相同结论后，又将倾斜角外推到90°的情况。

学生在亲自实验的感知中，在古今实验条件的对比下，真正感受到了伽利略的严谨、智慧，以及过人的直觉与自信。在实验中，还体现了诸多的实验方法，如转换测量、等效替代、控制调节、重复实验等。该过程把实验验证和数学推理和谐结合，形成了一套完整有效的科学研究方法。

这样的教学安排，让学生在课堂上，不再是直接听，而是在自我体验与思考中，让过程与方法、情感态度与价值观，潜移默化地自然渗透。学生的实验技能、科学探究的热情也一定会提升一个台阶。

三、体验伽利略科学方法的核心

伽利略的科学方法是值得我们用心去学习和实践的。其核心是实验与逻辑推理的和谐结合。

如何让学生很好地感悟，可以做出如下的台阶式课堂设计：1.质疑“重的物体下落得快”的观点;2.得到“若没有空气阻力，轻重物体的下落一样快”的结论;3.从大胆的实验猜想，到精妙的实验验证;4.从斜面上的运动到自由落体运动。

在常态的教学实践中，很多教师包括教者本人对这一节教材的认识和处理，会觉得很空泛、无趣。教师没有用心去感知、挖掘教材，没有真正站在新课程理念的高度上，去认识和理解教材本意，当然也就产生不了灵动的教学设计。在本次教学观摩中，笔者完全将自己换位成学生，在开课教师的教学台阶和教学载体的逐步引导下，用了短短的45分钟时间，真实地感受了一次科学史的穿越，有了科学探究的冲动和自信，对伽利略其人，心生敬仰。

从课堂上学生的表情与思维状态看，现场听课的教师普遍感觉到，这样的教学设计，促成了教师、学生、教材的融合与共鸣，教学的三维目标实实在在生了根。究其原因，在于教师在每一个教学要点上，都用心地设计了“体验平台”和“思维的绳索”，课堂上真正体现了学生的主体地位。优良的课堂生态，让教师的引导、学生的探究，显得非常的从容和真实。教授完这节课，相信从教师的角度，也会再次感受到教材编写者的用心和高明，可以说这节教材内容，真正拉开了学生科学探究的序曲，值得重视和回味。