“自由落体运动”教学的三条纠偏途径

魏荣荣

“自由落体运动”是匀变速直线运动的典型实例，是研究平抛运动的基础，也是探究机械能守恒定律的经典模型。在实际教学过程中，有些教师将这一部分的教学重点设置为：探究影响物体下落快慢的因素，探究重力加速度的大小。其目的是体现循序渐进的科学探究过程，活跃课堂气氛，体现学生的主体地位。但在实际教学中容易导致课堂导入的偏浅、实验重心的偏轨、核心素养培养的偏航等问题。本文结合一节“自由落体运动”的同课异构教研活动，分析课堂教学的“偏航现象”及其纠偏途径。

1.告别“偏浅”的教学导入，回归理性思维的引导

在本课的教学中，有些教师采用物体下落的生活实例作为课堂导入。教师演示三个实验：让一粒石子和一根羽毛同时从同一高度下落；让两张相同纸片（一张揉成一团、一张摊开）同时从同一高度下落；让一个小球和一个纸团同时从同一高度下落。演示实验结束后，让学生大胆猜想是什么因素影响物体下落的速度。

教师这样导入的目的，一方面是体现由直观实验获得抽象的物理概念的科学探究过程，另一方面意在引导学生说出亚里士多德的观点（重的物体下落得快），进而引出伽利略对亚里士多德观点的反驳。但实际情况是，学生异口同声地说有空气阻力的影响，课堂并没有达到预设结果。

笔者认为，以教材中关于自由落体运动的物理学史导入课堂会更有效。教材中一段科学史材料可以直接作为导入材料：“早在两千年以前，亚里士多德认为重的物体下落得快……伽利略认为，重的物体与轻的物体应该下落得一样快。”

这样导入的优势在于：导入物理学史符合高一学生的认知与思维规律，有利于学生思维能力的发展；淡化物体下落时空气阻力的影响，抓住了主要因素，有利于学生构建自由落体运动的理想模型；以故事的形式呈现，有利于学生了解物理概念和理论的发展过程，加深对物理概念及规律的理解。

2.告别“偏轨”的实验重心，回归实验探究的目标

在本课的教学中，有些教师用实验来探究重力加速度的大小，实验过程为：学生先进行重锤自由落体的分组实验（见图1），然后手动计算纸带上各个点的瞬时速度，并在白纸上描绘出瞬时速度与时间（v-t）的图像，最后计算出直线的斜率。然而，在实际操作中手动画图和计算误差非常大，整个计算过程烦琐且耗费时间长，导致课堂进度难以把控，影响教学目标的完成。

（图1）

因此，笔者认为，可以利用信息技术测量重力加速度，这样不仅能提高教学效率、激发学生兴趣，还能节约时间。可将实验重点落在以下两个方面：一是实验操作——为了满足自由落体运动的条件，我们如何减小物体下落时阻力的影响；二是实验目标——探讨在同一地点，自由落体运动的重力加速度是否与物体的质量有关。详细过程如下。

【探究1】先让学生分组讨论：重锤下落过程会受到哪些阻力以及如何减小阻力。学生得出减小阻力的方法有：（1）选用质量大、密度大的重物，以减小空气阻力；（2）安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力；（3）释放纸带时，纸带要处于竖直状态，以减小摩擦阻力。然后教师演示实验。

【探究2】教材中的《做一做》栏目——使用智能手机测量自由落体加速度的值：两名学生分别让一个手机和另一个绑有金属块的同款手机自由下落，手机屏幕上显示出相同大小的重力加速度，这说明物体下落快慢与其质量无关。引导学生认识到相对于重力，空气阻力的影响可忽略不计。

教学手段的现代化是提高课堂效率、增加课堂容量的有效途径。多媒体教学的直观、新颖可以激发学生的学习兴趣，促进学生认知水平的提高，开拓学生的视野。在教学中要明确实验探究的目标，忽略次要因素，才能避免实验重心的偏离。

3.告别“偏航”的素养培养，回归新教材的教学要求

在本课教学中，有些教师以影响物体下落快慢的因素和探究重力加速度作为教学重点，貌似内容循序渐进，在过程中培养学生的动手能力，实则增加了学生机械计算的负担，影响了学生的学习兴趣，使课堂偏离了对学生物理核心素养的培养。如何在物理教学中有效培养学生的物理核心素养？最好的途径就是研究教材。高中统编教材的一大亮点便是增加了《科学漫步》《STSE》等内容。这些内容涉及现代科技、科学理论、物理学史等方面，有利于开拓学生的眼界，培养学生的物理核心素养。

本节课的《科学漫步》介绍了伽利略对自由落体运动的研究历程和研究方法。《STSE》则讲述了伽利略一生的成就和他不迷信权威、敢于质疑和探索、坚持用实验来验证真理的可贵精神。因此，在探究自由落体规律的环节，我们的教学设计可安排为：让学生自主阅读《科学漫步》的内容，思考伽利略研究自由落体运动时，为什么设计的实验是检验x∝t2而不是检验v∝t？由于物体下落很快，没有计时工具，伽利略采用了什么实验？通过这一系列的问题设计，让学生亲身体会伽利略探究自由落体运动的艰辛历程，感悟科学家进行科学研究时的那份执着与坚定。