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【摘 要】本文以《伽利略对自由落体运动的研究》一课为例，探讨从多角度开发文字、数据、实验、信息技术等多种课程资源，培养学生物理学科素养，落实物理课程立德树人教学目标的具体措施。
【关键词】课程资源 核心素养 育人功能
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2020）26-0083-03
教材是实施新课程的直接课程资源，但单一的课程资源难以承担全面落实培养学科核心素养的重任，需要教师在教学中开发多种课程资源。人教版教材《物理》（必修1）的《伽利略对自由落体运动的研究》是依据科学家研究落体运动的物理史实编写的，教材利用文字和图片资源介绍伽利略对自由落体运动的研究过程，让学生领略伽利略所创造的科学研究方法—— 实验和逻辑推理（包括数学演算）相结合的方法。教师依据教材这一课程资源，通常采用讲授或学生阅读教材后讨论交流等方式进行教学。这样的教学过程对物理观念（运动观念）等核心素养的培养有效果，但在培养学生科学思维（质疑创新）、科学探究（证据、解释）、科学态度与责任等物理素养上较难取得好效果。
下面以《伽利略对自由落体运动的研究》教学为例，探讨如何从开发文字、数据、实验、信息技术等多种课程资源入手，创造性开展教学工作，全面培养学生物理核心素养，落实物理课程的育人功能。
一、文字课程资源的开发与应用
教材是重要的文字课程资源，但教材通常受篇幅限制，在介绍科学家做科学研究的史实时对研究的过程做一些删减，会造成研究问题的思路在前后逻辑上不清晰。教师在这些地方增加必要的文字资源，可以帮助学生了解科学家思考问题时的前因后果。如在教材的“逻辑的力量”这个内容的后面增加下面的文字资源：
伽利略注意到在实际的下落实验中，轻物体确实落后于重物体，但这是由于空气的阻力造成的。他是怎样确信在真空里所有物体都下落同样快呢？他设想了一个实验，用铅、金和木做三个球。他在思想中让这三个球在水银、水里和空气里下落。在水银里，只有金球往下落。在水里金球和铅球往下落，而金球下落的比铅球更快。在空气里三个球都下落。这时金球与铅球下落速度没有差别，只有木球下落得稍慢一些。
接着，他做了如下巧妙的论证：如果我们事实上发现重量不同的物体在媒质中下落时，它们的速度的差别随媒质的密度减小而减小，那么媒质非常稀薄时这一差别会非常小而不能被觉察，于是就得出了物体在真空里下落情况的重要结论。他在《两门新科学》中写道：“鉴于这点，我认为如果人们完全排除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快。”
【学习活动设计】学生在阅读完这些文字材料后，讨论、交流下面的问题：
1.上面补充的这部分内容跟教材中“逻辑的力量”中的逻辑推理有什么关联？
2.通过对补充的内容和教材中“逻辑的力量”这两部分内容的学习，总结伽利略的研究方法。
3.如果你想让权威接受你的观点或者你想反驳权威的观点，那么需要怎样做才能更有说服力？
结合以上问题的讨论，谈谈你的看法。
【设计意图】教材在“逻辑的力量”中介绍了伽利略用归谬法驳斥亚里士多德的错误观点这一逻辑推理过程，学生体会到论证过程的严谨、巧妙，但如果仅仅据此推出“重物与轻物应该下落得同样快”的结论，那么总感到论据不是那么充分可信。补充了上面的文字资源后，学生能领略到伽利略的推理过程逻辑严密，证据充分可信。学生经历这样的学习过程后，能充分领略伽利略“运用逻辑得出推论→通过理想实验对推论进行检验”的科学研究方法;领悟“基于证据和逻辑发表自己的见解，不迷信权威”是产生创新思维的先决条件，从而培养学生的科学论证、质疑创新、科学态度与责任等素养。
二、数据课程资源的开发与应用
科学探究需要基于证据得出结论并作出解释，如果在介绍科学家做科学探究的实验史实时，能够再现科学家研究的真实手稿和實验数据，那么科学家的这种精神会起到潜移默化的作用，帮助学生形成严谨认真、实事求是的科学态度。如在教材“实验验证”这一内容中介绍伽利略做斜面实验时，向学生展示伽利略的数据手稿。
