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创新物理学史教学 提升学生核心素养

——以“伽利略对自由落体运动的研究”为例

胡博

（ 新余市第四中学  江西  新余  338000 ）

摘要：为培养“全面发展的人”，教学要以发展学生核心素养为最终目标。以物理学史内容“伽利略对自由落体运动的研究”教学中的几个环节为例，以学生立场出发进行创新的教学设计，重点关注如何让学生在具体做的过程中学会，并在这一过程中，不仅实现理性思维、批判质疑、勇于探究等科学精神素养的提升，而且还进一步提升学生的人文底蕴、学会学习自主发展的能力、善于实践创新的社会参与能力。

关键词：核心素养；物理学史；教学设计；自由落体运动

1.   物理学史与核心素养

培养“全面发展的人”，是新时期经济社会发展对人才培养的新要求。文化基础、自主发展、社会参与是学生发展所需具备的核心素养。高中物理教学通过具体课程的学习能够让学生具备理性思维、批判质疑、勇于探究的科学精神。同时，在教学过程中也要致力于让学生养成学会学习的自主发展能力，善于问题解决、合理应用新兴技术的实践创新能力^[1]。

出于对各种升学考试以及教学效率的考量，高中物理教学传统课堂中物理学史部分的内容多以教师讲解教材上的内容为主。教学过程中学生多以旁观者的身份对相应内容简单了解和记忆，教学效果一般。考虑到上文所提新时期对学生核心素养的要求，有必要重新审视高中物理课程中物理学史内容的教学。

物理学史不仅包含了科学技术进步所需的认识论和方法论，而且其丰富多彩的内容有利于培养学生的人文情怀和审美情趣。高中物理课程中有效开展物理学史教学有助于激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思想方法与实践创新能力，进而实现发展学生核心素养的目的^[2]。

“教学做合一”是陶行知的重要教育思想，他强调教师要在指导学生做的过程中教，学生在做的过程中学，学生只是听老师讲或看老师做不是真正的学习^[3]。将重点从老师如何教转移到学生如何学是当前教育改革的重点。教学设计要以学生立场替代教师立场，告诉学生要学什么、要做什么，并对学生做的过程进行引导，对怎样才算做得好预先给出评价准则，充分体现教-学-评一致性^[4]。本文将通过选取按照以上想法设计的三个具体教学环节来展示如何有效的进行物理学史教学，如何让学生在学习过程中提升相关核心素养。

2.         教学设计与点评

2.1.  教学环节一

部分学生组成小组，利用课外时间完成下面两个任务并在课堂上面向全班展示任务成果。任务一，通过图书馆、网络等渠道搜集关于亚里士多德和伽利略的相关资料，进行加工整理后制作一份演示文稿，准备一个5分钟的课堂展示，简要介绍生平事迹，突出介绍对科学发展与文明进步的贡献。任务二，结合教材上相关内容和伽利略的著作《两种新科学的对话》，将相应内容改编成剧本，准备一段大约5分钟的话剧，内容主要是关于自由落体运动的讨论，在课堂上进行现场展示。

对于参与任务的小组成员而言，这样设计首先让学生学会有效地获取、评估、鉴别、使用信息，养成信息意识；同时，在众多资料的筛选与加工过程中能够让学生多角度、辩证地分析问题，养成批判质疑的能力；以话剧的艺术形式展示科学的魅力是伽利略已经采用的方法，通过这个过程的重现能够让学生注意到科学与人文之间紧密相联系的特点，有利于促进学生将艺术审美和科学技术结合而实现全面发展。在本环节的教学过程中，任务由小组学生在教师指导下独立完成，对其他同学而言，并没有增加任何额外任务，也没有过多的占用课堂时间，而且能够让课堂更精彩、更高效。由于所展示的内容相对教材上的介绍更加丰富、全面，且经过考证，让学生们不仅对相应内容有一个直观、形象、生动的观感体验，而且能够让学生们从历史的角度辩证地看待两位科学家，理解他们的时代局限性，对于他们在科学进步和人类发展过程中所做的贡献有更深刻的认识。对于教师而言，完成任务过程中教师只是扮演辅助角色，培养了学生的能力，同时减轻了教师的备课负担。

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2.2.  教学环节二

课堂教学中讲到伽利略的猜想假说时，提到了两种假设，分别是速度与位移成正比和速度与时间成正比。教材上的说法是“后来发现，如果速度和位移成正比，将会推导出复杂的结论”，并没有展开讲述如何复杂^[5]。那么学生们就会问，到底有多复杂，伽利略当时是因为这个原因而放弃这个假设的吗，面对类似情况时相对复杂的一种假设就应该直接放弃吗？因此有必要就该问题进行教学设计，合理地解决学生的疑惑。考虑到一方面这里的理论推导的确比较复杂，用到了比较高深的数学知识，另一方面并不是每个学生都对此充满兴趣，且由于这部分内容在考试中不做要求，因此没必要要求每个同学掌握，所以课堂上由教师进行系统讲解显然不妥。

