第6节 伽利略对自由落体运动的研究 教学设计
物理必修1第二章
一、教材分析
1、教材内容
本节课教学内容选自人教版《普通高中课程标准实验教科书：物理必修1》第二章第6节《伽利略对自由落体运动的研究》。本节的主要内容：
（1） 亚里士多德和伽利略对力和运动的主要观点； （2） 伽利略通过自由落体运动的研究，创立了科学的研究方法。
2、教材的地位和特点
从过去的阅读材料，到现在作为独立的一节，看出新教材对过程与方法，情感态度与价值观等教育目标的重视，切不可以过去轻过程重结论的思想来对待本节课的教学。本节课的突出特点是重视科学研究的过程和方法，例如用反证法使来里士多德的观点自相矛盾，用猜想与假说，数学推理，实验验证，合理外推的科学方法研究自由落体运动的规律。
二、学情分析
1、学生已有知识
通过本章前几节的学习，学生已经知道了匀变速直线运动的基本规律和研究方法，会利用规律分析和解决一些简单的运动的问题。
2、学生欠缺之处
对于物理规律的发展并没有太多的了解，不知道一些简单的物理规律在以前是怎样被总结出来的。在思考物理现象时，还是比较容易受主观经验的影响，对物理规律有所怀疑或还没形成物理思维。对物理问题的思考缺少严密的推理。
3、应对的策略
通过本节内容可以让弥补以上不足，让学生对科学理论的发展有一个概观，进一步知道在思考物理问题时逻辑推理，数学计算，实验探究，修正推广的重要意义。逐渐形成严谨的物理思维。
三、教学目标
1、知识与技能
（1） 初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用； （2） 了解两位伟大科学家的生平和主要经历； （3） 知道伽利略对自由落体运动的研究方法。
2、过程与方法
（1） 学会自己查找资料学习物理学史的方法； （2） 通过伽利略对自由落体运动现象的研究体验科学的研究方法；
3、情感态度与价值观
（1） 学习科学家们对知识敢于质疑的勇气； （2） 学习科学家们科学研究的执著精神； （3） 通过学生自己查找资料，提高学生对物理学的兴趣； （4） 通过对亚里士多德和伽利略的了解，认识到科学的探索是一个漫长的过程，需要几代人的不懈努力； （5） 从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养也于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度。
四、教学重点、难点
1、教学重点及其教学策略
重点：伽利略对落体问题的逻辑推理。
教学策略：通过观察、思考、讨论和实例分析来加深理解。
2、教学难点及其教学策略
难点：伽利略的验证性实验的设计；伽利略的理想外推。
教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点。
五、教学资源
1、教具
斜面；小球；砖头；秒表；刻度尺。
2、课件
3、音像文件
两段剪辑的关于亚里士多德和伽利略的对话录音
4、图片资料亚里士多德和伽利略
5、文字资源
六、课时安排 1课时
七、教学过程
1、引入新课
大家还记得上节课我留大家的课后任务吗？
生：„„
对，就是让大家分小组回去查阅资料，整理关于两位科学家的一些史实。相信每个小组都已经整理好各自的一份资料，现在就来分享一下各小组的成果吧。首先说亚里士多德（前384-前322），按小组依次说，第组说一点或一方面，后面不能重复，可以补充。开始
学生可能的回答：
①作为一位伟大的、百科全书式的科学家，亚里士多德对世界的贡献之大，令人震惊。他至少撰写了170种著作，其中流传下来的有47种。他的科学著作，在那个年代简直就是一本百科全书。但他的成就远不止于此。他还是一位真正哲学家，对哲学每个学科几乎都做出了贡献。亚里士多德集中古代知识于一身，在他死后几百年中，没有一个人像他那样对知识有过系统考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全书。恩格斯称他是“最博学的人”。
②亚里士多德最大的贡献在于创立了形式逻辑这一重要分支学科。逻辑思维是亚里士多德在众多领域建树卓越的支柱。
亚里士多德的思想对西方文化根本倾向以至内容产生了深刻的影响。在上古及中古时期，他的著作被译成拉丁文、叙利亚文、阿拉伯文、意大利文、希伯来文、德语和英语。随着亚里士多德作品的不断被发现，中世纪出现了一个研究亚里士多德主义的新时代，学者们以此作为求得各方面真知识的基础。
