第8頁?探究自由落體運動?——實驗探究教學(xué)設(shè)計廣東惠陽高級中學(xué)高中部許開慧【教材分析】現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論認為學(xué)生進入課堂學(xué)習(xí)之前對世界和事物有先入為主的認識，教師的教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生闡發(fā)他們已有的理解，激起新舊知識的矛盾，進行有針對性的教學(xué)。?自由落體運動?是高中物理新課程(粵教版必修1)第二章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了運動學(xué)的知識后編排的，是勻變速直線運動的特例。自由落體運動是自然界中廣泛存在的自由下落運動的理想化模型，是一種典型的勻變速直線運動。為了全面完成各項教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)教學(xué)設(shè)計以實驗探究為主線，充分展現(xiàn)隱含在本節(jié)內(nèi)容中的科學(xué)探究方法和科學(xué)思維方式。因此本節(jié)課是培養(yǎng)學(xué)生思維的研究課，聯(lián)系生活的應(yīng)用課，也是后面課程的知識準(zhǔn)備的墊底課。所以本節(jié)課在本章中具有重要的地位和作用。本節(jié)教學(xué)重點和難點在于如何引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，如何使學(xué)生在科學(xué)探究中掌握科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)科學(xué)研究的能力。本節(jié)課學(xué)生自主實驗探究的活動較多，故采用學(xué)生分組實驗?zāi)Ｊ竭M行課堂活動，以小組為單位進行教師引導(dǎo)下的科學(xué)探究，加強小組同學(xué)間的討論與交流，師生間的相互反響，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的精神。課堂以問題和小組交流貫穿教學(xué)的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力?！緦W(xué)情分析】

1.學(xué)生的知識根底：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了位移、加速度、時間等描述運動的知識；

2.學(xué)生的認識特點：學(xué)生在生活中對于樹葉飄落、雨滴下落等落體運動司空見慣，但不知道落體運動的快慢和位移的規(guī)律。【教學(xué)目標(biāo)】1．知識與技能〔1〕認識自由落體運動，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運動是理想條件下的運動?！?〕能用打點計時器或其他實驗儀器得到相關(guān)的運動軌跡并能主動分析紙帶上記錄位移與時間等運動信息?！?〕初步了解探索自然規(guī)律的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生觀察、概括能力。2．過程與方法通過對落體運動的實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生將形象思維轉(zhuǎn)化為抽象思維的能力，培養(yǎng)學(xué)生概括物理概念、歸納物理規(guī)律的能力。3．情感態(tài)度和價值觀〔1〕通過演示實驗和學(xué)生分組實驗，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生認識自然、主動探究科學(xué)的熱情，并使學(xué)生學(xué)會交流與合作?！?〕調(diào)動學(xué)生積極參與討論的興趣，培養(yǎng)邏輯思維能力以及表達能力?！?〕滲透物理方法的教育，在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型——自由落體?！窘虒W(xué)重點】

探究自由落體運動的過程及自由落體運動的概念。【教學(xué)難點】

物體下落快慢與物體質(zhì)量無關(guān)?！窘虒W(xué)方法】

探究法、討論法、講授法【教學(xué)過程】引入新課：生活中，經(jīng)常會說誰誰反響快，那么怎樣比擬同學(xué)們的反響誰更快呢？進入游戲：測“反響時間〞。課前設(shè)計制作好“測反響時間尺〞，在一約50cm長的尺的一面標(biāo)記上自由下落對應(yīng)長度所用的時間，以一面朝向?qū)W生。引出問題：“一般刻度尺是用來測量什么的？〞學(xué)生習(xí)慣性答復(fù)：測長度。老師手中的這把尺很神奇，它不僅能測量長度，還能測出同學(xué)們的大腦反響時間。采用“比比誰的反響時間短〞的方式調(diào)動學(xué)生積極性。選3～4名學(xué)生上來玩“測反響時間〞的游戲?！矊嶋H教學(xué)效果說明學(xué)生對這一活動非常感興趣，踴躍參與〕設(shè)計說明：在此將教材中的“做一做〞欄目中的“測定反響時間〞改為放在課前引入，目的是通過這一游戲產(chǎn)生“驚奇〞效果，激發(fā)學(xué)生探究的興趣，增強學(xué)生的感性認識，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣，活潑課堂氣氛。教師設(shè)疑：同學(xué)們一定想知道這把尺為什么能測出你的反響時間。它的“奧秘〞與我們今天要認識和研究的一種運動密切相關(guān)。錄像演示：石頭從空中落下；重力使屋檐下的雨滴下落；樹葉從樹上豎直飄落等。觀察并指出以上物理情景中物體相似的運動特點？