针对此内容，由感兴趣的部分学生组成小组，在教师指导下，本节课后查阅指定的参考资料或者在相关文献数据库中检索相关内容，进行对比分析。通过这些文献对这部分内容进行专题学习，学习完成以后由小组成员撰写学习报告，并和教师或其他同学进行探讨、交流。然后由小组成员用课外时间开设本主题的学生讲座，让全年级对此感兴趣的学生一同学习。

这样的教学设计抓住了学生的好奇心，有利于培养学生坚持不懈勇于探究的能力、尊重事实和证据并运用科学思维认识事物、解决问题的能力。通过学生开设讲座与更多的学生进行交流性的学习，培养学生们具有开放的心态，养成勇于担当的责任感和团队互助精神。

2.3.  教学环节三

本节内容学习目标是从历史的角度通过学习伽利略对自由落体运动的研究，了解伽利略的科学方法和巧妙的实验构思，培养学生热爱科学、勇于探索、坚持真理的高尚情操^[6]。教学内容中，伽利略研究自由落体运动的实验对于教学目标的完成至关重要。然而，由于教材在前一节中已经利用中学实验室提供的标准实验器材做了研究自由落体运动的实验，所以本节实验部分，教材上并没有介绍伽利略实验方案具体细节^[5]。如果只是以现代科学技术背景来看待伽利略在研究自由落体运动实验过程中所做的一切，不管课堂上教师如何精彩的讲解，很难让学生深刻理解伽利略当时设计实验方案以及完成实验时遇到的困难有多么艰巨、伽利略该实验的巧妙构思以及系统的科学研究方法对于后来的科学进步有多大的贡献。

基于此，设计方案如下。要求学生分为若干组，每组4-6人，以组为单位按照教材上对伽利略研究自由落体运动的实验的简要介绍，查阅相关资料，按照伽利略当时的实验方法与条件限制撰写详细的实验方案，包括实验目的、原理、器材、操作步骤、数据记录与处理方法等。该实验的一大难点是计时的方法和相应的工具，由学生自己根据需要结合实验室现有器材和身边的物品改造制作一套简易的滴水计时装置。考虑到滴水的时间间隔不可能太短，用于小球下滑的固定斜面也是实验装置搭建的难点，提醒学生走出实验室从生活场景中寻找有足够长度且比较光滑、坚固的斜面。然后利用实验课时间组织学生进入实验室，搭建一套尽可能接近伽利略当时所采用的实验装置，然后进行实验，获取数据并进行相关计算、处理，得出实验结论。

该教学设计让学生回到当时的社会大背景中去思考问题，不只是关注物理知识、物理实验方法本身，而是更多关注物理知识、物理实验方法的发展过程，从具体的实践中亲身体会科学研究中所要经历的困难与挫折，同时体验克服艰难获取真理的喜悦。学生在制作实验装置时学会了不畏困难、大胆尝试、积极解决问题的探究能力，同时这一过程也是学生理解物理学如何影响科学乃至人类文明进步的绝佳机会。从设计方案到选材搭建实验装置，系统的实验过程与数据处理等，让学生具有了工程思维，养成了善于利用技术进步与材料革新的实践创新能力。

3.         小结

上文中的三个教学设计环节均以物理学史为教学内容，以学生立场出发，设计各种形式多样、内容丰富多彩的学生任务，任务明确告诉学生做什么、怎么做、预期达到怎样的目标。在指导学生完成任务的过程中实现老师教与学生学合二为一的目的。让学生在具体做的过程中学会换位思考，站在历史背景中了解时代的局限性，辩证的看待科学家的所作所为，对当时的科学思想方法的产生与进步进行全面的了解，通过自己“经历”一遍来真切的感受科学家们为实现科学进步所面临的艰难抉择。在这样的创新型物理学史教学过程中，不仅实现了理性思维、批判质疑、勇于探究等与学科紧密相关的科学精神素养的提升，还能够提升学生的人文底蕴、学会学习自主发展的能力、善于实践创新的社会参与能力。

参考文献

[1] 核心素养研究课题组. 中国学生发展核心素养[J]. 中国教育学刊, 2016, (10):1-3.

[2] 张特元. 谈高中物理学史教学的必要性[J]. 中学教学参考, 2016, (20):76-77.

[3] 陶行知. 陶行知教育名篇[M]. 北京：教育科学出版社，2005:132-134.

[4] 崔允誋, 尤小平. 教学变革：从方案的专业化做起[J]. 当代教育科学, 2017, (9):3-6.

[5] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书物理1必修[M]. 北京：人民教育出版社，2010:43-49.

[6] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书物理1必修教师教学用书[M]. 北京：人民教育出版社，2010:56.