基金項(xiàng)目：本文系江蘇省“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題“‘分層設(shè)計(jì)分步遞進(jìn)分類(lèi)評(píng)價(jià)’課堂教學(xué)模式研究 ”（課題編號(hào)：B/2021/02/123）及2022年度揚(yáng)州市規(guī)劃課題“‘三新’背景下在高中物理教學(xué)中滲透德育的研究與實(shí)踐”（課題編號(hào)：2022/P/217）的成果之一。

摘" 要：從物理學(xué)史中

可以看到很多科學(xué)家做研究時(shí)采用的重要的方法、做出的智慧的選擇、持有的積極的信念與寶貴的精神等，本文就以“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”這一段物理學(xué)史為例對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：

伽利略；自由落體；學(xué)科素養(yǎng)；核心價(jià)值

1" 引言

高中物理課堂講得最多的就是物理概念、物理規(guī)律等，物理學(xué)史往往講得不多，而且有時(shí)講物理學(xué)史只是用來(lái)增加物理課堂的趣味性。其實(shí)物理學(xué)史中有很多“學(xué)科價(jià)值”值得挖掘。以人教版高中物理必修第一冊(cè)“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的“科學(xué)漫步”欄目中介紹的伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究為例，［1］雖然這一段文字將伽利略的研究過(guò)程做了高度地“濃縮”，但我們?nèi)匀荒軌驈闹蓄I(lǐng)略到伽利略“做研究”的卓爾不凡，他的研究過(guò)程有很多值得我們學(xué)習(xí)借鑒的地方。教師在講授“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)時(shí)，有必要將伽利略的研究過(guò)程介紹給學(xué)生，并啟發(fā)學(xué)生領(lǐng)悟伽利略做研究的成功之處。

2" 向伽利略學(xué)習(xí)“方法”

生活中的“落體運(yùn)動(dòng)”比較多見(jiàn)，亞里士多德等先哲通過(guò)日常觀察，總結(jié)得出了“重的物體比輕的物體下落得快”這一結(jié)論。這一結(jié)論在亞里士多德那個(gè)時(shí)代算是比較“先進(jìn)”的觀念了。畢竟亞里士多德能夠通過(guò)大量觀察總結(jié)出一個(gè)相對(duì)“適用”的結(jié)論來(lái)解釋當(dāng)時(shí)人們觀察到的日?，F(xiàn)象。但隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步、研究的深入，有些在過(guò)去“適用”“正確”的結(jié)論顯露出了不適性，亞里士多德研究“落體運(yùn)動(dòng)”得出的結(jié)論就是其中之一。

那么對(duì)于“落體運(yùn)動(dòng)”，伽利略是怎么做研究的呢？伽利略的過(guò)人之處就在于，他不是僅憑“觀察”就下結(jié)論，而是在觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)一步做“邏輯推理”，即以亞里士多德“重的物體比輕的物體下落得快”為前提，加以論證，推出相互矛盾的結(jié)論，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)前提假設(shè)存在問(wèn)題。而要消除這種矛盾只有一種可能，即“重的物體與輕的物體應(yīng)該下落得同樣快”。得出這個(gè)結(jié)論后，伽利略并未就此止步，而是進(jìn)一步做了實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)自己的結(jié)論。伽利略這種“推理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的方法在當(dāng)時(shí)是一個(gè)“創(chuàng)舉”，是人類(lèi)科學(xué)研究方法的發(fā)展。愛(ài)因斯坦認(rèn)為伽利略的科學(xué)推理方法是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端。

教師介紹完伽利略的研究方法之后就可以啟發(fā)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)、日后研究的過(guò)程中要注意運(yùn)用此方法。往小的方面說(shuō)，要啟發(fā)學(xué)生在解決物理問(wèn)題時(shí)，不能僅僅憑感覺(jué)去下結(jié)論，而應(yīng)該有著嚴(yán)格的邏輯推理，有理有據(jù)地解決問(wèn)題，必要的時(shí)候還需要親自做實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行求證。往大的方面講，要啟發(fā)學(xué)生在日后從事專(zhuān)業(yè)研究的時(shí)候，借鑒此方法，規(guī)范自己的研究過(guò)程，這樣利于取得科學(xué)研究成果。

3" 向伽利略學(xué)習(xí)“轉(zhuǎn)念”