教師在學(xué)生表述的根底上總結(jié)：畫面中的物體都是從高處落到地處，這類下落的運動稱為落體運動，這節(jié)課我們一起來研究落體運動是否具有一定的規(guī)律。

設(shè)計說明：從生活中構(gòu)建物理情景或模型，以培養(yǎng)學(xué)生在生活中聯(lián)系物理知識的好習(xí)慣。一．關(guān)于落體運動的思考1．提出問題：落體運動的快慢與什么因素有關(guān)？提示學(xué)生從生活中常見的落體運動舉例。以經(jīng)驗來看輕的物體和重的物體哪個下落得快？直接經(jīng)驗：重得物體下落快──也是歷史上亞里士多德認可的觀點〔簡介亞里士多德〕。學(xué)生小組內(nèi)相互交流對落體運動快慢的經(jīng)驗感受。

設(shè)計說明：此環(huán)節(jié)將對落體運動的研究落實在其運動的快慢上，直接問“輕的物體和重的物體哪個下落得快〞是為了更易進入主題。

2．引導(dǎo)學(xué)生從亞里士多德的觀點進行邏輯推理，得出矛盾。相互矛盾的結(jié)論既是對學(xué)生頭腦中錯誤概念的震撼，也是激發(fā)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的手段，學(xué)生進行邏輯推理，可相互討論，然后小組代表舉手發(fā)言。邏輯推理為后面的研究指明了方向，使學(xué)生明確下一步要解決的問題。

3．組織學(xué)生進行實驗探究

學(xué)生準(zhǔn)備材料：硬幣、紙片。課前要求學(xué)生準(zhǔn)備材料時并沒有告知學(xué)生具體用途，學(xué)生對此充滿好奇，這也從一個側(cè)面調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗：分別用一枚硬幣〔一元的效果不錯〕、兩枚和硬幣大小面積相同的硬紙片、一枚粘有硬紙片的硬幣、一粒小塑料球，一團棉花〔質(zhì)量要比小塑料球的大〕來比擬輕重不同或相同的物體下落快慢。一枚硬幣與一枚與硬幣面積相同的紙片等高同時下落，比擬下落快慢②一枚硬幣與一枚粘有面積相同紙片的硬幣等高同時下落，比擬下落快慢。③將一枚硬紙片團成團，與另一枚大小面積相同的硬紙片等高同時下落，比擬下落快慢。④一粒小塑料球與一大團棉花等高同時下落，比擬下落快慢?？紤]到如果能有與直覺經(jīng)驗完全相反的現(xiàn)象出現(xiàn)，學(xué)生的認識會更明確，故增加了“一粒小塑料球與一大團棉花下落快慢比擬〞的實驗設(shè)計，表達“輕的物體可以比重的物體下落快〞。

設(shè)計說明：學(xué)生實驗過程中教師在各個小組間巡視，收集學(xué)生實驗過程中會出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生在實驗操作時如何創(chuàng)設(shè)實驗條件〔如怎樣保證等高同時釋放等〕；啟發(fā)學(xué)生注意總結(jié)實驗現(xiàn)象中兩物體下落快慢與物體輕重進行關(guān)聯(lián)比擬。

學(xué)生進行實驗與探究：小組成員分工進行實驗操作、觀察記錄，在實驗現(xiàn)象的根底上進行分析、討論，得出本小組的結(jié)論。

分析小節(jié)：①選小組代表描述所觀察的實驗情景及小組的討論。②在學(xué)生探究的根底上教師講解，引導(dǎo)學(xué)生明確，實驗結(jié)果顯示出物體下落快慢與其質(zhì)量沒有必然聯(lián)系。設(shè)計說明：教學(xué)的重心應(yīng)放在精心準(zhǔn)備的語言講解上，歸納、認識、分析、發(fā)現(xiàn)。作出科學(xué)猜測，然后驗證猜測，對學(xué)生進行科學(xué)方法教育，強化學(xué)生對自行探究問題的過程與方法的理解。此處由學(xué)生做結(jié)論是可以的，但學(xué)生的結(jié)論不應(yīng)是最后結(jié)論，最后結(jié)論應(yīng)是教師給出的，以加深學(xué)生的認識。二．探究影響物體下落快慢的因素引問：既然物體下落快慢與其質(zhì)量沒有必然聯(lián)系，實際生活中物體下落快慢不同可能是受什么因素的影響。學(xué)生從實驗現(xiàn)象和生活經(jīng)驗可以猜測到是空氣阻力影響。

