伽利略对自由落体运动的研究教学设计

发表时间:2019/5/13   来源:《知识-力量》2019年8月26期   作者:郑阳民
[导读] 学生在初中阶段并没有学过相关知识,但是学生在前面知识的学习中已经学习了自由落体运动的定义和利用打点计时器打出的纸带来验证“自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动”这几个问题,作为教材中的新内容,本节课着重是对于学生科学精神,理性思维能力的培养,进而培养学生们的物理学科素养。
(福建省泉州市德化县第一中学)

 
         学情分析:
         学生在初中阶段并没有学过相关知识,但是学生在前面知识的学习中已经学习了自由落体运动的定义和利用打点计时器打出的纸带来验证“自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动”这几个问题,作为教材中的新内容,本节课着重是对于学生科学精神,理性思维能力的培养,进而培养学生们的物理学科素养。
         教学目标:
         知识与能力:了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法;了解伽利略对自由落体运动的探究历史。领会伽利略的科学思想。
         过程与方法:在了解伽利略对自由落体运动的研究方法,感悟科学探究的方法;进而培养学生的科学态度;培养学生的推理能力。
         情感态度与价值观:通过本节课的学习,培养学生敢于挑战权威,善于思考的精神品质;在体会科学研究艰辛过程中,培养学生勇于创新、坚持实践、坚持真理的科学态度。
         教学重点、难点:如何通过重现重大发现的历史过程,让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验,学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。以及如何在此过程中引导学生进行科学的猜想和推理。
         教学过程:
         导入新课:名言导入“求知识人类的本性,没有一个人能全面把握真理——亚里士多德。”简单给小学生介绍亚里士多德(结合历史学科):是集古希腊科学文化知识之大成的百科全书式的学者。他为很多科学门类奠定了基础,特别是哲学方面。在近代科学产生之前,许多科学问题都是以亚里士多德的理论为依据。
         知识点一:绵延两千多年的错误
         回顾旧知识,创设情境:
         结合教材,自主学习1:了解历史的错误:关于下落物体运动快慢之前的认识。回答问题:问什么会有这样错误的认识呢?(没有看到实物的本质,思考不够深入,从众心理)
         教师指出:我们知道,纸张比石头下落得慢是由于空气阻力的影响,但使人误以为“重物比轻物下落得快”。这正是统治了两千多年的亚里士多德的观点。
         教师:大家回忆一下,初中有篇课文《两个铁球同时着地》,有谁能描述故事的主要内容?运用上节课知识如何解释同时着地?

         教师:但是,当时还不知自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动,所以不能用此公式。那伽利略是如何指出亚里士多德的错误,建立自己的观点呢?
         知识点二:逻辑的力量
         自主学习2:伽利略的逻辑推理。给学生提供相关的课外阅读资料,增加感性认识,辅助理性思考。
         回答问题:1、亚里士多德对于自由落体运动的观点是什么?
         2、伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的?
         先假设亚里士多德的观点是对的。则设大石头下落的速度为8,小石头下落的速度为4,捆在一起,大石头被小石头拖着会变慢,系统速度应小于8;但总重量比大石头还重,故系统速度应小于8,自相矛盾。
         知识点三:猜想与假说
         伽利略在否定了亚里士多德的观点之后,他要进一步研究自由落体运动的规律,猜想可以是解决问题的开端,猜测也是一种科学的方法。对此,伽利略又是怎样进行科学研究的呢?
         问题探究:伽利略在实验中遇到了哪些困难,他又是怎样克服这些困难呢?(伽利略的伟大在于他率先采用实验检验猜想和假设的科学方法。而他之前的科学问题,总是通过思辨性的论战来决定。补充教材中爱因斯坦的话)
         知识点四:实验论证
         物理学科本身是一门依据实验、需要实验论证的学科。而伽利略在这方面开辟了先河。实验验证是检验理论正确与否的唯一标准。任何猜想和假设只有通过实验的证明之后才能够成为理论,但是需要注意的是实验是一定条件下的验证,与我们的实际生活还是或多或少有距离。
         实验方案设计:引导学生结合前面的猜想和所学知识,请学生以小组为单位开展研讨,怎样开展实验验证前面的猜想?引导学生注意结合当时的实验条件进行思考。
         实验验证:
         教师巡视。并将全班分成四个小组,用磁控电子秒表,并介绍其用法。借此说明伽利略做此实验的仔细程度,对学生适当进行思想教育。最终实验图如右图:
         小车上固定一个磁铁。第一个磁控开关置于小车起始运动的位置,第二个磁控开关置于平板中央。小车一开始运动就作用于第一个磁控开关,使秒表开始计时,经过第二个磁控开关,秒表停止计时,并显示小车从静止运动到第二个磁控开关的时间t1,量出两磁控开关之间的距离s1。
         改变第二个磁控开关的位置,重复上述实验(注意保持小车开始运动的位置和第一磁控开关位置始终不变),得出相应的t2s2t3s3……。并将记如下面表格比较s/t2是否相等;或建立s-t2坐标系如下:

         总结:伽利略遇到的困难和解决方案
         困难一:当时条件无法准确测量瞬时速度
         解决方案:改为测量位移和时间之间的关系(也就是做从静止到匀加速直线运动物体的运动过程)
         困难二:因条件所限,当时没有准确的计时工具
         解决方案:做“冲淡重力”的斜面实验
         伽利略的科学方法总结:对相关现象的一般观察到提出自己的假设;从假设到运用逻辑关系进行推论;由推论到用可操作实验进行检验,最后对于假设进行修正和推广活动与探究。
         本课小结:
         通过教师结合本节课学习内容,给学生提供相关的资料,创设有利于学生自主学习和探究性学习的情境,引导学生在教材的引领下知晓伽利略对于落体的研究,在此基础上学习伽利略观察和思考的科学方法,使学生学会在物理学科学习中理性的思维,科学进行探究,最后培养学生们的科学品质。
 
 
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