【学习活动设计】向学生展示伽利略的数据手稿后，让学生认真观察手稿和数据，讨论、交流下面的问题：
1.你能从手稿中的数据上发现什么规律吗？除了数字和规律外，手稿上还能有其他的发现吗？
2.从伽利略手稿的字迹情况我们可以推测：第一列的数据“1，4，9，16，…，64”是后来加上去的，第三列数据是伽利略根据测量数据计算所得，有几个地方涂改，似乎是伽利略在实验后对数据作了修正。假设以上推测正确，那么请猜想，伽利略在研究过程中做过哪些思考？（说明：由于数据手稿年代太久，拍出的照片印刷后看不清楚，故未在此处印刷出来。但在课堂上可以借助多媒体设备将数据手稿图片展示给学生观察，学生可以发现手稿上数据有涂改的痕迹）
3.结合以上的讨论，对通过分析证据的疏漏来反驳他人的观点的做法谈谈你的看法。
【设计意图】引导学生分析伽利略的数据手稿中透露出的信息，判断伽利略猜想的位移与平方关系并不是从实验得到，而是先有了猜想，再用实验加以验证而得到的，使学生领悟“实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来”的科学研究方法，培养学生的批判性思维意识、能基于证据大胆质疑等素养。
三、实验课程资源的开发与应用
物理学是以实验为基础的学科，学生在学习物理学史上的重要实验时，教师如果能够开发出相应的实验课程资源，让学生亲自动手实验或者观看演示实验，那么对提升学生的物理核心素养是大有帮助的。如在教材《实验验证》中，利用文字和图片资源介绍了伽利略做铜球沿斜面运动的实验过程，学生没有动手实验的经历和体验，很难体会伽利略当时实验的困难和采用的实验方案之巧妙。 【学习活动设计】教师可以买一段长约 3 米的铝合金窗帘导轨作为斜面轨道，拿物理实验室的钢球代替铜球，让学生动手重现伽利略当时的实验情景，如图 1 所示。
1.把长约 3 米的铝合金导轨放在水平桌面上，将一端垫高（斜面倾角在 5°左右），一个学生负责从轨道顶端静止释放钢球，另外几个学生分坐在轨道两侧，负责记录钢球滚下时的各个位置。
2.打开节拍器，刚好在某节拍时静止释放小球，轨道两旁的学生负责在轨道上记录小球在接下来的几个节拍时到达的位置。
3.用米尺量出轨道顶端释放点到各个记录位置的距离 x，看看是否满足 x∝t2 的关系。
4.改变轨道的倾角大小（斜面倾角在 5°左右），重复以上实验步骤。
【设计意图】让学生在课堂上开展合作学习、探究学习，通过动手实验体会伽利略当年想精确做好斜面实验的困难，认识到在当时的条件下仅仅依靠实验或仅仅依靠推理都是不能得出落体运动规律的，从而深刻领悟“必须把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐结合起来”才能得出落体运动规律的研究方法。培养学生的合作意识、团队精神及科学探究等素养。
四、信息技术课程资源的开发与应用
物理学是以实验为基础的学科，但有些实验现象在常规条件下难以观察清楚，随着信息技术的发展和应用，可以借助信息技术来突破这一难题，观察到以往看不到的现象。
【学习活动设计】学生在学习完本节的内容后，讨论交流下列问题。
1.在学习本节课之前，你对“一个物体下落的快慢跟什么因素有关”是怎样认识的？
2.在学习完本节课之后，你对“一个物体下落的快慢跟什么因素有关”是怎样认识的？
3.设想你现在教学楼二楼，两手在同一高度上分别握住一轻一重两个铁球，当你同时由静止释放这两个铁球时，预测两球在空中下落的快慢情况是什么样的？
4.播放教师在教学楼二楼同时释放一轻一重两个铁球下落的视频（也可以带领学生现场做，考虑到安全问题，建议教师提前录好视频），让学生观察两个铁球的下落快慢情况。教师再利用软件来慢放视频，让学生再次观察两个铁球下落的快慢情况。
5.观察结果。在开始阶段是轻的铁球走在重的鐵球的前面。介绍伽利略的记录：“如果从塔上落下两个同体积的球，其中一个比另一个重一倍，我们会发现重的到达地面并不比轻的快一倍。其实，在运动开始时，轻物会走在重物的前面，在一段距离内要比重物快。”（解释原因：由于人在握住重的铁球时手会握得更紧，释放的时候会略为延缓，导致轻球走在重球前面的情况）
