对于伽利略以“伽利略自由落体规律”如何培养学生科学素养

摘要：高中物理“自由落体运动”一课教学，教师要教给学生的不仅仅是自由落体知识，更重要的是通过伽利略对自由落体规律探究过程的生动再现，让学生在创新思维、逻辑推理、实验设计能力等方面有所收益，从而全面提高学生的科学素养。
关键词：创新思维逻辑推理实验设计科学素养
公元59年，伽利略建立了自由落体定律，它不仅是运动学中的第一个定量定律，更重要的是由此而产生了一种新的研究方法，即把数学推理与实验研究相结合的方法，为物理学的发展开辟了道路。伽利略在自由落体运动的研究中，在创新意识、实验设计、逻辑推理等方面表现出了超乎寻常的能力，通过这一课的教学，我们应从伽利略的科学精神中获得哪些启发，在哪些方面培养学生的科学素养呢？

一、培养学生独立思考、勇于创新的科学精神

在伽利略之前，人们把亚里士多德信奉为圣人，他的思想被奉为金科玉律。在当时，如果学生提出一个问题，老师只用一句话回答：“这是亚里士多德说的”，问者便不敢再怀疑了。而伽利略却与众不同，凡事不但喜欢想一想，并且要去试一试。59年，伽利略对亚里士多德的一个经典理论提出了怀疑。亚氏说，如果把两件东西从空中扔下，必定是重的东西先落地，轻的东西后落地。伽利略却认为是同时落地，在课堂上，我们要把他的这种敢于向传统挑战的精神呈现给学生，培养学生在认真观察、分析事物的基础上，敢于提出自己的见解，培养学生在课堂上敢于发言，大胆地提出独立见解的能力。在自由落体运动的课堂上，有个同学就提出：若让等重的钢球和铝球在空中同时下落，它们也会同时落地吗？这个问题提得非常好，至少说明了有一些同学已经具备了一定的创新意识，这是一个良好的开端，教师要进行积极的引导和鼓励，虽然学生的想法并不完善甚至可能是错误的，而事物的主要方面在于一种创新精神的体现。
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途径也较多，信息来源广。因此，注重和促进学生的思维能力的发展，培养学生的创新意识，往往比向学生传授知识更为迫切和重要。当学生具备了科学的思维方法和一定的创新意识，他们就能在当今的信息时代里，通过主动地努力，去获取知识，并运用知识去解决实际问题。同时，也为学生将来走向社会，进行科学研究，在科技创新领域获得更大的发展空间打下基础。

二、培养学生逻辑推理能力

“重东西当然比轻东西落得快”，这在当时是公认的道理，可是，伽利略利用逻辑推理的方法，一语揭穿了它的错误：如果把轻重两球捆在一起，从空中抛下，它落下时是比重球快还是比重球慢呢？当然支持亚氏观点的人自然会得出相互矛盾的两个答案而陷入尴尬的境地。其实生活中的许多问题都可以用逻辑推理的方法找到答案。例如，白光通过三棱镜可以分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光，这说明白光是由这七种单色光复合而成的，反之推理，通过一定的方式，这七种颜色的光应该能够复合成白光的。事实已经证明了这一点。
培养学生的逻辑思维能力有利于提高学生的解题能力。逻辑思维强调的是因果关系的一致性和必然性，要让学生知道，在解物理问题时，条件、结论以及解题过程都是遵循一定的逻辑关系的，违反了这个关系，就有可能导致错误的结果。这也是检查错题的基本指导思想。逻辑推理的方法应用到实验中可以达到现有的实验条件所达不到的目的，因为再先进的实验条件都无法达到理想状态，有时只有通过逻辑推理，才能达到理想状态的结论。教学中，要注意培养学生这方面的基础和逻辑推理能力。这些，对学生的成长和将来的发展有着深远的意义。

三、培养学生实验设计能力

我们都知道，自由落体的加速度是很大的，下落几十米的高度，也只有短短的几秒钟，伽利略时代所使用的滴水计时器由于误差较大，是无法满足实验要求的，这时他就想出了一个巧妙的办法来冲淡重力，把钢球放在摩擦很小的斜面上，它滚下的时间就会很长，比较容易测量，同时让小球在斜面的不同位置滚下，并且在不同的倾斜角重复该实验，通过逻辑推理的方法，提出自由落体规律。教学中，我们要把他在研究过程所遇到的困难和障碍呈现给学生，更重要的是强调他解决问题的巧妙方法，同时提出在现有的实验条件下，你如何研究自由落体运动的规律？需要哪些器材？如何设计实验步骤？要测量哪些物理量？如何探寻其中的规律，哪些环节会产生误差，如何减小实验误差？上述每一个环节的处理和解决，都是提高学生实验设计能力的锻炼机会。
学生的实验设计能力包括观察能力、操作能力、数据处理能力和实验报告能力。教学中，教师要做到：第一，鼓励学生勤观察，多思考，养成良好的观察习惯，同时，力所能及地创造条件，引导学生进行观察。第二，实验操作方面，教师要从基本仪器的使用方法、组装连接以及故障排除等方面进行指导。第三，要让学生明确，所有的实验活动都是为了获得正确的实验数据，所以，要指导学生具备一定的数据处理能力及处理方法，如解析法、图像法。第四，要指导学生设计实验报告以及如何完善实验报告的各个环节。只有这样，才能不断提高学生的实验操作和综合处理能力。
总之，在长期的物理教学中，我们不仅要教给学生知识，而且还要注意学生综合能力即科学素养的培养，在这一点上，对于学生的长远发展特别是将来走向社会，有着更为深远的意义。