亚里士多德学识渊博，著述颇丰．他对于当时尚未分类的科学部门如政治、逻辑、伦理、历史、物理(自然学科)、心理学、美学、教育学等均有研究并有独到见解，被马克思誉为“古代最伟大的思想家”。
③亚里士多德是古希腊又一位伟大的教育思想家，建立了包括自然学科在内的百科全书式的课程体系，提出了注重实践的良好措施，为后人留下了一笔包罗宏富的教育遗产。亚里士多德显示了希腊科学的一个转折点。在他以前，科学家和哲学家都力求提出一个完整的世界体系，来解释自然现象．他是最后一个提出完整世界体系的人。在他以后，许多科学家放弃提出完整体系的企图，转入研究具体问题。
关于亚里士多德的资料收集非常细致，下面再说伽利略说吧。 学生可能的回答：
①伽利略全名伽利略·伽利莱，他是文艺复兴后期近代实验科学的创始人。1564年伽利略生于意大利的比萨城，1611年，伽利略应邀来到罗马，在罗马期间，伽利略为了确立新的自然研究法—实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，这就更加激怒了教会。1632年，他的名著《关于两大世界体系的对话》出版，但立即被教会列为禁书。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭审判，并被判终身软禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷兰出版了《关于两门新学科与数学证明的谈话》一书，对自己多年来在力学方面的研究进行了总结。
②他的父亲是一位才华出众的音乐家和教育家。他在科学上的创造才能，在青年时代就显示出来了。当他还是比萨大学医科学生时，就发明了能测量脉搏速率的摆式计时装置。后来他的兴趣转向了数学和物理学。
③1581年，17岁的伽利略对古希腊的物理学及亚里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作着迷。伽利略在数学、天文学，特别是力学方面有了很深的造诣，学术上成果累累。他通过大量的观察和实验总结出了惯性定律、自由落体运动规律和相对性原理；发现了单摆振动的等时性原理；用自制的33倍望远镜观察天象，发现了一系列令人震惊的天文现象。伽利略将观察到的天文现象写成《星际使者》一书，于1610年发表。书中介绍了月球上的环状山脉，无数星体构成的银河系，金星的盈亏，木星的四颗卫星，太阳黑斑等等，从而对哥白尼的“天体运行”论提供了有力的支持，同时也动摇了亚里士多德—托勒密的地心说。
通过大家的分享与交流，相信每位同学对这两位科学家都有一个比较全面而准确的认识，那么大家也不难猜到我们今天这节课的主角是谁了，对，就是这两位伟大的科学家。通过大家的资料可以告诉我他们分别生活在什么年代吗？
生：„„
是啊，他们两位生活的年代相差差不多两千年，怎么我们要把他们两位请到一起来呢？这原因就是我们上节所探讨的自由落体运动。通过前面的学习，大家都知道了自由落体运动是初速度为0，只在重力作用下做的匀变速直线运动，可在很久很久以前，人们可没有你们聪明，或者说当时的科学还很落后。人们并没有把握日生活中的运动的规律。亚里士多德这位百科全书式的科学家很多家，对生活的各个方面都提出了自己的见解，并得到当时人们的崇拜，奉为真理。亚里士多德通过观察对运动有着自己的结论，他的结论是什么呢？
生：„„
对他认为力是维持运动的原因，重的物体下落得快。在他以后的两千年里都没有敢置疑他的结论的正确性，直到伽利略的出现。
现在我们跨越时空将这两个科学家请到一起来好不好？ 生：好
在课前我已经请同学扮演了他们，并录了音，大家来听听这两位伟人一见面会发生什么冲突呢？ 放录音1
2、新课讲解
问题的提出
亚里士多德的对自由落体的观点是什么？ 生：„„
亚里士多德是怎样确定物体下落的快慢什么因素决定的？
生：亚里士多德通过观察，在日常生活中，重的物体下落快，轻的物体下落慢。所以得出结论：物体下落的快慢是由它们的重量决定的。
下落快慢真是由物体重量决定的吗？那伽利略是怎么提出置疑的？
学生可能的回答：他假设大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头捆在一起，大石头会被小石头拖的慢下来。但两块石头捆在一起，重量增大，整个系统下落的速度应该比8大。这样就出现了矛盾。
提出假设