【设计意图】此实验说明伽利略确实是做过两个铁球同时下落的实验，并且实事求是地记录了实验结果，让学生学习科学家实事求是的科学态度。伽利略在研究落体运动的过程不是一帆风顺的，经历了曲折的摸索过程，从开始是亚里士多德的维护者逐渐转变为反对者。学生从这些物理史实中体会科学知识的本质—— 科学知识是长期积累的结果，做科学研究需要有持之以恒的毅力。学习和领悟“基于证据和逻辑发表自己的见解，不迷信权威”是产生创新思维的先决条件。培养学生的科学探究、科学态度与责任等素养。
《普通高中物理课程标准（2017 年版）》在实施建议中指出：“物理教师应根据普通高中物理课程标准的基本理念、课程目标和物理学科核心素养的要求，结合教学的实际情况，创造性地开展教学工作，将物理学科核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程。”本节课通过开发多种教学资源来创造性地开展教学工作，让学生在一系列的学习活动中体验和感悟科学方法及其本质，发展学生的物理核心素养，实现物理课程的育人功能和立德树人的根本任务。
【参考文献】
[1]向义和.大学物理导论：物理学的理论与方法、历史与前沿（上册）[M].北京：清华大学出版社，1999.
[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2005.
【基金项目】本文系东莞市名师工作室专项课题“基于学科素养培养的高中物理课堂教学研究”（课题编号：mskt2019073）阶段性研究成果之一。
【作者简介】张 峰（1972— ），男，湖北省丹江口市人，教育硕士，中学高级教师，广东省东莞市第一中学物理教师，广东教育学会物理教学专业委员会理事，东莞市名师工作室主持人。
（责编 卢建龙）
【关键词】课程资源 核心素养 育人功能
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2020）26-0083-03
教材是实施新课程的直接课程资源，但单一的课程资源难以承担全面落实培养学科核心素养的重任，需要教师在教学中开发多种课程资源。人教版教材《物理》（必修1）的《伽利略对自由落体运动的研究》是依据科学家研究落体运动的物理史实编写的，教材利用文字和图片资源介绍伽利略对自由落体运动的研究过程，让学生领略伽利略所创造的科学研究方法—— 实验和逻辑推理（包括数学演算）相结合的方法。教师依据教材这一课程资源，通常采用讲授或学生阅读教材后讨论交流等方式进行教学。这样的教学过程对物理观念（运动观念）等核心素养的培养有效果，但在培养学生科学思维（质疑创新）、科学探究（证据、解释）、科学态度与责任等物理素养上较难取得好效果。
下面以《伽利略对自由落体运动的研究》教学为例，探讨如何从开发文字、数据、实验、信息技术等多种课程资源入手，创造性开展教学工作，全面培养学生物理核心素养，落实物理课程的育人功能。
一、文字课程资源的开发与应用
教材是重要的文字课程资源，但教材通常受篇幅限制，在介绍科学家做科学研究的史实时对研究的过程做一些删减，会造成研究问题的思路在前后逻辑上不清晰。教师在这些地方增加必要的文字资源，可以帮助学生了解科学家思考问题时的前因后果。如在教材的“逻辑的力量”这个内容的后面增加下面的文字资源：
伽利略注意到在实际的下落实验中，轻物体确实落后于重物体，但这是由于空气的阻力造成的。他是怎样确信在真空里所有物体都下落同样快呢？他设想了一个实验，用铅、金和木做三个球。他在思想中让这三个球在水银、水里和空气里下落。在水银里，只有金球往下落。在水里金球和铅球往下落，而金球下落的比铅球更快。在空气里三个球都下落。这时金球与铅球下落速度没有差别，只有木球下落得稍慢一些。
