课外读物优秀教学设计范文

《伽利略对自由落体运动的研究》教学设计

竹山县一中

孙海东

教材分析：

也许有些人会觉得《伽利略对自由落体运动的研究》这一节只是一节学生自学内容，或者像讲故事一样给学生说一下伽利略的研究方法流程。其实这些想法是不妥的，在我看来，这一节内容或许是高一物理最重要的内容之一。本内容单独的作为一节，放在《自由落体》之后来进行学习，目的在于让学生回到历史时期去感受科学家的探索过程，体验科学研究方法的形成过程及其意义，感受历史上科学研究过程的艰辛，培养学生坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，培养学生将科学服务于人类社会的责任感。

教学目标

(一)知识与技能 （1）明确伽利略对自由落体运动的研究方法。

（2）领会伽利略的科学思想。

(二)过程与方法

（1）体验伽利略对自由落体运动的科学研究方法。

（2）培养学生科学探究的能力

（3）帮助学生建立起科学的直觉与经验

(三)情感态度价值观

从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，并能自觉地将学习心得体现在自己的学习实践中。

教学重点：

让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法。

教学难点：

使学生体会“观察现象——运用逻辑推理提出问题——猜想与假设——设计实验对假设进行验证——结论的修正和推广”的科学探究方式。

课时安排：1课时

教具准备：

小石子若干、相同的纸片若干、树叶、牛顿管、抽气机、多媒体教学设备、自制课件。

教学过程：

（一）引入新课

1、请一位同学给大家讲一讲“两个铁球同时落地的故事”

2、实验：手拿一个小石块和一张纸，让其从同一高度同时由静止下落，观察现象。（学生操作并通过展台放大落体过程）

3、历史回顾：公元前4世纪，古希腊伟大的哲学家亚里斯多德根据与我们同样的观察直接得出结论：重的物体比轻的物体落的快，这一论断流传了近两千年，何以如此？（PPT展示亚里斯多德生平并客观评价。）

4、再实验：同样两张纸，其中一张揉成团，一张展开让其从同一高度同时由静止下落，观察现象。（学生操作并通过展台放大落体过程）

（二）新课学习

一、学生自主阅读，交流讨论。

二、师生共同分析：

1、对亚里斯多德这位人类伟大学者的肯定，了解其贡献；要看到他对落体规律错误认识的根源在于在他们那个时期，不可一味的指责，批判。

(补充内容：亚里斯多德是一位伟大的，百科全书式的科学家，他对世界的贡献之大，令人震惊；他最突出的贡献在于创立了形式逻辑这一重要的分支学科，逻辑思维是亚里斯多德在众多领域建树卓越的支柱) 2、总的来讲伽利略的研究经过了四个环节。

（1）、“巧妙的反证”

“反证”思辨推翻了亚里斯多德的错误观点，提出了自己的认识“重物与轻物应该下落的同样快”。（称“落体佯谬”）

问题：A：“反证法”是如何应用的？

B：物体下落过程中的运动情况应与物体质量无关，那么刚才两张纸的落体差异为什么会那样大？猜想是什么原因？

实验：“牛顿管”落体实验。（由教师操作并说明科学探究环节）

提出新问题：“自由”落体运动应遵循什么规律？伽利略接下来做了什么工作？

（2）、猜想与假说

问题：A：伽利略研究自由落体运动首先要解决什么问题？

B：用什么量来描述物体的“运动性质”？

C：伽利略做了怎样的猜想？

解析：首先建立描述运动所需的物理量，如：速度、加速度等，然后再定义运动，对于匀变速运动，在没有进行数学推导和实验之前，他的认识是十分模糊的，于是从最简单原则出发，猜想速度应均匀变化，具体表现有两种，一种为速度的变化对时间是均匀的，即v∝t；另一种为速度的变化对位移是均匀的，即v∝x。后经推算，后一种将很复杂，违背了“最简单”这一原则。于是他将注意力集中在对前一种的研究中。（结合历史背景说明）

（“自然界任何事物的本质都应该是简单、和谐的”这一观念是伽利略，牛顿，爱因斯坦等伟大科学家的共同理念；可见世界观，哲学观会很大程度的促进或者制约一个人所取得成就的高度。）

怎样证明猜想是正确的？大家几乎不约而同的想到实验，暂不说实验怎样设计，单就这一想法就体现了伽利略的伟大之处，因为在此之前，学者们总是通过思辨性的论战决定谁是谁谁非，伽利略是将实验引入物理学领域的第一人，于是人们称之为实验科学的创始人。

（3）、设计实验并验证

问题：A：如果要你去设计实验来验证伽利略的以上猜想，你会怎么做，需要些什么器材？

（一定要所有的学生非常自信的回答：在今天，我们能很简单的去验证，但原因是在科技发达的今天，我们有很多现成的理论，技术和实验器材；我们应该尊敬科学前辈，他们做了很多伟大的事，但是这些伟大的事情并不神秘，真正伟大的是他们敢于，善于使用他们的大脑。）

