摘 要：本文在闡述物理學(xué)史目前在教學(xué)實(shí)踐中的現(xiàn)狀、存在問題及其原因分析的基礎(chǔ)上，以“伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)”為例，提出提高物理學(xué)史教學(xué)有效性的策略。

關(guān)鍵詞：分析；探究；策略

物理學(xué)史是在物理學(xué)發(fā)展過程中形成的，描述物理學(xué)發(fā)展歷程的學(xué)科，是關(guān)于物理學(xué)本身規(guī)律的學(xué)問。物理學(xué)史是學(xué)科思想的寶庫(kù)，但在教學(xué)實(shí)踐中還存在很多問題。

一、 高中物理學(xué)史教學(xué)中存在的問題及原因分析

（一） 物理學(xué)史相關(guān)內(nèi)容在高中物理教學(xué)中沒有得到重視

一方面是因?yàn)檎n標(biāo)中物理學(xué)史內(nèi)容屬于了解水平。另一方面，物理學(xué)史的內(nèi)容一般安排在專題章節(jié)的第一節(jié)，很多時(shí)候教師將其作為新學(xué)內(nèi)容的開篇介紹、過渡內(nèi)容讓學(xué)生自主閱讀了解。

（二） 相關(guān)史料挖掘不深，教學(xué)方式單一

目前物理學(xué)史課教師大多讓學(xué)生自主閱讀了解科學(xué)家探究問題的過程，這種方式可簡(jiǎn)單了解相關(guān)內(nèi)容，但是并沒有體現(xiàn)科學(xué)家探究問題的思維過程以及克服困難的方法和巧妙之處。

（三） 學(xué)習(xí)過程沒有在史料基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的思辨意識(shí)和思維能力

教材中提供的史料一般比較簡(jiǎn)單籠統(tǒng)，對(duì)為什么會(huì)出現(xiàn)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，探究過程中產(chǎn)生困難的原因是什么，解決困難的方法是否嚴(yán)密，在當(dāng)時(shí)的歷史背景下還有沒有更好的方法沒有進(jìn)行深入思考。這樣不利于學(xué)生形成思辨意識(shí)。

基于上述分析，筆者以伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)為例，從引課、新課教學(xué)、總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)提出提高物理學(xué)史教學(xué)有效性的策略。

二、 高中物理學(xué)史教學(xué)的策略——以伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)為例

（一） 教材分析

“伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)”在課標(biāo)中屬于了解內(nèi)容，但在物理學(xué)的發(fā)展中處于非常重要的地位。通過伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的研究開啟了一門新的科學(xué)，第一次形成物理學(xué)史上的一套系統(tǒng)科學(xué)的研究方法，本節(jié)內(nèi)容處理好了可以為學(xué)生后面學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)奠定重要基礎(chǔ)，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

（二） 教學(xué)設(shè)計(jì)思想

1. 教材方面：以相關(guān)內(nèi)容歷史發(fā)展為載體，力求尊重歷史，實(shí)事求是；以教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)和歸宿，搜集與課堂內(nèi)容相關(guān)的物理知識(shí)。

2. 學(xué)生方面：遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，因材施教。

3. 設(shè)計(jì)核心要點(diǎn)：

一是要突出物理科學(xué)發(fā)展中有爭(zhēng)議的概念、定律、理論及實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@也正是學(xué)生最難接受、最易出錯(cuò)的地方，即教學(xué)的難點(diǎn)。

二是要讓學(xué)生親自體驗(yàn)和感受關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)或認(rèn)識(shí)問題的誤區(qū)。

三是要發(fā)掘和展現(xiàn)物理學(xué)豐富的人文內(nèi)涵，體現(xiàn)研究過程思維復(fù)雜曲折的發(fā)展歷程。

（三） 教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 引課

做簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察鋼球和紙片從同一高度由靜止開始下落，鋼球先落地，紙片后落地。培養(yǎng)學(xué)生注意觀察，體驗(yàn)亞里士多德通過直接經(jīng)驗(yàn)得到結(jié)論的過程。

2. 新課教學(xué)

伽利略的佯謬。根據(jù)實(shí)驗(yàn)：同樣的兩張紙片，一張保持原樣，一張揉成紙團(tuán)，從同一高處由靜止開始下落，紙團(tuán)比紙片先落地。

