“自由落體運(yùn)動”教學(xué)設(shè)計方案

李明姝

一、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析

自由落體運(yùn)動是一種理想化模型，在高中物理教學(xué)中具有特殊的地位。在知識上它是勻變速直線運(yùn)動的一個特例，在方法上滲透理想化模型的重要研究方法。在整個必修一教學(xué)的安排上，勻變速運(yùn)動的教學(xué)難點(diǎn)在于規(guī)律的應(yīng)用，自由落體運(yùn)動的新課教學(xué)則要向?qū)W生介紹用現(xiàn)代先進(jìn)教學(xué)儀器研究自由落體運(yùn)動的規(guī)律特征，有利于學(xué)生站在一個現(xiàn)代新科技的角度觀望歷史人物對自由落體的研究，體會近代物理的先驅(qū)伽利略是如何進(jìn)行研究的--這是向高中學(xué)生首次介紹伽利略的物理學(xué)研究方法的教育，它在整個高中物理教學(xué)中具有特殊重要的意義。

本節(jié)通過邏輯推理、實(shí)驗(yàn)演示和實(shí)驗(yàn)探究，分析得出自由落體運(yùn)動的規(guī)律，明確重力加速度的意義，使學(xué)生對自由落體運(yùn)動的規(guī)律有了更具體和深入的認(rèn)識。同時加強(qiáng)學(xué)生質(zhì)疑精神、科學(xué)推理和科學(xué)論證能力的培養(yǎng)。“做一做”欄目讓學(xué)生利用生活中的器材測量重力加速度。“科學(xué)漫步”中伽利略該案與落體運(yùn)動的研究方法和過程，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)與邏輯推理結(jié)合的科學(xué)思維方式和研究方法。“STSE”中伽利略的生平體現(xiàn)了科學(xué)對社會的作用及兩者間的關(guān)系。教師在教學(xué)中應(yīng)注意落實(shí)這些內(nèi)容，這對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)是由價值的。

對自由落體運(yùn)動的研究是本節(jié)的一個難點(diǎn)，因?yàn)樗c學(xué)生常見的生活中的落體運(yùn)動并不完全相同，教學(xué)要轉(zhuǎn)變學(xué)生的已有認(rèn)識。教科書從亞里士多德觀察得到的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論（也是學(xué)生腦海中可能有的對落體運(yùn)動的認(rèn)識）與伽利略的科學(xué)論證結(jié)果見的矛盾出發(fā)，引發(fā)對落體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)空氣阻力是影響物體下落快慢的因素，進(jìn)而提出沒有空氣阻力的理想化模型--自由落體運(yùn)動。教師在教學(xué)中應(yīng)注意突出這樣的科學(xué)探究和基于證據(jù)的推理論證過程，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變認(rèn)識。探究自由落體運(yùn)動的規(guī)律，是對前面所學(xué)知識的綜合應(yīng)用。教科書通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合前兩節(jié)所學(xué)的勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，得出自由落體運(yùn)動的規(guī)律并測得重力加速度 g 的大小，進(jìn)而得出自由落體運(yùn)動的速度、位移與時間之間的關(guān)系。

在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動的相關(guān)知識，打點(diǎn)計時器的使用方法以及紙帶的處理方法，而自由落體運(yùn)動作為勻變速直線運(yùn)動的一個特殊的實(shí)例，其基本的研究方法與研究勻變速直線運(yùn)動的方法是一致的，因此學(xué)生在知識上已經(jīng)具備了接受自由落體運(yùn)動知識的條件，在此時引入該內(nèi)容是恰到好處的。但本節(jié)課面向的主要的是高一學(xué)生，這部分學(xué)生已經(jīng)具備了一定的實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，通常學(xué)生會認(rèn)為物體越重下落的越快，這種錯誤的“前概念”直接影響了對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，同時學(xué)生的抽象思維比較弱，因此教師需要創(chuàng)設(shè)物理情境，通過演示正確合理的實(shí)驗(yàn)來創(chuàng)建一定的具體形象模型，從而幫助學(xué)生構(gòu)建正確的自由落體運(yùn)動的概念，摒棄前概念的干擾。

