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漂水第二高级屮学（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z 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 带來了全新的面貌，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屮。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、伽利略的研究方

2、法这是伽利略在研究自由落体运动屮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：观察现彖、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z内化为以下五个环节。二、实验探究的五个环节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垂要。”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，因为有两个方而制约问题的提出。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

3、情境就显得尤 为重要。伽利略对口出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，询问齐种职业的人对“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，既对应了卜面阐述亚里士多徳观点 的合理性，乂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 关于亚里士多徳和伽利略生平事迹的描述引导学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

4、”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耍探究的问题, 不是简单的“轻的物体与重的物体谁下落的快？ ”，而是“彩响物体卜落快慢的 因索究竟有哪些？ ”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素。伽利略对h由落体运动的研究运用归谬法，从逻辑上证明了亚里士多徳观 点是有问题的。而当我们让学生讨论这个问

5、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，学生会捉出许多假设，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屮没有想到的。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

6、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” 活动屮，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，应体现学生的口主性、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

7、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悄况有一定的 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屋计算法则平行四边 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 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

8、，然后判断合力与所夹对 角线的关系。无论是哪种方式，学生实际操作过程屮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，需要通过实验來否定错误的猜想。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z美的深刻冋味。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，