基于科技發展史觀的教學優化

程春暉

摘 要：基于科技發展史觀的教學，會選取學生最親近的技術認知去分析物理現象和規律，同時回顧科學史和展望高科技的未來。

關鍵詞：科技發展;教學優化;自由落體運動

在認識世界的進程中，人類發展科技的常見內在需求有：提高效率、提高感知能力、提高可進化性。當教師以課堂教學形式傳承文明時，既要引導學生體驗前人探究和思考的過程，又要引領學生憑借當今的科技發展成果對同一問題再思考再探究。下面以必修Ⅰ教材中“自由落體運動”的教學為例。

簡要說明下通用的教學設計思路：首先，通過對古老的話題“輕、重物體誰下落得快些”的歸謬，過渡到思考排除空氣阻力的影響，建立自由落體運動的概念;其次，設計實驗，定量驗證對自由落體運動的性質的猜想，并且利用△S=aT2算出加速度約9.8m/s2;最后，回歸生活情景，組織體驗小活動、對“高空墜物”的安全教育，同時對自由落體的基本知識和基本能力進行了鞏固訓練。學生的分組實驗活動安排在下節課，本堂課以思維活動為主，分析實驗的可行性和歸納結論，避免課堂時間捉襟見肘。

一、概念的建立

以生活中“下雨滴水”、“跳傘運動”的圖片引入，引導學生們達成共識為下落運動。并問出下落是否一樣快的問題，自然揭開古老的話題“輕、重物體誰下落得快些？”

教師都會意識到這里有不錯的訓練物理思維的素材、精彩的邏輯推理。這環節常規的教學設計：介紹伽利略的歸謬法。對“什么因素影響物體下落的快慢？”這問題進行猜想，用對比兩個下落物體定性地觀察，排除顏色、質量、體積、形狀等或淺顯或難辨的因素，最終鎖定空氣阻力是影響因素。有些教師為了表現“探究的精神”，故意將空氣阻力因素壓制到最后探究。但新時代的學生“比薩斜塔”小故事耳熟能詳，大多數學生會清楚地直指空氣阻力因素，沒有在其他因素上思辨的意愿。在這花大時間的設計，多會淪落為簡單的表演，不如引導學生盡可能使用科技力量，設計實驗驗證自己的觀點。

推薦環節設計順序：1.用“牛頓毛錢管”實驗，基本消除空氣影響，觀察到接近同時落底。在實驗室抽制真空，這是離學生最近的科技力影響。2.播放在月球上錘子和羽毛同時下落的視頻。在月球上驗證，這借助了當代最有力的科技力影響。3.介紹伽利略的歸謬法。這是學生佩服的智慧力量。4.回歸生活，完成建模。有空氣阻力是常態。降落傘就是利用空氣阻力;如果盡量讓空氣阻力可忽略不計，就是今天學習的物理模型：自由落體運動。

二、實驗驗證自由落體運動的性質的猜想

教材的安排上，學生剛完成勻變速直線運動的規律的學習和使用打點計時器的實驗操作，對小鋼球的下落過程簡單總結為：自由落體運動是勻加速直線運動！最多忘記加上“初速度為零”的前提，驗證實驗自然會選擇使用打點計時器打出一條紙帶，用最直觀的“任意相鄰相等時間間隔的位移之差是恒量”，驗證出猜想。教師該如何用已普及的科技來與學生互動呢？

曾見過，有新教師先同情了下伽利略時代的滴水計時的簡陋，感嘆打點計時器的方便，然后在課堂上做驗證猜想的演示實驗，操作規范讀數準確，最后得到的數據卻讓他手足無措，根本不支持位移之差是恒量。重做實驗，仍然不支持。最后只能說誤差太大，但科學家想辦法減小誤差后得到了準確結果，然后他就把課堂內容繼續下去。這能有說服力嗎？

計時裝置是有代差，但在減少摩擦力方面，紙帶豎直通過限位孔比伽利略用銅球滾下羊皮斜槽高明不了多少。高像素的手機攝像頭的普及，對頻閃照相法沒有理解的障礙，并且近年來傳感器的使用帶來的才是降維打擊的好手段。

推薦環節設計順序：1.播放頻閃錄像，分析頻閃照片。直接計算相鄰位移之差，數據當然支持猜想。還可以將位移和時間的數據輸入Excel，插入“X、Y散點圖”，添加趨勢線，用乘冪線耦合最好，顯示公式得出位移與時間的平方成正比，即s∝t2，與學生學過的初速度為零的勻加速運動規律一致。這是學生最信服的科技力。2.介紹傳感器自動收集位移和時間信息，代替人工測距，然后也是耦合圖象，得s∝t2或V∝t。這設計提高了效率、提高了感知能力，但人工智能包辦太多，學生感覺被動接受，有點敬而遠之。3.介紹伽利略的斜面實驗，在小傾角結論成立的基礎上合理外推，克服了量時工具的簡陋，讓學生體會科學探究的創造性和多樣性。4.預告下節課的用打點計時器研究自由落體運動的實驗內容，讓學生保持探究愿望，同時更深理解物理科學史。

三、回歸生活，提升學科核心素養

把自由落體的加速度大小測出，推出重力加速度的說法后，自由落體運動就成了考查前面所學運動學知識和能力的絕佳的運動模型。有些教師甚至嫌棄初速度為零時公式被簡化，選擇訓練題型就增加難度，往比值、最后一秒、質點掉過窗戶或直桿掉過觀察點等數學關聯問題靠攏，偏離科學本質。

推薦環節設計順序：1.組織小活動“測量反應時間”，簡單易行，對初速度為零以及位移公式h=gt2/2有更深領悟。教師還能解釋我們常以紙帶的第一個點與第二個點之間的距離是否接近2毫米作為“好”紙帶的判斷依據，為下節課做點鋪墊。2.計算一個雞蛋高空墜落的速度，介紹高空墜物的危害和培養安全意識。3.“神探”破案。播放新聞真實事件：有車被高空墜物砸壞，近地下落過程被路旁探頭拍攝到，后來經過警察走訪將肇事者歸案。現在給你一個可以定量分析視頻的軟件，你可不可以鎖定墜物扔出大概樓層。教師和學生互動，經過導入視頻，建立坐標，選取比例尺，逐幀取點，根據數據推算拋出點，最后與新聞結果對照，學生可以獲得成功的喜悅和認同學習的價值。

總之，教師在進行教學設計時，與時俱進地采用匹配學生認知水平的現行科技，優化建模過程和師生思維互動，才能學習過程更親民，更好地促進學生的發展。

參考文獻

[1] 張曉春，張美光.核心素養視角下物理學史的教育價值及其教學策略——以“伽利略對自由落體運動的研究”教學為例[J].中學物理教學參考，47（23）：14-16.

[2]武陽，李興華，鄒佳辰.基于物理核心素養的教學設計優化探索——以“自由落體運動”為例[J].湖南中學物理：84.