从伽利略对自由落体的研究看实验探究式教学

1、从伽利略对自由落体的研究看实验探究式教学潘学宝江苏省南京市深水第二高级中学（211200）物理是一门以实验为基础的自然学科，实验是科学探究中最重要的环节之 一。基于三维目标的要求，现今高中物理教材中做了很多变化， 其中最突出的变 化就是将过去一些验证性的实验改为探究性的实验。 这种模式不仅给实验课教学 带来了全新的面貌，使之更多地关注学生知识建构的过程， 而且还给教学模式带 来了新的启示，探究式教学模式越来越多的出现在平时的课堂之中。关于这种教学模式基本步骤，有很多描述，我认为自然学科应从科学探究的角度加以分析， 其中伽利略对自由落体的研究过程所创造的科学方法无疑是最值得借鉴的。一、伽利略的研

2、究方法这是伽利略在研究自由落体运动中所创造的一套对近代科学的发展极为有 益的科学方法，它包含五个要素，即：观察现象、提出假设、推导结论、实验验 证、修正推广。基于这五个要素，探究式教学的课堂模式可将之内化为以下五个 环节。二、实验探究的五个环节创设情境、提出问题做出猜想、逻辑分析制定方案、采集数据分析数据得出结论、合理外推1环节一：创设情境许多科学家都说过： “提出一个问题， 比解决一个问题更加重要。 ” 探究式教学活动是基于问题的探究， 而问题来源于生活中对现象的观察。 要让学生通过观察提出问题不是一件简单的事， 因为有两个方面制约问题的提出。 一是学生思维水平的局限性， 往往提出的问题不具

3、备探究的价值。 二是课堂教学内容的指向性，要让问题与最终结论相联系。 因此， 创设能克服以上两方面制约的情境就显得尤为重要。伽利略对自由落体的研究 这节课有两位教师的课堂引入很有特色。 第一位教师让学生带着DV走访商场、理发店等，询问各种职业的人对“轻的物体与重的物体谁落得更快？” 这个问题的判断， 结果是许多被采访的人都认为物体下落快慢的原因由重力决定。 这样的创设方式， 既对应了下面阐述亚里士多德观点的合理性， 又让学生明确了所要探究的问题。 将来源于生活的思考抛给学生， 立刻激起学生探究的兴趣。 第二位教师的创设也很有特点， 他首先用几段未署名的关于亚里士多德和伽利略生平事迹的描述引导学

4、生了解两个引发矛盾的主要人物， 接着播放了一段视频， 其内容是几个学生扮演前面所描述的人物展开关于 “谁落得更快” 的辩论。 这样的引入方式给人以耳目一新的感觉， 其展现出的人文色彩同样激发起学生浓厚的探究兴趣。从这两个案例可以看出， 情境的创设可以是生活中的现象还可以是曾经有过的矛盾冲突，但以学生为主体的呈现方式可以更加明确探究目标和调动学生主动探究的兴趣。在情景引入的最后，教师应与学生一起进一步明确需要探究的问题，不是简单的“轻的物体与重的物体谁下落的快？” ，而是“影响物体下落快慢的因素究竟有哪些？”2. 环节二：提出假设、逻辑推理明确问题后，教师需要引导学生思考，并提出与之有关的可能因

5、素。伽利略对自由落体运动的研究运用归谬法， 从逻辑上证明了亚里士多德观点是有问题的。 而当我们让学生讨论这个问题时， 会有许多假设。 比较典型的有：（ 1）初始速度的快慢（ 2）物体的形状、体积（3）空气对物体运动的阻碍（4）不同的地理位置（高山、平原） 。在这个环节中，学生会提出许多假设，既有合理的假设还会有无关的假设，甚至有些假设是教师在课前设计中没有想到的。 如初速度对下落时间是有直接影响的。再如不同地理位置，高度、纬度对自由落体运动实际是有细微的影响。在对于这些各种假设的出现，教师不应按自己的设计随意地挑选出合理的，因为学生提出的任何一种假设都有其存在的合理性。 这时， 教师的作用应该

6、引导学生进行理性的思考， 摒弃没有价值的假设， 利用逻辑推理的方法， 对所有假设进行分析，挑选出合理的。对于暂时很难探究的，应加以保留，建议课后继续探究。3环节三：制定方案、采集数据“科学探究”不仅是一种教学方式也是一种学习方式。学生在“科学探究”活动中， 要像科学工作者进行科学研究一样， 通过自主的探究活动， 学习物理概念和物理规律， 并在探究和获取知识的同时， 体会科学家研究科学时的探究过程，培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神。在方案的制定过程中，应体现学生的自主性、方案的多样性。在许多的探究课上， 我们看到方案经常是唯一的。 这里有些是因为仪器条件的限制， 有些是因为考虑时间因素

7、等。 不管是什么原因， 如果将学生能够思考的路径限定在一两个道路上，这不应算是一次真正的探究过程。4. 环节四：分析数据探究过程到了这一步，有时会出现草草下结论的现象。我们经常会听到这么一句话：“在实验误差范围内”。这是一种很不严谨的科学态度，它会对学生造成的很不好的影响， 那就是不管实验数据与猜想有多少差距， 一句话就能概括形成的原因。 事实是， 中学课本中的学生实验做出的数据与理想情况有一定的差距，因为仪器本身误差、人为误差等方面的影响，这个差距有时还是很大的。力的分解 这节课最重要的就是通过实验得出矢量计算法则平行四边形定则。课本在这一节中，用了“实验”这个栏目提出探究合力的方法，它最终

8、建议用虚线将合力的箭头端与分力的箭头端连接起来，然后思考能得到什么启示。 还有一种做法是以两个分力为临边作出平行四边形， 然后判断合力与所夹对角线的关系。 无论是哪种方式， 学生实际操作过程中不能将三个力完美的画在一个平行四边形当中。这时，不应匆忙的下结论，而应认真的分析实验误差，如果时间允许应再次试验。有时，需要通过实验来否定错误的猜想。因此，通过数据可以发现问题，从 而指导更加合理的猜想。探究过程就必须重复上面的二、三环节。5. 环节五：得出结论、合理外推伽利略的那个年代是没有办法用实验直接分析自由落体运动的， 所以他是在斜面实验结论的基础上进行合理的外推， 从而得出自由落体是速度随时间均匀变化的运动。 如果说情境的创设激发了学生的兴趣， 那么这时的总结应该再次激起学生对科学之美的深刻回味。三、总结探究式科学教学应该是形式多样、 不拘一格的； 决定一种教学过程是否是探究式科学教学，