例談在高中物理教學中進行物理學史的教育

摘要：高中物理教學除了要向學生傳授物理學的基本知識之外，還要以發展學生的科學探究能力以及培養學生的科學精神為目標。在以往的物理教材中，物理學大師們做出的重要發現的歷史過程，即他們的探索歷程、獨特的思路、認識的飛躍和十分有效的方法，往往被干干凈凈地濾掉了。這種狀況對于全面實現物理教育的目標，培養創新型人才是十分不利的。

關鍵詞：高中物理；教學；教育

在物理教學中進行物理學史教育，可以使學生感受到物理學大師們用有效的方法一步一步地揭示出物理奧秘時的那種科學創造的激動，并受到科學研究方法和科學精神的熏陶。以下就以人教版必修一《自由落體運動》一節內容的教學為例，談一談如何在高中物理教學中進行物理學史的教育。

對于這一節課的教學設計思想主要體現在以下幾個方面：

1. 通過物理學史教育，滲透對學生科學方法的教育。伽利略創建了研究自然規律的科學方法——抽象思維，數學推導和科學實驗相結合的方法，在其后的幾百年里，物理學逐漸發展為科學知識與科學方法相結合的自認科學。因此在物理教學中指導學生學習科學知識的同時，應當重視科學方法教育。自由落體運動這節課中有兩段體現了對學生進行科學方法教育，一是物體下落的快慢不是由它們的輕重決定的；二是自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

2. 對學生滲透人文教育。教師指導學生閱讀伽利略對落體運動的研究，還可以閱讀伽利略的傳記，學習他盡管身處逆境卻始終不屈不撓的探求真理的精神。同時還要正確評價亞里士多德在科學發展史上的地位。

3. 體現新課程的教育理念。在這節課的活動設計環節充分體現出新課程標準中提出的三維教學目標——知識與技能，過程與方法，情感態度和價值觀，并且將其巧妙地融為一體。

教學過程

[引入]首先，我們來研究這樣兩個問題：

（1）在現實生活中，不同物體的落體運動，下落的快慢相同嗎？

（2）重的物體一定下落得快嗎？

[演示實驗]①讓一張紙袋與小硬幣同時自由下落，可看到什么現象？

②把剛才的紙袋揉成團，和小鋼球由靜止同時下落。

提問：為什么會出現這種現象呢？（這是因為空氣的阻力的影響。把紙袋揉成團，所受空氣的阻力要比紙袋所受空氣的阻力小得多，所以與小鋼球幾乎同時落地。）如果把不同的物體放在真空的環境下研究它們下落的快慢，情況又是怎樣的？

講解：古希臘學者亞里士多德認為物體下落的快慢是由它們的重量決定的。這一錯誤的論斷一直被人們奉為經典。原因是理論基礎的錯誤，以及對現象的不全面歸納（把單因素的重力作用和兩種因素的重力和阻力作用的混同）。意大利的科學家伽利略有一個很巧妙的推理：假設重的物體下落的快，那么大石頭要比小石頭下落的快。把兩塊石頭用繩子拴在一起下落，大的就會被小的拖著減慢，整體比大的單獨下落要慢。可是兩塊石頭加起來比大石頭還要重，由此我們得出的結論是：重的物體下落的反而更慢。可見結論與假設相矛盾。

（此環節的設計突出了物理學史教育中的科學方法的教育，其中對于伽利略落體運動的研究方法應給與重點介紹）

自由落體運動

1. 定義：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動。

說明：如果空氣阻力的作用比較小，可以忽略，物體下落也可以近似的看作自由落體運動。

[提問引入]前面我們已經接觸過勻速直線運動，變速直線運動和勻變速直線運動，大家猜想一下自由落體運動屬于哪一種運動呢？下面我們就來研究一下自由落體運動的運動性質。

[演示實驗]用打點計時器測量物體下落的加速度。

[多媒體演示]小球下落的頻閃照片，以及其速度隨時間的變化規律。

分析：從小球的速度隨時間的變化規律我們可以判斷，自由落體運動是初速度為 0 的勻加速直線運動。

講解：在歷史上伽利略沒有沿著亞里士多德的方法，而是從運動的基本特征量——加速度和速度出發，把運動分為勻速運動和變速運動.他選擇了最簡單的運動來表示落體運動，伽利略對勻加速運動給出了兩種假設定義：一是速度與下落的距離成正比；二是速度與運動時間成正比。

2. 自由落體運動的性質：初速度為0，加速度為g的勻加速直線運動。

講解：伽利略斜面實驗。

由于落體下落的很快，當時的計時工具還很落后，伽利略采用了面來“沖淡”重力。他讓銅球沿著阻力很小的斜面滾下，而小球在斜面上運動的加速度要比豎直下落小得多，所用時間延長，所以容易測量。經過上百次的實驗，結果表明小球沿斜面滾下的運動是勻加速直線運動，換用不同的小球加速度都是相同的。由此伽利略將上述結果合理外推，當斜面傾角增大到90度不就是自由落體運動了嗎？

伽利略的科學研究方法：對現象的一般觀察，提出假設，運用邏輯，實驗檢驗，對假說進行修正和推廣。（此環節滲透物理學史的內容，教育功能顯著）

這節課我們學習了對自由落體運動和規律的認識和理解。首先大家要注意自由落體運動實際上是物體從靜止開始的只受重力作用的勻加速直線運動，加速度為g。自由落體運動實際上是一個理想化的模型，但是在現實生活中有很多落體運動可以看成是自由落體運動，研究自由落體運動有普遍的意義。

參考文獻：

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作者簡介：

夏杰，江蘇省南京市，南京市臨江高級中學。