一、教材分析
本节内容为人教版普通高中课程标准实验教科书物理必修1第二章第6节《伽利略对自由落体运动的研究》。主要介绍伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思。重在承上启下和对学生进行过程与方法、情感态度与价值观教育。对学习者而言，像科学家那样去思考和探求，才能有所收获。
二、学情分析
学生已经掌握了关于匀变速直线运动的基本规律，但对自由落体运动的理解容易受主观经验的影响，对规律的认识不严谨，不了解前人是怎样得到这些简洁的规律的。
三、教学目标
1.知识与技能：
(1)了解伽利略研究自由落体运动的探究历史。
(2)了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思。
2.过程与方法：
通过伽利略对自由落体运动的研究，体验科学研究的方法。
3.情感态度与价值观：
通过学习伽利略对自由落体运动的研究，培养学生热爱科学，勇于探索，坚持真理的高尚情操。
四、课时安排 1课时
五、教学过程
引入：上一节课，我们研究了自由落体运动，我们只用了一节课就把自由落体运动解决了，但在历史上，人们对自由落体运动的研究经历了很长的时间，后来，伽利略对自由落体运动的研究过程，开创了科学研究的新时代，自由落体实验被评为最美的十大物理实验之一，本节课，我们一起来追寻先哲的足迹，一起来感受一下，当时伽利略是怎么来研究自由落体运动的。
首先，要求学生用8分钟时间阅读课本内容。
板书——《伽利略对自由落体运动的研究》
1.绵延两千年的错误
提出问题：错误为何能绵延两千年？伽利略如何推翻亚里士多德的论断？
亚里士多德认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的。
2.逻辑的力量
师：讲述伽利略利用逻辑推理推翻亚里士多德论断的过程，得出伽利略的论证方法——反证法。
师：既然不是“重物下落的快”，那我们看到“重物下落的快”的原因是什么？
生甲：(因为空气对不同的物体的阻力不相同。生活中，我们无法忽略空气阻力，所以我们看到“重物下落的快”。)
师：如果空气阻力影响比较小的时候，应该是？
生甲：(一样快！)
教师展示比萨斜塔实验的图片
现在实验手段先进了，我们还可以把空气阻力进一步忽略，教师让学生观察牛顿管中羽毛和铁片的下落，比较有空气和空气抽得非常稀薄的两个管中羽毛和铁片运动的区别。
学生观察并得出结论：在阻力可忽略的情况下，重物与轻物应该下落同样快。
师：有没有绝对真空的环境？我们想到了外太空，大家了不了解美国人登上月球以后做的自由落体的实验？
教师现场百度输入“阿波罗自由落体”，并播放视频“阿波罗15号——月球上的自由落体”。
师：这就是实验条件进一步先进之后，我们现在看到的情况。伽利略抓住了物体下落的主要原因，忽略了影响物体下落的次要因素——空气阻力，从而得出了正确的结论。如果说伽利略的研究仅仅停留在这一步的话，我们还没法说他开创了科学研究的新时代，伽利略继续推进，既然物体下落是加速的，基于物体下落的规律应该是简洁的这一认识，他提出：速度变化是均匀的。你怎么看待“速度变化是均匀的”？
生乙：(每秒钟速度的变化是一样的。)
师：那时候秒的概念都不清晰，只可能有大致的时间概念，这是一种说法，速度随时间均匀变化，还有呢？
生丙：(速度随距离均匀变化。)
师：是不是有种种说法？伽利略也想到了这些问题，经过一系列的推理，他想到了速度随距离均匀变化太复杂了，有可能是速度随时间均匀变化。我们要追问，他当时怎样去验证这个东西？追问之前强调两点，一是当时没有严格意义上的运动学的概念，二是没有光电门、秒表之类的仪器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆那么，他是怎么验证的？
3.假设猜想v∝t
师：伽利略设计了怎样的实验？
生丁：(为了延长时间，伽利略做了斜面。)
师：这相当于一个延缓了的自由落体运动，那他怎样验证v∝t？
学生思考后，难以回答。
师：故意难为你们的，伽利略很聪明，在没有任何物理概念的情况下，他经过数学推理得到，如果速度v和时间t成正比，那么，物体经过的位移应该正比于t的平方。这是一种转化的思想。这样转化以后，我们再考虑，实际操作中，我们必须要解决哪些问题？会存在什么困难？给同学们2分钟的思考时间。
4.实验验证
师：谁来说一说，要解决哪些困难？