重點(diǎn)思考三個(gè)問題：

（1）剛才的結(jié)論正確嗎？

（2）伽利略當(dāng)時(shí)是通過什么方法發(fā)現(xiàn)亞里士多德的觀點(diǎn)有問題呢？

（3）為什么亞里士多德的論斷流傳了2000多年，才開始被質(zhì)疑？

這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是尊重落體運(yùn)動(dòng)研究的發(fā)展史實(shí)，體會(huì)邏輯思辨的方法，明確摩擦力和阻力對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的研究是主要干擾因素。要明確伽利略探究的落體運(yùn)動(dòng)是只有重力作用下的落體運(yùn)動(dòng)。

伽利略的探究之路。教師在學(xué)生了解大致該過程后針對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)提出一些基于史料的拓展性問題引發(fā)學(xué)生思考。

1. 大膽猜想環(huán)節(jié)。教材上明確伽利略猜想的結(jié)論是物體下落速度與時(shí)間成正比，實(shí)際上伽利略在理解物體下落速度均勻增加時(shí)也走了一段彎路，起初伽利略假設(shè)下落過程的速度與下落距離成正比，請(qǐng)同學(xué)們幫助他判斷一下這個(gè)假設(shè)有什么問題？如果上述猜想合理，說明物體落下的距離加倍時(shí)，速度也應(yīng)該加倍，那么物體通過兩段距離的時(shí)間一樣，顯然這個(gè)結(jié)論是荒謬的。這個(gè)過程讓學(xué)生體會(huì)伽利略的思維過程也是曲折復(fù)雜的，大膽猜想的同時(shí)還要注意猜想的合理性。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)研究落體運(yùn)動(dòng)過程中的主要困難。

困難一：直接測(cè)量瞬時(shí)速度很困難，伽利略借助數(shù)學(xué)工具推理得出從靜止開始的勻加速直線運(yùn)動(dòng)其位移與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的平方成正比，從而將注意力轉(zhuǎn)移到驗(yàn)證物體下落位移與時(shí)間的關(guān)系上。

這個(gè)部分引導(dǎo)學(xué)生思考這樣做有什么好處，以便體會(huì)伽利略將實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)結(jié)合在一起，既注重邏輯推理又依靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的科學(xué)方法。

困難二：計(jì)時(shí)困難。

伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)的精彩之處主要體現(xiàn)在這一部分，如果讓學(xué)生閱讀課本回答問題就無法體現(xiàn)伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)的思想精髓。在這里可以提出一些拓展性思考問題：

（1）伽利略設(shè)計(jì)的斜面實(shí)驗(yàn)用的是什么材質(zhì)的球？為什么在斜面上鋪光滑的羊皮紙？

（2）“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)是怎么操作的？伽利略是怎么想到這個(gè)方法的？

（3）在斜面實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量相鄰時(shí)間間隔時(shí)用稱水重的方法是否可行？如果不行，在當(dāng)時(shí)背景下還可以用什么方法？

早在伽利略研究落體運(yùn)動(dòng)之前，伽利略就對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)感興趣了，曾提出過下列問題：①為什么物體在陡的平面上運(yùn)動(dòng)得更快？②不同斜面，運(yùn)動(dòng)之比如何？并得到結(jié)論：“同一重物垂直下落比沿斜面下降具有更大的力，這要看斜面下降的長(zhǎng)度與垂直下落的長(zhǎng)度成什么樣的比例”。既然力的大小與斜度成一定比例，落體運(yùn)動(dòng)的研究就可以用斜面來代替，按一定比例“沖淡”作用的力，“加長(zhǎng)”運(yùn)動(dòng)的距離，這樣可以比落體更有效地研究運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

這個(gè)環(huán)節(jié)力求讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，知道“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)不是憑空想象而是科學(xué)家在前面研究問題的經(jīng)驗(yàn)積累，這也為合理外推的思想提供了理論依據(jù)。引導(dǎo)學(xué)生在閱讀過程中要有思辨意識(shí)。

三、 課堂總結(jié)

這個(gè)環(huán)節(jié)要求學(xué)生自己總結(jié)伽利略探究落體運(yùn)動(dòng)思路，即問題→猜想→數(shù)學(xué)推理→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→合理外推→得出結(jié)論。一方面培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力；另一方面讓學(xué)生能夠體會(huì)伽利略創(chuàng)立運(yùn)動(dòng)學(xué)理論過程既有思辨又有實(shí)驗(yàn)，依靠思辨和實(shí)驗(yàn)相互印證和相互補(bǔ)充的方法艱難前行。

四、 結(jié)語

總之物理學(xué)史的教學(xué)一定要在尊重歷史、順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上盡量挖掘其中的學(xué)科思想方法，讓學(xué)生感受探究物理問題過程中的復(fù)雜性和曲折性。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡化凱.物理學(xué)史二十講[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：

宋輔英，陜西省咸陽市，咸陽彩虹中學(xué)。