王蔚　袁雪平

[摘           要]  将科学论证过程融入五年制高职物理课堂中，可提升学生的科学思维。在“自由落体运动”教学中，将传统的演示实验教学重新进行教学设计，加入学生设计实验方案的过程，学生观察实验，开展论证，同时要求学生课后完成探究报告，并开展学生互评等过程，引导学生体验科学论证的过程，培养学生的核心素养。

[关    键   词]  五年制高职;物理;论证教育;科学思维

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）36-0150-02

近年来，五年制高等职业教育普遍重视学生核心素养的培养。通过教学改革，重点是加强对学生能力、性格和价值观的培养，以满足学生的终身发展和未来的社会需求。作为五年制高职的基础学科，物理学在培养学生的科学素养中起着非常重要的作用。科学思维是物理核心素养的重要方面。在物理教学中，教师应使学生敢于求真质疑、尊重证据、严格的科学态度，同时培养学生运用科学思维方法解决实际问题的能力。笔者在五年制高职物理教学中进行了一些实践，重点加强了学生科学论证能力的培养。

本文以自由落体运动探究为主线进行论证式教学重构，包括指导学生设计实验方案，完成实验，收集实验数据，分组汇报结果。同时，要求学生课后写探究报告，进行互相评价，引导学生参与体验科学论证的过程，激发学生理性思考物理现象，培养学生的科学思维。

一、情景引入，提出问题

教师演示：将小金属球和纸片举高，同时释放，金属球和纸片从静止开始下落。可以看到，金属球先落地，纸片后落地。教师介绍亚里士多德的观点：“重的物体比轻的物体下落得快。”物体下落的过程有没有一定的规律可循呢？要求学生扮演科学家身份完成一个课题——“探究自由落体运动”。

教师：影响物体下落速度的可能因素有哪些？质量、形状、體积？你能证明你的观点吗？

二、分组初步实验探究

提示课堂中可以使用的实验器材，硬币（若干一元和五角）、纸片、羽毛、胶带纸。按教师事先准备好的提示模板，进行实验方法设计，讨论。每组用白板展示实验方案、观察到的现象和结论。

现象和结论1：同时释放一枚一元硬币和一个与硬币面积相同的纸片，硬币和纸片从同一高度开始下落，可以观察到硬币比纸片下落得快，说明质量大的物体下落得快。

现象与结论1：1元硬币与一张纸片同时下落，纸片面积与硬币相同。可以看出，硬币比纸下落得快，这说明重的物体下落得快。

现象和结论2：取两张相同的纸片，将其中一张团成小纸球，让纸片和纸球从相同的高度同时释放，可以看出纸球的下落速度比纸片快，说明相同质量形状较小的物体下落得快。

现象和结论3：当1元硬币和5角硬币同时从同一高度释放时，可以看到它们下落的速度是一样的，这表明不同质量的物体下落的速度是一样的。

三、初步论证归纳：影响物体下落快慢的因素究竟是什么

指导学生阅读课本伽利略的“两难推理”，了解“归谬”论证法。伽利略设想把大石头和小石头连成一体，运用亚里士多德的论断作为前提，来推理这个连体的下落速度，得出自相矛盾的结论，故亚里士多德“重的物体比轻的物体下落得快”的论断是错误的。

教师实验演示“牛顿管”的实验。将牛顿管的阀门打开，迅速倒置，看到小铁片比羽毛先落到管底。将牛顿管抽气后关闭阀门，迅速倒置，看到小铁片和羽毛，几乎同时落到管底。

启发学生得出结论：空气阻力是影响落体运动速度的主要因素，如果没有空气阻力，只在重力作用下，那么，不同质量的物体下落快慢是相同的。

四、资料学习

引导学生阅读课本上关于自由落体运动的定义和特点，使学生了解什么样的运动称为自由落体运动。需要满足两个条件：一是初速度为零;二是只受重力作用，不受阻力作用。

资料：物理探究小组进行自由落体运动实验时，用相机频闪模式拍得两张照片A和B，教师向学生展示照片，照片A拍摄的是质量相同的纸片和纸团从同一高度下落，照片B拍摄的是体积相等的铅球和木球从同一高度下落，引导学生讨论照片中观察到的现象。