伽利略決定通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，遇到了很多困難。首

要的困難就是當(dāng)時(shí)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的概念還沒(méi)完全建立起來(lái)。伽利略沒(méi)有因此退縮，而是積極“轉(zhuǎn)念”?！凹热粵](méi)有現(xiàn)成的概念，那就自己建立概念好了……”，于是，伽利略建立了“速度”“加速度”等描述運(yùn)動(dòng)所需的概念。當(dāng)伽利略建立起概念著手做實(shí)驗(yàn)時(shí)，他又遇到了“測(cè)量速度”的困難，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有測(cè)量瞬時(shí)速度的儀器。伽利略也沒(méi)有放棄，他“轉(zhuǎn)念”通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算得出結(jié)論：如果物體的初速度為0，而且速度隨時(shí)間的變化是均勻的， 即速度正比于時(shí)間， 它通過(guò)的位移就與所用時(shí)間的二次方成正比。這樣，只要測(cè)出物體通過(guò)不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)物體的速度是否隨時(shí)間均勻變化，而位移是比較容易測(cè)量的。接下來(lái)的困難就是如何更加準(zhǔn)確地“測(cè)量時(shí)間”，當(dāng)時(shí)的人們只能靠滴水計(jì)時(shí)，而自由落體運(yùn)動(dòng)又太快，用滴水計(jì)時(shí)誤差太大。怎么辦呢？伽利略繼續(xù)“轉(zhuǎn)念”：既然自由落體運(yùn)動(dòng)太快，沒(méi)法準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間，那能不能把運(yùn)動(dòng)放慢，即延長(zhǎng)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間呢？如此一想，伽利略就將研究對(duì)象從物體的自由落體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成小球在斜面上的加速運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，

就能夠相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)量被“延長(zhǎng)”后的時(shí)間了。就這樣，伽利略做了很多次實(shí)驗(yàn)，最后得出小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)的確是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。然而小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)畢竟不是自由落體運(yùn)動(dòng)，又如何得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律呢？伽利略又華麗“轉(zhuǎn)念”：將斜面的傾角逐漸增大到90°不就是自由落體運(yùn)動(dòng)了嗎？就這樣，伽利略最終成功地得出了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

從伽利略的研究過(guò)程我們可以發(fā)現(xiàn)，偉人在遇到困難之后并沒(méi)有選擇輕易放棄，而是不斷地“轉(zhuǎn)念”，積極樂(lè)觀地將困難不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終取得巨大成功。因此，教師可以啟發(fā)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過(guò)程中，遇到困難，不要因畏難而輕易放棄，也可以像伽利略那樣，不斷地積極“轉(zhuǎn)念”，也許轉(zhuǎn)換一下思想、切換一下視角、變通一下方法就可以解決問(wèn)題了。例如，在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，遇到多個(gè)研究對(duì)象問(wèn)題，選擇其中一個(gè)研究對(duì)象解決不了時(shí)，那就“轉(zhuǎn)換研究對(duì)象”去解決；遇到多過(guò)程問(wèn)題，選擇某個(gè)過(guò)程解決不了，那就“轉(zhuǎn)換研究過(guò)程”去解決；遇到選擇常用的參考系解決問(wèn)題太麻煩，那就“轉(zhuǎn)換參考系”去解決；遇到選擇一般方法解決問(wèn)題太復(fù)雜，那就“轉(zhuǎn)換研究方法”去解決；等等。

總之，教師可以借助伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的例子給學(xué)生種下一顆積極“轉(zhuǎn)念”的種子，培養(yǎng)學(xué)生“轉(zhuǎn)念”的意識(shí)。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能學(xué)得更加靈活，將來(lái)在工作、生活中也不易遇事“鉆牛角尖”，而是保持積極健康的情感狀態(tài)，能夠靈活地根據(jù)當(dāng)下所處環(huán)境和已有條件，選擇更加有效、智慧的解決方案。

4" 向伽利略學(xué)習(xí)“信念”

伽利略在剛打算通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，還不知道該從何做起，但他有個(gè)堅(jiān)定的信念，即自然規(guī)律一定是簡(jiǎn)潔明了的。在這個(gè)信念的指引下，他猜想落體運(yùn)動(dòng)一定是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，而最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，它的速度應(yīng)該是均勻變化的。就是“自然規(guī)律一定是簡(jiǎn)潔明了的”這樣的一個(gè)信念幫助伽利略打開(kāi)了實(shí)驗(yàn)研究的“突破口”。