生戊：(伽利略用斜面来延长物体运动的时间。)
教师展示一个长约2米的斜面
师：时间延长以后，怎样测量时间？那时候又没有秒表。
生戊：(靠水滴，滴一滴水算一个时间节点。)
教师展示滴水装置(输液瓶，下端塑料管口用夹子夹住)，然后将斜面放在桌上，让一小车沿斜面滑下，学生感知下滑时间很短，这段时间大概能滴两三滴水。
师：如果时间刚好在第三滴与第四滴之间，那“半滴”的时间是要忽略掉吗？然后再来一个平方，误差大还是小？肯定比较大。刚有同学说了，可以调节斜面倾角，来延长时间。那还有没有别的办法，把时间延长？
生：(用较长的斜面)
师：对，告诉大家，伽利略做实验的时候，斜面长6米，问题解决了。还要解决哪些困难？告诉大家，你那样滴水，算时间是不准的，别看教材上真写的滴水法。
生己：(每秒从管中流出水的质量是一定的，我们可以测量物体沿斜面下滑过程中，从管中流出水的质量。)(此处应该有表扬)
师：如果处理的好的话，水的流速是恒定的，那就是说：我们要用质量来代替时间。能还是不能？
学生思考后觉得：能
师：我们得出，时间和水的质量成正比。那我们还用“滴水”吗？不用滴水，直接用流水。流出水的质量和时间成正比，这就是伽利略提出的“水钟”。6米长的斜面，用水钟放水，然后用天平测水的质量，当然我们也可以测水的体积。
然后，教师找两名同学上台模拟操作伽利略的实验，体验伽利略的测量过程。学生测量后只得到很少量的水，教师提出了新的问题：怎样减小测量水的质量的误差？
生：(用粗管)
师：粗管虽然流出的水多了，但是不好控制水流的速度，而且另外的影响因素也不好控制了。
学生思考后仍然得不到合理解决方案。
教师进一步启发，最后得到“累积法”。我们在一个位置释放物体，测量十次物体下滑的时间，在另一个位置同样测量十次，只要都是十次，可以用十次的总量来表示时间，再看x是否与t的平方成正比。这样就减小了实验的误差。这个实验伽利略做了几百次。
教师追问：斜面实验的结论是什么？
学生答：1.沿斜面滚下是做匀加速直线运动；2.不同质量不同高度滚下，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的；3.增大倾角，加速度增加。
教师讲，伽利略的实验在当时引起了很大的轰动，因为给了他们全新的视角。老师再发问：斜面实验结论怎样到自由落体？
生庚：(不断增大斜面倾角，最后达到90度，这时候小球做的就是自由落体运动。)
教师接着讲，他用到了极限的思想，外推出了自由落体运动。
为什么说伽利略在文艺复兴基本完成之时，开启了近代科学的序幕？为何有如此高的评价？你怎么想？
生辛：(伽利略提出了速度、加速度等物理学概念；尝试了许多新的逻辑推理的方法；进行了实验。)
教师总结：确立了许多描述运动的基本概念；实验和逻辑推理(包括数学验算)和谐地结合，发展了人类的科学思维方式和研究方法；这就是我们为什么要说他开启了近代科学的序幕，也是我们为什么一定要单独用一节课来研究。回顾伽利略的科学研究方法：研究落体运动→提出假设(v∝t)→逻辑(数学)得出推论()→对推论进行检查(小球在斜面上运动实验)→对假说修正和推广(外推至落体运动)；另外，伽利略对天文领域突破性的理论摧毁了传统“科学”框架的禁锢，打开了科学繁荣的大门；……因此，爱因斯坦这样评价他：“伽利略的发现以及他所应用的科学的方法，标志着物理学的真正开端。”伽利略之前的科学踯躅于泥途荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，人才辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开了。
六、教学设计思路分析
本节课，主要让学生了解科学发展的艰苦、曲折。让学生学习科学家研究问题的科学态度、科学方法和科学精神。通过展现伽利略研究自由落体运动的经过，培养学生坚定、求实的学习态度和严谨、创新的学习精神。重在对学生进行过程与方法、情感态度与价值观教育！
注：本文系2016年度甘肃省“十三五”教育科学规划课题“高中物理自制教具与实验教学研究”， 课题立项号：GS[2016]GHB0347。
(作者单位：甘肃省酒泉中学 735000)
论文作者:折战伟
论文发表刊物:《中学课程辅导●教学研究》2016年10月下
论文发表时间:2017/1/21
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