“自由落体运动”教学中存在的问题分析

近年来，课堂教学模式的探讨一直是一线教师探讨的热点话题，实现高效课堂教学也是实现素质教育的重要组成部分之一，笔者从事高中物理教育教学的过程中，一直热衷于具体课堂教学设计的研究与思考，本文以具体一节课堂案例为研究载体，探讨教学过程中存在的问题及处理的具体措施，以飨读者.

1 实验呈现，引入话题

在高中物理的“自由落体运动”课堂教学中，教师为了改变学生依据生活经验所得出的物体越重下落越快的错误结论，常采用实验的方式对其进行演示，以比对的方式让学生观察到正确的结果.

由实验1和实验2可以得出如下结论：物体下落的速度快慢和物体质量无关.

2 针对实验，提出疑问

通过仔细分析可以发现，在上述实验中，影响实验结果的变量不仅有物体的质量，还有物体的形状，实验2在实验的过程中并没有严格遵循控制变量方法的要求，因此所得的结论缺乏严谨性.如果想要得到更严谨的论证，则需要运用流体阻力公式，然而此知识点在本节课堂教学中不在教学计划之内，也没有教学的必要.很多同学会存在这样的疑问：物体下落快慢如果和物体质量无关，那么为什么质量相同的纸片与卡片下落快慢不同呢？很多教师对此解释为纸片与卡片所受到的空气阻力不同，因此下落的速度也不同.这一回答巧妙化解了学生心中的疑问，回避了卡片和纸片谁受到的空气阻力大问题.由于物体所受空气阻力在自由落体运动的课堂教学中不做更深层次的研究，因此教师这样的解释可以很好地保证教学活动顺利进行.但是部分教师在课堂教学中遇到这一问题的时候，将其解释为纸片所受到的空气阻力较大，所以纸片下落的比卡片慢.教师这样的解释方法是错误的，不论其结论是否正确，只是缺乏理论依据和实验证明的思维模式就需要引人深思，这很可能会让学生依据生活经验，形成“力是物体维持运动状态原因”的错误认识与观念.因此，教师在课堂教学中对于这一问题有必要进行深层次的探讨.

3 针对问题，细化诠释

首先，教师要依据学生已经掌握的知识基础对此问题进行言之有效的解答.经过初中阶段的学习，学生已经可以理解与掌握：如果物体下落的速度有限，则其受到的空气阻力f与物体下落速度v成正比，即满足f=kv.现在假设纸片所受空气阻力大于卡片所受空气阻力，而且卡片与纸片形状完全一样，两者的阻力系数k也相同，依据物体所受空气阻力与速度之间的关系f=kv，则纸片下落速度v1要大于卡片下落速度v2.但是通过观察实验现象可以得知，卡片的下落速度v2要大于纸片的下落速度v1，即卡片下落的要比纸片快，假设所推导出的结论与实验现象不符，所以假设不正确.因此，纸片所受到的空气阻力应该小于卡片所受到的空气阻力.教师利用反证法对卡片和纸片所受空气阻力大小进行论证，既借助于学生已经掌握的知识基础，有利于学生对新知识的认识和理解，又可以纠正学生依据生活经验所形成的错误观念，有利于培养学生严谨的科学态度、逻辑思维能力和分析能力.同时，教师对于学生在课堂教学中产生的疑问也有了正面的回答和解释，有助于增强学生对教师教学能力的认可与信心，为建立良好的师生关系打下了坚实的基础.

其次，对于部分教师缺乏理论依据和实验证明而盲目给出错误结论的情况，卡片与纸片所受空气阻力大小也有进行详细论证的必要性.由于卡片和纸片在空气中所受浮力较小，因此二者所受的浮力可以忽略不计.以此为前提，依据牛顿第二定律，可以得到如下关系：

通过推理证明，我们可以知道卡片在下落过程中所受到的空气阻力大于纸片所受到的空气阻力，这与学生与部分教师依据生活经验所认为的“纸片因为所受空气阻力大，所以才比卡片下落速度慢”恰好相反，这说明生活经验虽然可以对学生的学习有所帮助，但是学生对知识的学习和认识，一定要建立在严密的逻辑推理和实事求是的科学态度上，否则只会适得其反，给学生正确的理解和掌握科学知识，以及形成正确的思维方法带来不利影响.

教师借助微积分知识对高中物理中的变力问题进行分析和证明，虽然已经超出高中物理课堂教学和课程标准的要求，但是从纠正学生和部分教师的错误观念方面来考虑，还是有其一定的必要性，这不仅因为知识推理证明过程中所反映的严谨、科学的求实态度为新课改所提倡，而且其对于帮助学生养成逻辑思维能力和认识到物理学科价值的作用不可估量.同时，在新课改背景下，高中物理教材对于“微分和极限”思想，以及变量包含的变化思想都非常的重视，因此高中教师在课堂教学中要有意识地向学生渗透，以强化学生的物理思维能力与分析能力，让学生对高中物理知识进行更深层次的分析与思考.

总而言之，自由落体运动为高中物理课堂教学中的重点和难点，学生很容易就会在物体所受空气阻力与下落速度两者之间的关系方面产生疑问，从而出现课堂实验现象和已有生活经验相矛盾的情况，教师在教学中不能对此采取含糊不清的应对方式，这样既不利于学生对知识的理解和掌握，又降低了教师在学生心中的威信.因此，高中物理教师在讲解自由落体运动的时候，一定要立足于实验演示的基础，采用反证法或者微积分法对在空气中自由落体运动的物体所受阻力情况进行科学严谨的分析和证明，以消除学生心中的疑问，帮助学生掌握分析问题的科学方法，培养学生的逻辑思维能力和分析能力，秉持实事求是的科学态度，进而让学生更好的认识到物理学科的奥妙所在.