本節(jié)課的內(nèi)容主要是組織同學(xué)們進(jìn)行探究活動，培養(yǎng)同學(xué)們解決實(shí)際問題、探究規(guī)律的能力，同時對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法和科學(xué)思想的教育。

本節(jié)課中還包含了大量的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)起到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會研究物理問題方法的作用。

二、任務(wù)分解

任務(wù) 1：結(jié)合實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)探討：輕重不同物體下落的快慢？

任務(wù) 2：理論探究伽利略邏輯推理的結(jié)論

任務(wù) 3：演示實(shí)驗(yàn)：輕重不同的物體下落快慢的研究

任務(wù) 4：實(shí)驗(yàn)研究：自由落體運(yùn)動的規(guī)律

任務(wù) 5：自由落體加速度

任務(wù) 6：歸納總結(jié)自由落體運(yùn)動的規(guī)律

任務(wù) 7：伽利略對自由落體運(yùn)動的研究

三、教學(xué)活動

任務(wù) 1：結(jié)合實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)探討：輕重不同的物體下落的快慢？

問題情境：

1、觀看視頻：一位青年奮勇接住一個從 10 層高樓窗口跌出的孩子的視頻。

2、[實(shí)驗(yàn)一]：一節(jié)粉筆，一張小紙片，（粉筆比紙片重），從同一高度釋放。

3、[實(shí)驗(yàn)二]：取兩張大小不同的紙，將小紙片揉成團(tuán)，從同一高處同時釋放。

4、[實(shí)驗(yàn)三]：輕重相同兩塊紙，一張揉成團(tuán)，從同一高度，同時釋放。

教學(xué)建議：

思維引導(dǎo)建議：學(xué)生對落體運(yùn)動現(xiàn)象并不陌生，但并沒有研究過這種運(yùn)動的規(guī)律，因而對落體運(yùn)動會存在很多似是而非的看法，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)和評價別人的觀點(diǎn)，同時注意要求學(xué)生表達(dá)觀點(diǎn)和意見的時候要提供證據(jù)。

教學(xué)活動建議：通過觀看視頻引入教學(xué)內(nèi)容，引發(fā)學(xué)生思考;問題 2、3 由學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)后，獨(dú)立思考后，討論總結(jié)。

任務(wù) 2：理論探究伽利略邏輯推理的結(jié)論。

問題情境：亞里士多德和伽利略的介紹

教學(xué)建議：

思維引導(dǎo)建議：教科書介紹了伽利略利用邏輯推理提出對亞里士多德觀點(diǎn)的懷疑，教師可以啟發(fā)學(xué)生自己進(jìn)行這段推理分析，最后得出自相矛盾的結(jié)論來反駁亞里士多德的觀點(diǎn)，這樣的推理過程在物理研究中是很常見的。

教學(xué)活動建議：問題 1、3、4 可以讓學(xué)生閱讀教材，獨(dú)立思考后回答，教師補(bǔ)充完善;問題 2 可以讓學(xué)生自行推理分析得出相互矛盾的結(jié)論。

任務(wù) 3：演示實(shí)驗(yàn)：輕重不同的物體下落快慢的研究

問題情境：

介紹伽利略的比薩爾斜塔實(shí)驗(yàn);演示牛頓管實(shí)驗(yàn);介紹 1971 年，美國宇航員斯科特在月球表面上，將一把鐵錘和一片羽毛從同一高處同時放下，結(jié)果他觀察到兩個物體同時落“月”。

教學(xué)建議：

思維引導(dǎo)建議：通過實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生得出沒有空氣阻力的影響，所有物體下落得一樣快，與物體的質(zhì)量無關(guān)。這部分教學(xué)教師應(yīng)針對學(xué)生可能存在的前概念引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理相結(jié)合的方法探究和認(rèn)識物體現(xiàn)象和規(guī)律。

教學(xué)活動建議：問題 1、2、3 由學(xué)生先觀察圖片和演示實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立思考后回答，其他同學(xué)補(bǔ)充;問題 4 學(xué)生討論，然后交流，自己總結(jié)結(jié)論。