物理學(xué)史上很多偉大的科學(xué)家在做研究的過(guò)程中都受到一些“信念”的指引。例如，在奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”后，法拉第在“自然對(duì)稱(chēng)”的信念指引下，發(fā)現(xiàn)了“磁生電”。此外，法拉第還在“自然力統(tǒng)一”的信念指引下，努力尋找電磁場(chǎng)與物質(zhì)、電磁能與機(jī)械能之間可能的相互影響，并試圖提供統(tǒng)一的解釋。他還曾經(jīng)尋找過(guò)電與光、磁與光之間的種種聯(lián)系，雖然有一些想法在當(dāng)時(shí)沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的研究成果，但后來(lái)都被麥克斯韋等科學(xué)家證實(shí)。

其實(shí)，從古至今很多科學(xué)家都是在“統(tǒng)一”信念的指引下做著各種研究，從而能將原本孤立、零散的一些現(xiàn)象和理論不斷地進(jìn)行整合、統(tǒng)一。例如，愛(ài)因斯坦在20世紀(jì)20年代的時(shí)候就曾研究過(guò)“大統(tǒng)一理論”，試圖將自然界中的四種相互作用都統(tǒng)一起來(lái)；20世紀(jì)60年代有科學(xué)家用弱電統(tǒng)一理論把弱相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一起來(lái)了；后來(lái)科學(xué)家們又提出了弦理論，以期將自然界的基本粒子和四種相互作用都統(tǒng)一起來(lái)。至今，仍有一大批科學(xué)家在孜孜不倦地研究著“大統(tǒng)一理論”。

人這一生會(huì)受到各種各樣信念的影響，只是很多時(shí)候它對(duì)人的影響是比較隱性的，以至于日常生活中我們都意識(shí)不到它對(duì)我們一言一行所起的作用。但“信念就是力量”，而且這種力量可以成為人生源源不斷的“動(dòng)力”，但若用不好也會(huì)變成人生的“阻力”。所以，教師在日常教學(xué)活動(dòng)中要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建良好的、積極的、正向的信念系統(tǒng)，去除有害的、消極的、限制性的信念。例如，學(xué)生學(xué)習(xí)物理常見(jiàn)的限制性信念就是“物理難學(xué)”“學(xué)習(xí)無(wú)趣”等，因此教師在物理教學(xué)時(shí)就要多做物理實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)借助相關(guān)圖片、視頻等增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)的趣味性，讓學(xué)生真切地感受到物理是有趣的，而且是非常實(shí)用的。教師也要多關(guān)注學(xué)生日常的物理學(xué)習(xí)狀態(tài)和心理狀態(tài)，及時(shí)幫助學(xué)生克服物理學(xué)習(xí)中遇到的困難等，讓學(xué)生感受到就算遇到困難也不用害怕。此外，教師自身要對(duì)物理教學(xué)工作充滿熱情，

并在上課的時(shí)候傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生能感受到學(xué)習(xí)的快樂(lè)。這樣就可以潛移默化地幫助學(xué)生建立起“物理有趣”“學(xué)習(xí)快樂(lè)”“遇到困難不用怕”等積極的信念。長(zhǎng)遠(yuǎn)一點(diǎn)來(lái)講，若學(xué)生在日后的工作、生活中都能始終保持良好的、積極的、正向的信念，那他的工作一定更容易出彩，生活一定更加精彩。

5" 向伽利略學(xué)習(xí)“精神”

伽利略在

研究自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出的很多精神也值得我們學(xué)習(xí)。比如他“挑戰(zhàn)權(quán)威、堅(jiān)持真理”的精神，面對(duì)古希臘學(xué)者亞里士多德的研究結(jié)果，他沒(méi)有選擇盲目相信，而是敢于質(zhì)疑，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威人物，只為“堅(jiān)持真理”。這種勇敢堅(jiān)持真理的精神實(shí)在難能可貴！再比如他“不怕困難、堅(jiān)持不懈”的精神，我們現(xiàn)在回頭看這個(gè)實(shí)驗(yàn)，短短幾百字就講述完畢，而實(shí)際上除了我們列舉出來(lái)的幾個(gè)典型困難外，伽利略在數(shù)百次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一定還遇到了各種各樣、大大小小的困難，可能有來(lái)自實(shí)驗(yàn)本身的、來(lái)自家庭的、來(lái)自外界壓力的、來(lái)自自己身體的，等等。在偉人眼里，這些困難都不足以阻擋他們科學(xué)研究的道路！又如他“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是”的精神，他沒(méi)有僅憑觀察下結(jié)論，也沒(méi)有僅憑邏輯推理下結(jié)論，更沒(méi)有僅憑猜想下結(jié)論；而是在觀察、邏輯推理、猜想之后又通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行求證。而且他做了大量實(shí)驗(yàn)：選擇不同質(zhì)量的小球、選擇從不同高度釋放小球、選擇不同的斜面傾角，等等。由于滴水計(jì)時(shí)測(cè)量時(shí)間不夠精確，伽利略沒(méi)有將就地測(cè)自由落體的時(shí)間，而是選擇將運(yùn)動(dòng)“放慢”來(lái)減小測(cè)量誤差。這些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)無(wú)不體現(xiàn)了伽利略“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是”的治學(xué)態(tài)度。

