云南省玉溪市峨山縣第一中學 陳 明

科學的本質在于探索，科學的生命在于創(chuàng)新。物理學史在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造素質方面具有獨特的功能。物理學史上幾乎每個重大的發(fā)現表明，創(chuàng)造性思維活動起始于對困難或問題的認識，而善于提出問題，總是對事物、現象或已有的理論的懷疑開始。為了培養(yǎng)學生提出科學問題的能力，在物理教學中，完全有必要用物理學史上的精彩事例，培養(yǎng)學生獨立思考的能力，提高善于提出科學問題的能力。具體教學實施方案如下。

一、教學目標

知識與技能∶了解伽利略對自由落體運動的研究思路和方法;學習伽利略的思想和精神，培養(yǎng)敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度和科學精神。提高學習興趣，培養(yǎng)合作精神。

過程與方法∶經歷伽利略對自由落體運動的研究方法，感悟科學探究的方法；親身經歷探究的過程，嘗試探究的方法，提高實驗的技能，培養(yǎng)主動參與、勤于動手的學習習慣。

情感態(tài)度與價值觀∶激發(fā)了學生學習伽利略敢于向權威挑戰(zhàn)，善于觀察思考，知難而進的優(yōu)秀品質;培養(yǎng)學生耐心細致的意志品質，創(chuàng)新思想和互相協作的精神。

二、教學重點

了解探索過程，明確探索的步驟，同時了解實驗及科學的思維方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學習方法。

三、教學難點

觀察－思考－推理－猜想－驗證” 是本節(jié)的重點思路，也是培養(yǎng)良好思維習慣的重要參考

四、教學過程

師：上節(jié)課我們學習了一種理想的運動模型：自由落體運動。大家都知道，落體運動是非常常見的，但就這樣一個常見的運動，人類對它的認識經歷了差不多兩千年的時間才變得清晰起來。這究竟是怎么回事呢？在人類歷史上，最早研究運動問題的要算古希臘學者亞里士多德了。亞里士多德通過觀察推斷：物體下落快慢由它們的質量決定。他的這一推斷符合人們的常識，以至于其后兩千年里，大家都奉為經典。但到了16世紀末，意大利比薩大學的青年學者伽利略對亞里士多德的論斷產生了懷疑，用自己方法證明了亞里士多德觀點的錯誤并且得出了落體運動的規(guī)律。下面我們就隨著伽利略的思想一起體驗他的探究過程。

（1）伽利略的思考

師：伽利略通過自己的觀察對亞里士多德的觀點產生了懷疑，并通過邏輯推理讓亞里士多德的觀點自相矛盾。你能做到用亞里士多德的觀點證明亞里士多德觀點的錯誤嗎？

伽利略發(fā)現亞里士多德的觀點有自相矛盾的地方。根據亞里士多德的理論，一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭下落速度大。假定大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當我們把這兩塊石頭拴在一起時，下落快的會被下落慢的拖著而減慢，下落慢的會被下落快的拖著而加快，結果，整個系統(tǒng)的下落速度應該介于8和4之間。但從另一個角度講，兩塊石頭拴在一起，加起來比大石頭還要重，因此整個系統(tǒng)的速度應該大于8，由同一理論得到的結論相互矛盾， 從而使亞里士多德的理論陷入困境。

補充：“兩種新科學的對話”一書中寫道：

薩爾維阿諦（伽氏）：如果把兩個自然速率不同的物體綁在一起，那么落得快的物體會被落得慢的物體拖著而減速，落得慢的物體會被落得快的物體拖著而加速，你同意嗎？

辛普利丘（亞氏）：沒有疑問，你說得對。

伽氏：但是，如果這是對的，那么我們取一塊大石頭，例如它的下落速率為八，再取一塊小石頭，下落速率為四，將它們栓在一起，整個系統(tǒng)的下落速率應該小于八；但是，兩塊石頭栓在一起，要比速率為八的石頭重。因此可以得出，重物體比輕物體的運動速率要小的結論，這個結論剛好和你的推測相反。

亞氏：我完全被搞糊涂了，……說實在的，這完全超出了我的理解力……。

（2）伽利略的猜想

先問問學生會作怎樣的猜想。

伽利略認為，重物與輕物應該下落得同樣快。他猜想落體運動應該是一種最簡單的變速運動，物體的速度應該是均勻變化的。但是，速度的變化怎樣才算是均勻的呢？他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對時間來說是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v與x成正比。

數學推理 伽利略通過數學運算得出：如果v與x成正比，將會得到十分復雜的結論；如果v與t成正比，它通過的位移x就與t2成正比。

要點注意：伽利略是先猜想速度與時間成正比，然后數學推導出位移與時間的平方成正比的，然后通過難數學推導的結論證明速度與時間成正比的?！百だ酝ㄟ^實驗得到位移與時間的平方成正比的結論”是錯誤的。

（3）實驗驗證

為了便于測量時間，伽利略設法用斜面做實驗。他在木制斜槽上蒙上羊皮紙，讓銅球從光滑的羊皮斜槽上滾下，通過上百次對不同質量的小球沿不同傾角的光滑斜面越大的定量研究，發(fā)現小球沿光滑斜面運動時通過的位移x確實與t2成正比，小球的運動是勻變速直線運動，且傾角一定不同小球的加速度一定，傾角越大加速度越大。

（4）合理外推

伽利略將他在斜面實驗中得出的結論做了合理的外推：設想斜面的傾角越接近900，小球沿斜面滾下的運動就越接近于自由落體運動；當斜面的傾角達到900時，小球就做自由落體運動。從而，自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動，且所有物體自由下落時的加速度都相同。

然后是伽利略的科學方法

伽利略對運動的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法，或者說給出了科學研究過程的基本要素。

伽利略科學方法的核心是把和邏輯推理（包括數學推演）和諧地結合起來，從而有力地推進了人類科學認識的發(fā)展。

五、總結

物理學史在教學中滲透具有重大的意義，但同時也存在一些問題。首先物理學史是一門獨立的學科，有其自身的研究方法和結構體系。若要將科學史與科學教學有機結合起來，首先要求我們樹立正確的科學觀。不僅要重視“個人的科學”“公開的科學”“技術的科學”更要重視“歷史的科學”。同時，在教學中滲透物理學史我們要注意適當性。在教學設計的時候要把握好度，不能因為引入物理學史而沖淡教學的重要的內容。