教师：引导学生思考什么样的物体可以看成自由落体：

地球表面附近有大气层，当一个物体从高处落下时，它会受到空气阻力。因此，严格地说，在现实生活中，只受重力的自由落体运动是不存在的。

如果一个物体下落时，所受的阻力和重力小得多，它的下落就可以看作是自由下落。例如，固体金属球、硬币、小石头等，在其运动速度较小的情况下，可以忽略空气阻力的影响，将其自由落体视为自由落体运动。

但如果它们从很高的地方开始下落，情况就不同了。当它们的速度增大到一定程度时，空气阻力就不能忽视了，所以它们运动的整个过程就不能被认为是自由落体。

对于其他物体，如纸、棉花、羽毛等，从空中落下时，与重力相比，空气阻力的作用太大，不容忽视，其运动不能视为自由落体。

五、论证自由落体运动的规律是匀加速直线运动，估算自由落体加速度

教师：自由下落的物体位置的变化很快，凭眼睛观察记录难以准确。其实，用数码相机连拍功能可以记录重物的下落过程。实验中使用的照相具有运动连拍模式或多次曝光模式（要求每秒10桢以上）。可将金属球置于一个高2米的刻度尺前自由下落，连续多次拍摄质量不等的3个小金属球的自由下落的过程。

引导学生分组实验，并将实验结果讨论分析，提示学生注意观察运动的轨迹、关注速度与时间的关系、位移与时间的关系、误差原因等要素。得出自由落体运动的规律，要求学生在每个组的白板上，写出观察和分析的结果。下图为某组学生使用相机连拍功能的小球的自由落体图片。

结论1：自由落体运动的轨迹是一直线。

结论2：重物做自由落体运动的过程中，其速度越来越大。

结论3：位移与时间平方成正比。

结论4：影响实验精确度的因素主要是阻力。

实验探究结果：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

师：介绍自由落体仪，然后测量数据（演示实验）。

结论1：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

结论2：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。

结论3：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

六、就学生分组探究的部分进行反思与交流

讨论：在现实资料中显示，雨滴大约在1.5 km左右的高空形成并开始下落，计算一下，若该雨滴做自由落体运动，到达地面时的速度是多大？遇到过这样快速的雨滴吗？据资料显示，落到地面的雨滴速度一般不超过8 m/s。为什么它们的差别会这么大？

七、完成科学探究报告

将科学研究报告的模板发放给学生，要求学生课后，按模板完成研究报告，要求报告中应包括探究目的、探究方法，科学论证过程以及探究的结论。完成科学探究报告的目的，是帮助学生更加深入理解论证过程与论证方法。

八、同行评议阶段

报告完成之后组织进行同行评审，学生分享和批判其他同学的论证过程，按教师提供的评分标准进行评价。评审阶段也是科学论证的一部分，让学生进行角色扮演，模仿科学家基于评分标准为其他同学提供评价反馈，确定同行研究报告中的优点和不足，提出合理的改进建议。

九、修改报告

最后，学生根据同学的反馈和评分修改报告，提交给老师。

科学思维是科学素养的重要组成部分。将科学论证过程合理地融入物理教学中，可以培养学生的科学思维，提高学生的核心素养。

参考文献：

[1]张春丽，袁光秀.提升学生科学论证能力的课堂教学实践案例[J].物理教学探讨2018，36（9）：4-7.

[2]马亚鹏，伏雅洁.科学论证取向的高中物理欧姆定律教学研究[J].中学物理教学参考，2019，48（3）：8-11.

[3]郑颖，梁平，张军朋.高中物理科学论证能力的内涵及其认知表现层次[J].物理教师，2018，39（5）：6-9.

[4]張春丽，陈颖.关于高中物理实施“科学论证教学”的调研与思考[J]，物理教师，2018，39（5）：2-9.

◎编辑 张 慧