教師演示實驗，驗證猜測：牛頓管實驗。〔可考慮用電腦課件，老師同步講解?！骋龑?dǎo)學(xué)生從觀察到的實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。猜測、觀察、思考、理解、體會。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下可以從實驗中得出結(jié)論：物體下落受到空氣阻力的影響。沒有空氣阻力時，物體下落過程中運動快慢與質(zhì)量無關(guān)。

通過牛頓管實驗使學(xué)生認識：〔1〕探究現(xiàn)象背后的實質(zhì)原因必須考慮或排除外界因素干擾?！?〕科學(xué)實驗是科學(xué)探究的有效方法。三．自由落體運動的概念

引問：由于落體運動受到空氣阻力影響，要想研究落體運動就必須排除空氣阻力，那么，如果物體在下落過程中忽略空氣阻力，物體的受力有什么特征。

學(xué)生以原有的力學(xué)根底可以很快答出：忽略空氣阻力，那么物體只受重力作用。

自由落體運動：物體僅在重力作用下，從靜止〔即初速度為零〕開始豎直下落的運動，叫做自由落體運動。

學(xué)生思考，聯(lián)想，答問。概念認識強調(diào)自由落體運動實際上是一種理想條件下的運動，實際生活中物體受到空氣阻力，但一般重力大于空氣阻力。四．學(xué)生自主實驗探究自由落體運動

引問：假設(shè)要研究某種運動規(guī)律，我們可以采用怎樣的方法和器材？回憶前面學(xué)習(xí)打點計時器的使用，學(xué)生可想到：利用打點計時器采用軌跡記錄法研究。

組織學(xué)生分組實驗：利用打點計時器記錄重物的下落過程〔提醒學(xué)生操作考前須知〕。引導(dǎo)學(xué)生思考、討論如何合理利用紙帶記錄的信息作初步分析：

A．軌跡──直線

方向──豎直向下

B．變速──速度越來越大──比擬相等時間內(nèi)發(fā)生的位移。小組實驗、操作、記錄、思考、交流討論。實驗后的思考不在于得出結(jié)論，而是提供學(xué)生進一步探究的思路和實驗過程的分析。有關(guān)結(jié)論在下一節(jié)課探究自由落體運動規(guī)律時會與學(xué)生共同得出。

五．課堂總結(jié)、點評教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比擬黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。

