第二章第6节伽利略对自由落体运动的研究教学目标知识与技能：1．了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色。2．理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。过程和方法：1．让学生初步体会抽象思维、提出假说、科学实验是进行科学研究的重要思路和方法。2．通过史实了解伽利略研究自由落体规律的过程，体会其推理方法的奥妙，同时了解猜想的必要性，感受探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，了解体会一些科学的方法。情感态度与价值观：1．激发学生学习伽利略敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质。2．培养学生耐心细致的意志品质、创新精神和严谨思考问题的习惯。新设计1．本节课的课堂在轻松的研讨气氛下进行，有利于学生展开想象，启动思维，与物理大家共同进行物理科学的探讨和研究。2．本节课注重了物理问题情景的设置与再现：1“如果没有学习自由落体运动，或许我们还在一直认为物体越重下落就越快。有这样的认识很正常，这和古希腊的哲人亚里士多德的观点是一致的。”使学生感受到一种自然地亲近感。接着申明“伽利略不仅揭示了自由落体运动的规律，同时创立了物理科学的研究方法，被称为“近代物理之父”。”引起学生对伽利略探究过程的好奇，激发学生迫切希望了解研究历史的欲望。2伽利略与亚里士多德的跨越时空的对话的动画，设计比较有创意，符合学生心理特点，易引起学生兴趣，有利于帮助学生理解逻辑推理的过程，体会逻辑方法。3．本节课教学过程清晰，环节鲜明，注意以问题链的形式引导学生在回顾历史的基础上反思历史，渗透了对学生情感态度和价值观的教育：亚里士多德的可取之处和错误根源是什么？从伽利略的论证我们有什么启发？当我们无法直接验证时，我们该怎么办呢？为什么伽利略将斜面倾角外推到900需要很大的勇气？等等。学生在思考讨论问题的过程中，始终感受到不断的激情与挑战。4．本节课注重了对学生进行“过程与方法”的教育和体验，而不是仅停留于对历史事实的回顾上。值得注意的地方： 1.小结伽利略的研究方法时，能让学生从其研究的具体过程的回顾中提炼研究思路，归纳方法，效果应该更好。 2.板书中的“两千年的认识-----大胆的质疑-------逻辑的力量”与下面的内容用不同的色笔更能突出重点。 3.小节结束让学生思考“我这节课最大的收获是什么？”能更好地促使学生对本5
节课进行整理反思。也可以布置问题“若让我们仿照伽利略的研究方法探究竖直上抛运动的规律，应该怎么去做？” 4.就培养学生探究能力考虑，本节课内容也可以尝试提前给学生系列探究课题，课堂围绕历史线索进行成果汇报，把课堂交给学生。学情分析本节课介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程、科学的思维方法，以及他的巧妙的实验构思。使学生对自由落体运动的认识上升到更高的层次.本节内容由过去的阅读材料变为单独的一节，就是出于对过程与方法、情感态度与价值观这两个方面教育目标的重视。不要以为自由落体的知识已经学过，这节又没有新的物理知识，从而忽视这节课的教育意义。本节教材编写的脉络清楚，逻辑推理严谨、文字表述生动和通俗易懂，因此，适合于学生自主学习。学生除阅读教材外，还可阅读一些课外参考书，从网上查阅一些资料，通过自己独立的思考，归纳、总结并提出自己的看法、体会等。落体运动是一种自然界中广泛存在的典型运动，自古以来许多人都研究过，伽利略对自由落体运动的研究意义巨大。本节从生活经验和亚里士多德的观点出发进行巧妙推理，使亚里士多德的理论陷入自相矛盾的境地，进而引起学生探究的兴趣。对于“绵延两千年的错误”，教学中不仅要让学生知道亚里士多德观点的错误，更重要的是让学生知道人类对大自然的认识是逐步深入的。亚里士多德和伽利略对运动问题的研究都是人类认识大自然的一个过程。今天我们应该用客观、历史和辩证的观点看待历史事件及其发展。重点难点了解探索过程，明确探索的步骤，同时了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中感悟科学方法。教学过程活动1【导入】引入新课引入新课师：上一节课学习了自由落体运动，那么什么是自由落体运动，自由落体运动是一个什么样的运动？学生思考，教师提问学生。生：物体只受重力，由静止开始的运动叫自由落体运动；自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，加速度g=9.8m/s2师：如果没有学习自由落体运动，或许我们还在一直认为物体越重下落就越快。有这样的认识很正常，这和古希腊的哲人亚里士多德的观点是一致的。物体的下落快慢和质量没有关系的结论在今天看来似乎并不难以接受。但这个结论却是伽利略在经历长时间的思考和艰苦实践后才得出的，伽利略不仅揭示了自由落体运动的规律，同时创立了物理科学的研究方法，被称为“近代物理之父”。今天我们就一起来回顾伽利略的研究过程。（板书课题：伽利略对自由落体运动的研究）活动2【讲授】新课探究（一）绵延两千年的错误5
