基于核心素养科学推理教学案例评析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：培养学生的科学推理能力，需要加强物理基本规律的逻辑推理、演绎推理和类比推理教学，注重把科学史上的推理过程纳入课堂教学中。

培养学生的科学推理能力，需要加强物理基本规律的逻辑推理、演绎推理和类比推理教学，注重把科学史上的推理过程纳入课堂教学中。

★★举例：“伽利略对自由落体运动的研究”案例（片段）

复习提问：什么是自由落体运动，自由落体运动的规律有哪些？“物体下落的快慢与质量没有关系”在今天看来似乎并不难接受，但这个结论却是物理学家伽利略经历长时间的思考和实践才得出的。

日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总是比较快。比如，一个石块和一片树叶同时从同一高度掉下来，一定是石块先落地。所以在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的质量决定，物体质量越大下落越快。由于亚里士多德在各方面成就突出，人们将他的观点奉为经典，当时的教科书上这样写道：众多学者也认同。虽然也有人表示怀疑，但由于教会对他的结论进行了神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的质疑，直到伽利略通过推理的方法研究下落运动的规律并发表了著作。但是，伽利略受到了教会的迫害，在软禁中度过余生。

（提问学生，教师补充总结，启发思考。）

那么伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论的呢？

教师总结：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立了自己的理论。

（学生根据课本内容和查阅的资料分组讨论，在教师引导下回答。）

1.运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中(https://www.chuimin.cn)

用绳子把两块石头连在一起，由于总体质量大于任一石头，按亚里士多德的观点，其下落速度应大于任一石头单独下落的速度；另一方面，用绳子连在一起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头运动得快，小石头运动得慢，大石头必然会被小石头“向上拉”，使总体的运动速度小于大石头单独运动的速度。用同一观点分析同一问题却得到完全矛盾的两个结论，说明亚里士多德的观点是错误的。

（学生根据课本内容和查阅的资料分组讨论，小组推选一位同学发表讨论结果。）

2.运用理想模型猜想落体运动的规律

首先定义匀速运动，表明时间与通过空间的比例关系；然后再定义匀加速运动，用于表述时间与速度的关系。但在没有进行数学推导和实验研究之前，他对匀加速运动的认识十分模糊。一开始他的设想有两个：一个是速度的变化对时间来说是均匀的，即v与t成正比；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v与x成正比。后来发现，如果v与x成正比，将推导出荒谬的结论。所以伽利略的精力集中在v与t成正比的研究上。

（学生根据课本内容和查阅的资料分组讨论，汇总讨论结果。）

3.运用数学方法推导自由落体运动的数学表达式，以及可以直接测定的物理量之间的函数关系。在定义匀速运动的基础上，伽利略提出了第一定理：平均速度定理，即一个从静止开始匀加速运动的物体经过任一空间所用时间，等于这个物体以一个均匀速率经过同一空间所需的时间。这个均匀速率等于最高速率和加速刚开始前的速率的平均值。以第一定理为基础，伽利略又推出了第二定理，即一个从静止开始的匀速下落的物体所经过的各段距离的比等于经过这些距离对应所用的各个时间间隔的平方之比。伽利略又给出第二定理的另一种表述，即在相等的时间间隔里速度按自然数增加，而在这些相等的时间间隔里所经过的距离的增量之比则等于从1开始的奇数之比。至此，伽利略便完成了自由落体定律的数学表述。伽利略修正了早期对自由落体运动的一些错误提法，提出正确的表述，即在匀加速运动中，落体的瞬时速度正比于下落的时间，经过的距离正比于时间的平方。这样，并不需要测定瞬时速度，只要测定t与对应的s就可以了。

教师总结：伽利略对物体下落运动快慢问题的推理过程和实验探究过程，开启了自然科学走向实验索的阶段，为人类社会认识自然、改造自然提供了更科学的思维方法和实验方法。

点评：学生在教师的指引下，通过了解伽利略的推理过程，体会并学习伽利略所采用的科学的探究方法；通过探究过程，培养学生良好的思考、分析、解决问题的思路和习惯；通过了解伽利略对物体下落运动快慢问题的实验探究过程，认识伽利略有关实验的科学推理的思维和实验研究方法。

基于核心素养科学推理教学案例评析

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