B:伽利略设计实验时遇到了什么困难？如何克服？

第一，无法测量瞬时速度：在定义了运动的性质后，遇到的困难是如何测瞬时速度？从文献记载来看，中间的思维过程还是较复杂的，借用我们目前的研究成果，将速度随时间的均匀变化等价的转化为位移与时间的二次方成正比，即x=1/2 at2，这样测定瞬时速度转化为测位移，使得实验测定在当时变为可能。（强调数学工具在物理中的作用）

第二，没有准确的计时工具、无法测量像自由落体运动这样较短的时间。于是，他设计了斜面试验“冲淡”了重力的影响。

（在此处简单介绍古代计时工具、伽利略对单摆的研究，现代时钟）

实验说明：（通过PPT展示）伽利略在《两种新科学的对话》中关于实验情况的描述是这样的：“用木制的长约6m，宽25cm，厚5cm的板条，在中间刻约2cm的直槽，为减少摩擦，上裱羊皮纸。取一坚硬、光滑且很圆的铜球，将木槽一端抬高约0.5—1m高（斜面倾角约5—100），释放小球记录时间。实验要重复几次，以便使时间准确到两次测定结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作，肯定了我们的观察是可靠的以后，将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定滚下的时间，我们发现它准确的等于前者的一半。下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二、四分之三，或其它任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成正比，并且在各种不同的坡度下做实验，结果也是如此……”（结合课本插图说明）

结论：纵观以上做法我们可认为，伽利略的上百次实验表明：小球沿斜面滚下的运动确实是匀加速直线运动，换用不同质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面倾角一定，小球的加速度都是相同的，增大斜面倾角，加速度随之增大。

（4）、实验结论的合理外推

由斜面试验得出的结论并非严格意义上的落体，适当增大斜面倾角，结论仍正确，再进一步增大斜面倾角，由于小球运动过快而无法对时间进行测定的情况下，合理的将实验结论外推到900，从而完成了对自由落体运动规律的研究，得出了自由落体运动是匀加速直线运动，而且所有物体下落时的加速度都是相等的结论。

（引导学生进一步外推：若给物体一个向各不同方向的初速，物体在不计阻力的情况下将如何运动？规律如何？）

3、伽利略的科学方法：

（对现象的一般观察——提出问题和猜想——运用逻辑推理——设计实验对假设进行验证——对猜想进行修正——结论的推广和应用。）

（三）小结

1、研究思想的“闪光点”

（1）“巧妙的反证”

。

（2）用实验证明假设。

（3）数学推理对物理问题的等价表达。

（4）“冲淡”重力。

（5）合理外推（理想实验）。

（6）模型法

2、科学研究方法的典范：

对现象的一般观察——提出问题和猜想——运用逻辑推理——设计实验对假设进行验证——对猜想进行修正——结论的推广和应用。

3、对科学发展与社会进步的贡献。

（学生自读教材相关内容并查阅相关资料）

（四）课堂练习（PPT展示）

1.在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、顺势速度和加速度等概念来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展。

A 亚里士多德 B 伽利略

C 牛顿 D 爱因斯坦

2.伽利略用巧妙的推理推翻了亚里士多德的错误观点，从而提出了自由落体是一种最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的‘’观点，这种方法在科学研究中叫（ ）

A 数学推演 B 实验验证

C 猜想与假设 D 逻辑推理

3.红孩同学摇动苹果，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下面说法正确的是 （ ）

A 苹果和树叶做的都是自由落体运动

B 苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动

C 苹果的运动可以看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动

D 假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地

（五）结束语

较之于伽利略所处的年代，我们的环境是非常好的，希望大家能从伽利略的六个思维闪光点以及科研方法的程序中得到启发，真正做到善于观察，勤于思考，勇于探索，我们的物理不愁学不好，将来也能为社会做出更大贡献。

（六）作业布置

认真阅读《走进物理课堂之前》写出几个小孩对落体运动的研究方法和讨论结果

教学反思

“对自由落体运动的研究”可以说是一节很好的探究课,本课虽然没有给出新定律，公式，但通过学生的自主学习与交流，在教师的启发引导下，借助展台对不同落体现象的放大展现及相关的PPT，可以很清晰的让学生去了解一位伟大的科学家在怎样一步一步的去发现一个新的规律，学习他们的思维方式。本节课基本完成了教学任务，达到了预期的教学目标。

当然，在教学过程中也还存在一些问题，需要在以后的教学中不断改进：

1、对伽利略对落体运动的分析论证过程进行讲解的时候，我讲解的有些偏多，学生只是在听，这一环节我自己感觉到热血沸腾，但看到学生并没有我预想的触动。

2、尽管匀加速直线运动规律已学过，但在对“将v∝t借数学推理等价转化为x∝t2”的转化中不少学生仍表现出疑惑，尽管本节课在再现伽利略对自由落体运动的研究历程，应教育学生要具有适时地运用所学知识解决学习中出现的新问题的理念。

3、练习中发现，传统重知识和技能的教学，使学生对相关的物理学史知之甚少，今后应加强这方面对学生的渗透，最基本的要求是不能出现成果与物理学家之间张冠李戴的现象。

总之，本节课虽有新课改理念，但作为一节科学探究精神的思路引导课，需要斟酌推敲的地方还有很多，我会继续努力的。