师：公元前，人们对物体下落的研究很少，凭着观察认为重的物体比轻的物体下落得快.。当时，著名的哲学家亚里士多德经过了观察和总结认为“物体下落的速度与重力成正比”。这一观点正好应和了人们潜意识里的想法；同时，它又是伟大的亚里士多德提出的论断，人们深信不疑。人们判断物体下落的快慢，包括教科书一直坚持这一观点，这一观点一直延续了2 000多年，从没有人对它提出异议。直到文艺复兴时期，才由伽利略通过采用创造性的研究方法揭示了自由落体运动的规律。（板书：两千年的错误）活动3【活动】学生讨论提出问题：亚里士多德的可取之处和错误根源是什么？学生思考问题，交流体会。生：能对生活注意观察和总结并提出自己的观点；错误认识的根源在于不注意探索事物的本质，思考停留在表面。活动4【活动】学生交流（二）大胆质疑-----逻辑推理问题：如果让我们反驳亚里士多德的观点，应该怎么证明并不是“物体越重，下落越快”？学生讨论交流（稍后播放伽利略的论证动画）（板书──大胆质疑）提出问题：从伽利略的论证我们有什么启发？学生思考问题，交流体会.生：不迷信权威，对问题要有自己的独立思考。注重逻辑推理的重要性。（板书：逻辑的力量）（伽利略并没有满足这个推论，此后做了大量实验来证明这个结论。最典型的是传说伽利略在比萨斜塔上做过的落体实验）（播放伽利略斜塔实验动画，轻重不同的两球同时释放同时落地）（播放录像：轻重不同的保龄球从高楼同时释放同时落地）。 师：所有这些证明“轻重不同的物体下落一样快”。活动5【活动】提出问题、学生猜想（三）伽利略的研究1、问题的提出落体运动的快慢与物体的质量没有关系，那这种运动就具有一定的代表性！可落体的运动应该是什么运动呢？（板书：伽利略的研究 1.问题的提出）活动6【活动】猜想与推理2、猜想与数学推理师：伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动。他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。提出问题：伽利略对自由落体运动作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？（板书：猜想）学生思考讨论，教师总结。师：伽利略考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等v∝ t；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等。伽利略经过推理得到如果v∝ x将会得到非常复杂并明显与实际不符的结论。因此只有v∝5
t才可能。如果能够用实验证明这个关系，则自由落体运动就是初速度为零的匀加速直线运动。（板书：数学推理x∝t2）活动7【活动】实验验证3、实验验证、合理外推师：实验验证是检验理论正确与否的唯一标准.任何结论和猜想都必须经过实验验证，否则不成理论。猜想或假说只有通过验证才会成为理论。但伽利略在实验中遇到了很大的困难，他遇到了什么困难，又是怎么解决的呢？（板书：实验验证）提出伽利略的困难，师生一起讨论解决方案。困难之一：无法测量瞬时速度。解决方案：借助于数学推理得出从静止开始作匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比。只需证明位移与时间的平方成正比，就可以证明自由落体的运动性质。强调：这里将难以测定的速度转化为易于测量的位移是非常重要的实验方法。困难之二：没有准确的计时工具，无法测定象自由落体这样较短的时间。解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验，使物体的运动速度变慢，解决了测量的难题。（介绍伽利略实验，出示当年伽利略实验数据）问：怎样从这些数据中得到x∝t2的关系？学生讨论：用图像；用比值……（教师帮助学生分析注意事项）师：我们也可以模拟这个四百多年前的实验，感受科学家的研究方法。活动8【活动】模拟实验【模拟演示】伽利略实验。数字计时器、气垫导轨、光电门。验证x∝t2如果不断增大倾角，仍然有x∝t2，伽利略结合这种规律，思考到若斜面倾角增大至900，此时便成自由落体运动了。因此自由落体运动是一种匀加速直线运动！{勇气}（板书：合理外推）问：为什么说伽利略将斜面倾角外推到900需要很大的勇气？生：不是实际实验得到的，这只是一种推理。没有实验证明很难说就是对的。师：对，这只是一种推理，是一种思想实验，而不是真实的实验事实，因此难以保证结论的正确性，伽利略的外推尽管后来证明是正确的，但当时应该是需要恨得的魄力的。伽利略凭借其严密的逻辑思维、扎实的数学功底、科学的实验方法和敏锐的洞擦力，终于揭示了自由落体运动的规律！（板书：得出规律）活动9【讲授】拓展超越（四）超越伽利略师：现在我们不必用斜面来“冲淡重力”，可以对落体运动精确地“计时”、“定位”，直接研究落体运动的性质。问：现代研究落体运动的方法有哪些呢？生：用打点计时器；用频闪照片；用光电计时器（测速计、位移传感器等）活动10【活动】课堂小结（五）小结概括伽利略对自由落体运动的研究思路：5
提出问题 合理猜想 数学推理 实验验证 合理外推 得出结论知识就是力量，而能力与方法比知识更有力量，我们每个人都应该可以象伽利略那样去思索.重要的是学会认识世界的方法和具备进行科学研究的能力，如若我们能从亚里士多德和伽利略以及其他各位伟大学者的失败与成功中寻求启发和借鉴.我们也将会拥有一颗杰出的闪烁出智慧之光的大脑，去面对已知的与未知的物理世界。5
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