基于科技发展史观的教学优化

程春晖

摘 要：基于科技发展史观的教学，会选取学生最亲近的技术认知去分析物理现象和规律，同时回顾科学史和展望高科技的未来。

关键词：科技发展;教学优化;自由落体运动

在认识世界的进程中，人类发展科技的常见内在需求有：提高效率、提高感知能力、提高可进化性。当教师以课堂教学形式传承文明时，既要引导学生体验前人探究和思考的过程，又要引领学生凭借当今的科技发展成果对同一问题再思考再探究。下面以必修Ⅰ教材中“自由落体运动”的教学为例。

简要说明下通用的教学设计思路：首先，通过对古老的话题“轻、重物体谁下落得快些”的归谬，过渡到思考排除空气阻力的影响，建立自由落体运动的概念;其次，设计实验，定量验证对自由落体运动的性质的猜想，并且利用△S=aT2算出加速度约9.8m/s2;最后，回归生活情景，组织体验小活动、对“高空坠物”的安全教育，同时对自由落体的基本知识和基本能力进行了巩固训练。学生的分组实验活动安排在下节课，本堂课以思维活动为主，分析实验的可行性和归纳结论，避免课堂时间捉襟见肘。

一、概念的建立

以生活中“下雨滴水”、“跳伞运动”的图片引入，引导学生们达成共识为下落运动。并问出下落是否一样快的问题，自然揭开古老的话题“轻、重物体谁下落得快些？”

教师都会意识到这里有不错的训练物理思维的素材、精彩的逻辑推理。这环节常规的教学设计：介绍伽利略的归谬法。对“什么因素影响物体下落的快慢？”这问题进行猜想，用对比两个下落物体定性地观察，排除颜色、质量、体积、形状等或浅显或难辨的因素，最终锁定空气阻力是影响因素。有些教师为了表现“探究的精神”，故意将空气阻力因素压制到最后探究。但新时代的学生“比萨斜塔”小故事耳熟能详，大多数学生会清楚地直指空气阻力因素，没有在其他因素上思辨的意愿。在这花大时间的设计，多会沦落为简单的表演，不如引导学生尽可能使用科技力量，设计实验验证自己的观点。

推荐环节设计顺序：1.用“牛顿毛钱管”实验，基本消除空气影响，观察到接近同时落底。在实验室抽制真空，这是离学生最近的科技力影响。2.播放在月球上锤子和羽毛同时下落的视频。在月球上验证，这借助了当代最有力的科技力影响。3.介绍伽利略的归谬法。这是学生佩服的智慧力量。4.回归生活，完成建模。有空气阻力是常态。降落伞就是利用空气阻力;如果尽量让空气阻力可忽略不计，就是今天学习的物理模型：自由落体运动。

二、实验验证自由落体运动的性质的猜想

教材的安排上，学生刚完成匀变速直线运动的规律的学习和使用打点计时器的实验操作，对小钢球的下落过程简单总结为：自由落体运动是匀加速直线运动！最多忘记加上“初速度为零”的前提，验证实验自然会选择使用打点计时器打出一条纸带，用最直观的“任意相邻相等时间间隔的位移之差是恒量”，验证出猜想。教师该如何用已普及的科技来与学生互动呢？

曾见过，有新教师先同情了下伽利略时代的滴水计时的简陋，感叹打点计时器的方便，然后在课堂上做验证猜想的演示实验，操作规范读数准确，最后得到的数据却让他手足无措，根本不支持位移之差是恒量。重做实验，仍然不支持。最后只能说误差太大，但科学家想办法减小误差后得到了准确结果，然后他就把课堂内容继续下去。这能有说服力吗？

计时装置是有代差，但在减少摩擦力方面，纸带竖直通过限位孔比伽利略用铜球滚下羊皮斜槽高明不了多少。高像素的手机摄像头的普及，对频闪照相法没有理解的障碍，并且近年来传感器的使用带来的才是降维打击的好手段。

推荐环节设计顺序：1.播放频闪录像，分析频闪照片。直接计算相邻位移之差，数据当然支持猜想。还可以将位移和时间的数据输入Excel，插入“X、Y散点图”，添加趋势线，用乘幂线耦合最好，显示公式得出位移与时间的平方成正比，即s∝t2，与学生学过的初速度为零的匀加速运动规律一致。这是学生最信服的科技力。2.介绍传感器自动收集位移和时间信息，代替人工测距，然后也是耦合图象，得s∝t2或V∝t。这设计提高了效率、提高了感知能力，但人工智能包办太多，学生感觉被动接受，有点敬而远之。3.介绍伽利略的斜面实验，在小倾角结论成立的基础上合理外推，克服了量时工具的简陋，让学生体会科学探究的创造性和多样性。4.預告下节课的用打点计时器研究自由落体运动的实验内容，让学生保持探究愿望，同时更深理解物理科学史。

三、回归生活，提升学科核心素养

把自由落体的加速度大小测出，推出重力加速度的说法后，自由落体运动就成了考查前面所学运动学知识和能力的绝佳的运动模型。有些教师甚至嫌弃初速度为零时公式被简化，选择训练题型就增加难度，往比值、最后一秒、质点掉过窗户或直杆掉过观察点等数学关联问题靠拢，偏离科学本质。

推荐环节设计顺序：1.组织小活动“测量反应时间”，简单易行，对初速度为零以及位移公式h=gt2/2有更深领悟。教师还能解释我们常以纸带的第一个点与第二个点之间的距离是否接近2毫米作为“好”纸带的判断依据，为下节课做点铺垫。2.计算一个鸡蛋高空坠落的速度，介绍高空坠物的危害和培养安全意识。3.“神探”破案。播放新闻真实事件：有车被高空坠物砸坏，近地下落过程被路旁探头拍摄到，后来经过警察走访将肇事者归案。现在给你一个可以定量分析视频的软件，你可不可以锁定坠物扔出大概楼层。教师和学生互动，经过导入视频，建立坐标，选取比例尺，逐帧取点，根据数据推算抛出点，最后与新闻结果对照，学生可以获得成功的喜悦和认同学习的价值。

总之，教师在进行教学设计时，与时俱进地采用匹配学生认知水平的现行科技，优化建模过程和师生思维互动，才能学习过程更亲民，更好地促进学生的发展。

参考文献

[1] 张晓春，张美光.核心素养视角下物理学史的教育价值及其教学策略——以“伽利略对自由落体运动的研究”教学为例[J].中学物理教学参考，47（23）：14-16.

[2]武阳，李兴华，邹佳辰.基于物理核心素养的教学设计优化探索——以“自由落体运动”为例[J].湖南中学物理：84.