“挑戰(zhàn)權(quán)威、堅(jiān)持真理”“不怕困難、堅(jiān)持不懈”“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是”等，這些精神大家耳熟能詳，也經(jīng)常作為口號(hào)來(lái)進(jìn)行宣傳，但要真正做到確實(shí)不那么容易。反過(guò)來(lái)想，正是因?yàn)檫@些精神難以做到，所以我們更要加強(qiáng)對(duì)這方面的宣傳教育，但要注意不能僅僅停留在口頭上。教師可以引導(dǎo)學(xué)生從一些小事做起，逐步習(xí)得這些精神。例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)階段，教師、課本、教參等就是“權(quán)威”，教師要鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑。尤其是當(dāng)學(xué)生質(zhì)疑教師時(shí)，教師要允許并鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑。就算學(xué)生的質(zhì)疑有誤，教師也不要批評(píng)指責(zé)，而要一方面更正學(xué)生的錯(cuò)誤，一方面肯定學(xué)生勇于質(zhì)疑的精神。這種精神再升華一下就是“挑戰(zhàn)權(quán)威、堅(jiān)持真理”的精神。再如，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中一定會(huì)遇到大大小小的困難，當(dāng)學(xué)生遇到這些困難而學(xué)習(xí)不如意時(shí)，教師不要一味地怪罪學(xué)生，而要積極引導(dǎo)、不斷鼓勵(lì)，從多方面、多角度入手，幫助學(xué)生克服困難。有些學(xué)生遇到的困難可能是知識(shí)方面的，有些學(xué)生遇到的困難可能是能力方面的，有些學(xué)生遇到的困難可能是心理方面的，等等，教師要“對(duì)癥下藥”。

此外，教師也要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的“進(jìn)步點(diǎn)”，幫助學(xué)生體驗(yàn)進(jìn)步的快樂(lè)，這樣學(xué)生就更容易有學(xué)習(xí)的成就感和快樂(lè)感。有了這些成功和快樂(lè)，學(xué)生也就更加“不怕困難”，更容易做到“堅(jiān)持不懈”了。又如，在學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有解題不嚴(yán)謹(jǐn)，甚至不懂裝懂、弄虛作假的現(xiàn)象，這都是教師引導(dǎo)學(xué)生注意“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是”的關(guān)鍵時(shí)刻。

所有的這些精神，都需要教師在日常教學(xué)過(guò)程中長(zhǎng)期有意識(shí)地、潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生，并讓學(xué)生感受到甚至是嘗到具備這些精神的“甜頭”，這樣學(xué)生就會(huì)“自發(fā)、自愿”地奉行這些寶貴的精神了。這正是教育最希望獲得的成果之一！

6" 結(jié)語(yǔ)

若學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中都能像伽利略那樣“有方法”“會(huì)轉(zhuǎn)念”“正信念”“貴精神”，何愁當(dāng)下的學(xué)習(xí)學(xué)不好呢？又何愁將來(lái)的工作做不好、生活過(guò)不好呢？因此，教師在日常教學(xué)過(guò)程中，要努力做到每一堂課不僅僅傳授知識(shí)，還要以知識(shí)為載體，有意識(shí)地、積極主動(dòng)地將“科學(xué)觀點(diǎn)、思維方法、實(shí)踐探索”等學(xué)科素養(yǎng)，以及“政治立場(chǎng)和思想觀念、世界觀和方法論、道德品質(zhì)和綜合素質(zhì)”等核心價(jià)值［2］“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地融入課堂，這樣才有利于

落實(shí)“立德樹(shù)人”的根本任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

［1］人民教育出版社" 課程教材研究所" 物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū)" 物理" 必修" 第一冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2019：48-49.

［2］教育部考試中心.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系［M］.北京：人民教育出版社，2019：13-18.