既然找到了矛盾伽利略就要想办法解决矛盾，在提出自己的看法前，他首先做了什么？ 生：„„
对！建立描述运动的速度，为什么要这样做呢？ 生：„„
因为描述运动是找出运动规律的一个前提。
建立了描述运动的物理量后，伽利略提出了什么样的假设? 生：大小石头下落的一样快
伽利略认为一切自然规律都应该是简单的。所以他猜想落体是一种简单的变速运动，速度可能跟时间
成正比，也可以与下落的距离成正比。那到底是与时间还是与距离成正比呢？
逻辑推理
伽利略是怎么做的呢？他是通过逻辑推理来确定假设的。大家试试看能不能通过逻辑推理来找出两个猜想哪个是合理的，哪个是不合理的呢？
生：„„
首先看，如果与下落的距离成正比，会有什么情况呢？（画图分析） 再看，如果与下落的时间成正比（画图分析）
现在是不是就只剩下一个猜想了，那我们怎样才能验证这个猜想是正确的呢？ 生：„„ 好，通过实验 实验验证
我们前面已经用实验的方法来验证了自由落体的运动规律，我们运用了打点计时器，光电门等先进的仪器。可伽利略生活在17世纪，可没有这些东西。所以，现在我要你通通回到伽利略所处的时代，再去想应该怎样才能验证他的猜想。
速度怎么测？ 生：„„
速度在今天依然都难，在那里就是没办法测，怎么办？ 生：„„
转化，伽利略经过数学推导得出速度与时间成正比
第一个困难解决了，第二个问题呢？时间怎么测。我们请同学们来一起做个实验 （秒表测下落时间的实验）
所以在那时用滴水根本没法测出下落时间，又怎么办？伽利略怎样处理的？ 生：„„
归纳一下伽利略是如何进行实验验证的? ① 通过小球的下落运动的距离
②他让小球沿斜面滚下，减小加速度，延长运动时间，便于观测。
③他进行的是坡度比较小的斜面实验，后来他就将实验进行了合理的外推，当倾角增大 到90°，小球的运动就是自由落体运动。
对假说进行修正和推广。
经过几位同学的回答，问题比较全面了。伽利略完成了实验验证后，没有就此而止，而是进一步思考为什么日常生活中，轻的物体下落得比较慢，重的物体下落得比较快。
学生共同回答：因为空气阻力．
这就是伽利略为我们创造的一套对近代科学的发展极其有益的科学方法。后面的学习中我们还要经常用到。
在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。——伽利略
3、课堂小结
我们来总结一下伽利略所创立的科学方法。第一步„„第二步„„第三步„„第四步„„。我们看到了一种逻辑严密、环环相扣的推理方法。大家回想一下我们的探究性实验的步骤是不是这样的呢？„„所以伽利略如此伟大就伟大在这些地方，他创立了近代科学。在创立的时候他用了三个方法：实验方法、数学方法和思想实验方法。在伽利略身上我们学到什么呢？
伽利略的思想对以后的科学家有着巨大的影响。 爱因斯坦关于尺缩效应思想实验论述 波尔和爱因斯坦关于量子的概率进行论
霍金：世界是十维的，我们看到的世界就是火光照在洞壁上的影子！ 就让我们用爱因斯坦对伽利略的评价来结束我们这节课吧。
伽利略运用最大胆的思辨弥补了经验材料之间的空隙，伽利略的方法是理论和实验相结合的方法。伽利略当之无愧的成为近代物理之父。——爱因斯坦
4、课堂练习
5、课后任务
认真阅读课本绪言“走进物理课堂之前”，分析“孩子们”是如何运用伽利略的科学方法进行探索的。
八、板书设计
6.2 伽利略对自由落体运动的研究
认识两位科学家。
亚里士多德 VS 伽利略 伽利略的科学方法。
① 观察现象（提出问题：重的物体下落快？） ② 提出假设（v~t）
2③ 逻辑（数学）推理得出推论（S~t）。 ④ 对推论验证（斜面实验）。
⑤ 对假说修正和推广（把斜面倾角增加至90度）。
九、教学设计思路分析
本节课，主要由两部分组成：对科学家的了解；对伽利略科学方法的学习．这两个方面主要是由学生通过查资料、预习，在老师的引导下，以学生为主体，进行学习的。营造民主和谐的课堂气氛，平等的师生关系，文明的班级文化。
知识讲授的同时，给学生介绍物理学家、讲授物理学史．不仅让他们了解物理学家的工作，物理科学的发展过程，更重要的是通过了解科学发展的曲折性，以此撼动学生的心，让他们从中获得启迪。利用科学家的高尚品质，渗透核心价值观教育。利用物理学家典型搜索事例，实施科学精神教育良好道德品质的培养是情感态度与价值观教育的一个重要方面。进而通过了解我国科技发展成就，激发学生追求“中国梦”的决心和爱国热情。
高中物理第二章匀变速直线运动的研究2.6伽利略对自由落体运动的研究竖直上抛运动学案新人教版必修
