“自由落体运动”教学设计方案

李明姝

一、教学内容与学生分析

自由落体运动是一种理想化模型，在高中物理教学中具有特殊的地位。在知识上它是匀变速直线运动的一个特例，在方法上渗透理想化模型的重要研究方法。在整个必修一教学的安排上，匀变速运动的教学难点在于规律的应用，自由落体运动的新课教学则要向学生介绍用现代先进教学仪器研究自由落体运动的规律特征，有利于学生站在一个现代新科技的角度观望历史人物对自由落体的研究，体会近代物理的先驱伽利略是如何进行研究的--这是向高中学生首次介绍伽利略的物理学研究方法的教育，它在整个高中物理教学中具有特殊重要的意义。

本节通过逻辑推理、实验演示和实验探究，分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使学生对自由落体运动的规律有了更具体和深入的认识。同时加强学生质疑精神、科学推理和科学论证能力的培养。“做一做”栏目让学生利用生活中的器材测量重力加速度。“科学漫步”中伽利略该案与落体运动的研究方法和过程，体现了实验与逻辑推理结合的科学思维方式和研究方法。“STSE”中伽利略的生平体现了科学对社会的作用及两者间的关系。教师在教学中应注意落实这些内容，这对培养学生科学思维、科学探究、科学态度与责任等物理核心素养是由价值的。

对自由落体运动的研究是本节的一个难点，因为它与学生常见的生活中的落体运动并不完全相同，教学要转变学生的已有认识。教科书从亚里士多德观察得到的经验性结论（也是学生脑海中可能有的对落体运动的认识）与伽利略的科学论证结果见的矛盾出发，引发对落体运动的实验探究，发现空气阻力是影响物体下落快慢的因素，进而提出没有空气阻力的理想化模型--自由落体运动。教师在教学中应注意突出这样的科学探究和基于证据的推理论证过程，引导学生转变认识。探究自由落体运动的规律，是对前面所学知识的综合应用。教科书通过实验结合前两节所学的匀变速直线运动的规律，得出自由落体运动的规律并测得重力加速度 g 的大小，进而得出自由落体运动的速度、位移与时间之间的关系。

在学习本节内容前，学生已经学习了匀变速直线运动的相关知识，打点计时器的使用方法以及纸带的处理方法，而自由落體运动作为匀变速直线运动的一个特殊的实例，其基本的研究方法与研究匀变速直线运动的方法是一致的，因此学生在知识上已经具备了接受自由落体运动知识的条件，在此时引入该内容是恰到好处的。但本节课面向的主要的是高一学生，这部分学生已经具备了一定的实际生活经验，通常学生会认为物体越重下落的越快，这种错误的“前概念”直接影响了对本节内容的学习，同时学生的抽象思维比较弱，因此教师需要创设物理情境，通过演示正确合理的实验来创建一定的具体形象模型，从而帮助学生构建正确的自由落体运动的概念，摒弃前概念的干扰。

本节课的内容主要是组织同学们进行探究活动，培养同学们解决实际问题、探究规律的能力，同时对学生进行科学方法和科学思想的教育。

本节课中还包含了大量的实验，通过实验起到培养学生学会研究物理问题方法的作用。

二、任务分解

任务 1：结合实验和生活经验探讨：轻重不同物体下落的快慢？

任务 2：理论探究伽利略逻辑推理的结论

任务 3：演示实验：轻重不同的物体下落快慢的研究

任务 4：实验研究：自由落体运动的规律

任务 5：自由落体加速度

任务 6：归纳总结自由落体运动的规律

任务 7：伽利略对自由落体运动的研究

三、教学活动

任务 1：结合实验和生活经验探讨：轻重不同的物体下落的快慢？

问题情境：

1、观看视频：一位青年奋勇接住一个从 10 层高楼窗口跌出的孩子的视频。

2、[实验一]：一节粉笔，一张小纸片，（粉笔比纸片重），从同一高度释放。

3、[实验二]：取两张大小不同的纸，将小纸片揉成团，从同一高处同时释放。

4、[实验三]：轻重相同两块纸，一张揉成团，从同一高度，同时释放。

教学建议：

思维引导建议：学生对落体运动现象并不陌生，但并没有研究过这种运动的规律，因而对落体运动会存在很多似是而非的看法，教师应鼓励学生充分表达自己的观点和评价别人的观点，同时注意要求学生表达观点和意见的时候要提供证据。

教学活动建议：通过观看视频引入教学内容，引发学生思考;问题 2、3 由学生观察实验后，独立思考后，讨论总结。

任务 2：理论探究伽利略逻辑推理的结论。

问题情境：亚里士多德和伽利略的介绍

教学建议：

思维引导建议：教科书介绍了伽利略利用逻辑推理提出对亚里士多德观点的怀疑，教师可以启发学生自己进行这段推理分析，最后得出自相矛盾的结论来反驳亚里士多德的观点，这样的推理过程在物理研究中是很常见的。

教学活动建议：问题 1、3、4 可以让学生阅读教材，独立思考后回答，教师补充完善;问题 2 可以让学生自行推理分析得出相互矛盾的结论。

任务 3：演示实验：轻重不同的物体下落快慢的研究

问题情境：

介绍伽利略的比萨尔斜塔实验;演示牛顿管实验;介绍 1971 年，美国宇航员斯科特在月球表面上，将一把铁锤和一片羽毛从同一高处同时放下，结果他观察到两个物体同时落“月”。

教学建议：

思维引导建议：通过实验，引导学生得出没有空气阻力的影响，所有物体下落得一样快，与物体的质量无关。这部分教学教师应针对学生可能存在的前概念引导学生利用科学实验和科学推理相结合的方法探究和认识物体现象和规律。

教学活动建议：问题 1、2、3 由学生先观察图片和演示实验，独立思考后回答，其他同学补充;问题 4 学生讨论，然后交流，自己总结结论。