設(shè)計說明：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架?！窘虒W(xué)后記】本節(jié)課從學(xué)生的“測反響時間游戲〞引入，創(chuàng)設(shè)問題情景，建立問題期待，有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機。從生活情景中構(gòu)建物理情景或模型，有利于學(xué)生將所學(xué)的科學(xué)知識與社會，生活實際相聯(lián)系；在教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)歷的實驗探究全過程就是一個學(xué)生充滿興趣和動力去不斷解決問題的過程，學(xué)生從中能體會逐步解決問題的方法，提高解決問題的能力，小組內(nèi)的討論與交流活動能有效的培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力。附：課外閱讀材料〔印發(fā)給學(xué)生〕一、亞里士多德為什么在物理問題中總是出錯──評述亞里士多德的功與過物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不好。他老是出錯，請同學(xué)們講一講，他有哪些錯誤的結(jié)論?！拔矬w下落的快慢是由它的重量決定的，物體越重，下落得越快〞、“力是維持物體運動的原因，用力推車，車才前進，停止用力，車子就要停下來〞。是否覺得亞里士多德實在太不高明，而伽利略那么比他偉大千倍。其實這種看法過于偏激，事實上，亞里士多德是古代的一位偉大思想家，一位百科全書式的大學(xué)問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有著幾乎無所不及的思想成果，是古代科學(xué)思想的偉大代表，不僅在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就至今還被應(yīng)用著，而且對物理學(xué)的前期開展是有奉獻的。①亞里士多德認為，物體永遠在運動變化，“運動是永恒的，不能在一個時候曾經(jīng)存在，在另一個時候不存在〞這種運動永恒的觀點具有唯物主義思想，包含辯證法的因素，至今仍是積極而有價值的。亞里士多德提出的“自然運動〞與“非自然運動〞的理論。其中含有靜止慣性的思想，在遙遠的公元前，已是難能可貴的了。②亞里士多德認為地上的物質(zhì)由土、水、氣、火這四種“根本元素〞組成；企圖從物質(zhì)本身來說明自然，把科學(xué)從宗教與神話中解放出來，這一精神是有進步意義，這是人類幼年時代的思想精粹。③亞里士多德主張大地是球形的，并列出了一些事實來證明。他說，當(dāng)月蝕的時候，其顯明的部份恰帶有球形的形狀……月蝕的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而這就是說，地球外表的球形確定了月球的輪廓：認識到大地是球形，是一個重大的認識飛躍，為后來引力理論的建立作了思想準(zhǔn)備。這樣一位偉大的學(xué)者為什么在物理問題上經(jīng)常出錯？亞里士多德的錯誤不在于頭腦也不全在于時代，而在于研究方法。亞里士多德對物理的研究是采用“觀察加直覺〞的方法，他的那些錯誤結(jié)論是靠觀察，并依賴直接推理，得出一系列直覺結(jié)論。固然，觀察與直覺對物理研究是至關(guān)重要的。詳細的觀察和良好的直覺往往導(dǎo)致偉大的發(fā)現(xiàn)。然而物理學(xué)是一門以實驗為根底的學(xué)科，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺結(jié)論不是都可靠，有時會將人們引入歧途。如果說伽利略比亞里士多德偉大，就在于伽利略是第一位創(chuàng)造通過實驗檢驗理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家．二、伽利略與自由落體亞里士多德的學(xué)說在十六世紀(jì)仍然如日中天，人人都奉為經(jīng)典，沒有人提出任何的疑心。亞里士多德關(guān)于「自由落體」的學(xué)說是：物體自高處自由落下的速度和重量成正比。也就是說，一個十磅重的物體，下墜的速度會比一磅重的物體快十倍。這個學(xué)說在大小的外表上看來，似乎非常的合理，而且人人也都相信學(xué)說的真確性，教授們嚴(yán)肅的把這個學(xué)說教給他們的學(xué)生，學(xué)生們也都敬謹?shù)慕邮苓@個學(xué)說，只有伽利略表示疑心。伽利略曾經(jīng)親眼目睹大小不同的冰雹，同時一起掉落到地。根據(jù)常識判斷，它們似乎是從同一高度一起下墜的，但是按照亞里士多德的學(xué)說，較大的冰雹應(yīng)該先落到地面上，小冰雹在接著掉來，伽利略觀察到的并非如此。他做了許多實驗，覺察亞里士多德的學(xué)說是錯誤的，他決心指出這項錯誤。傳說有一天，他邀請有關(guān)的教授到比塞塔前，拿出一個一百磅的重體，和一個一磅的重體。伽利略問所有的教授們：「假設(shè)這兩個重體同時自塔頂自由落下，結(jié)果如何？」教授們議論紛紛，誰也沒有做過這樣的實驗，沒有人敢預(yù)料結(jié)果如何。以往，他們按亞里斯多德的學(xué)說照本宣科，從來沒有疑心過?，F(xiàn)在，居然有一位二十五歲的青年，提出了要求證據(jù)的疑問。結(jié)果呢？要是兩個重體以非常懸殊的速度墜落地面，教授們可以松一口氣，證明亞里士多德的學(xué)說是正確的，伽利略將被冠上「說謊者」、「攪局者」的罪名。要是兩個重體同時墜落地面？又將如何解釋呢？是揚棄奉行多年的亞里士多德學(xué)說，接受伽利略實驗所證明的事實，還是對伽利略的實驗視假設(shè)無睹？比薩塔的傾斜度可以使墜體不受阻礙，伽利略塔頂大喊：「看清楚了沒有？下來了！」兩個重體砰然而下，小的重體始終和大的重體并行，而且同時落地。這兩個重體的砰然一聲，并不表示亞里士多德的學(xué)說已經(jīng)崩潰。因為這一群教授在不想相信一件真實事物的時候，根本不去看一看、摸一摸，無論如何也不愿意成認亞里士多德的學(xué)說是錯誤的。更荒唐的是他們反而疑心伽利略為了證實速度相同，而在重體內(nèi)隱藏了「魔術(shù)」。三、評述伽利略的科學(xué)研究方法①比薩有座著名的塔，建于1173年。塔高54．6m〔179英尺〕，由于塔基問題，塔身發(fā)生傾斜，那正是理想落體實驗場所。伽利略為了證明他的論斷，他邀請了許多人到斜塔旁觀看，有他的支持者，也有他的反對者。伽利略一