接着，他做了如下巧妙的论证：如果我们事实上发现重量不同的物体在媒质中下落时，它们的速度的差别随媒质的密度减小而减小，那么媒质非常稀薄时这一差别会非常小而不能被觉察，于是就得出了物体在真空里下落情况的重要结论。他在《两门新科学》中写道：“鉴于这点，我认为如果人们完全排除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快。”
【学习活动设计】学生在阅读完这些文字材料后，讨论、交流下面的问题：
1.上面补充的这部分内容跟教材中“逻辑的力量”中的逻辑推理有什么关联？
2.通过对补充的内容和教材中“逻辑的力量”这两部分内容的学习，总结伽利略的研究方法。
3.如果你想让权威接受你的观点或者你想反驳权威的观点，那么需要怎样做才能更有说服力？
结合以上问题的讨论，谈谈你的看法。
【设计意图】教材在“逻辑的力量”中介绍了伽利略用归谬法驳斥亚里士多德的错误观点这一逻辑推理过程，学生体会到论证过程的严谨、巧妙，但如果仅仅据此推出“重物与轻物应该下落得同样快”的结论，那么总感到论据不是那么充分可信。补充了上面的文字资源后，学生能领略到伽利略的推理过程逻辑严密，证据充分可信。学生经历这样的学习过程后，能充分领略伽利略“运用逻辑得出推论→通过理想实验对推论进行检验”的科学研究方法;领悟“基于证据和逻辑发表自己的见解，不迷信权威”是产生创新思维的先决条件，从而培养学生的科学论证、质疑创新、科学态度与责任等素养。
二、数据课程资源的开发与应用
科学探究需要基于证据得出结论并作出解释，如果在介绍科学家做科学探究的实验史实时，能够再现科学家研究的真实手稿和實验数据，那么科学家的这种精神会起到潜移默化的作用，帮助学生形成严谨认真、实事求是的科学态度。如在教材“实验验证”这一内容中介绍伽利略做斜面实验时，向学生展示伽利略的数据手稿。
【学习活动设计】向学生展示伽利略的数据手稿后，让学生认真观察手稿和数据，讨论、交流下面的问题：
1.你能从手稿中的数据上发现什么规律吗？除了数字和规律外，手稿上还能有其他的发现吗？
2.从伽利略手稿的字迹情况我们可以推测：第一列的数据“1，4，9，16，…，64”是后来加上去的，第三列数据是伽利略根据测量数据计算所得，有几个地方涂改，似乎是伽利略在实验后对数据作了修正。假设以上推测正确，那么请猜想，伽利略在研究过程中做过哪些思考？（说明：由于数据手稿年代太久，拍出的照片印刷后看不清楚，故未在此处印刷出来。但在课堂上可以借助多媒体设备将数据手稿图片展示给学生观察，学生可以发现手稿上数据有涂改的痕迹）
3.结合以上的讨论，对通过分析证据的疏漏来反驳他人的观点的做法谈谈你的看法。
【设计意图】引导学生分析伽利略的数据手稿中透露出的信息，判断伽利略猜想的位移与平方关系并不是从实验得到，而是先有了猜想，再用实验加以验证而得到的，使学生领悟“实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来”的科学研究方法，培养学生的批判性思维意识、能基于证据大胆质疑等素养。
三、实验课程资源的开发与应用
物理学是以实验为基础的学科，学生在学习物理学史上的重要实验时，教师如果能够开发出相应的实验课程资源，让学生亲自动手实验或者观看演示实验，那么对提升学生的物理核心素养是大有帮助的。如在教材《实验验证》中，利用文字和图片资源介绍了伽利略做铜球沿斜面运动的实验过程，学生没有动手实验的经历和体验，很难体会伽利略当时实验的困难和采用的实验方案之巧妙。 【学习活动设计】教师可以买一段长约 3 米的铝合金窗帘导轨作为斜面轨道，拿物理实验室的钢球代替铜球，让学生动手重现伽利略当时的实验情景，如图 1 所示。
1.把长约 3 米的铝合金导轨放在水平桌面上，将一端垫高（斜面倾角在 5°左右），一个学生负责从轨道顶端静止释放钢球，另外几个学生分坐在轨道两侧，负责记录钢球滚下时的各个位置。
2.打开节拍器，刚好在某节拍时静止释放小球，轨道两旁的学生负责在轨道上记录小球在接下来的几个节拍时到达的位置。
3.用米尺量出轨道顶端释放点到各个记录位置的距离 x，看看是否满足 x∝t2 的关系。
4.改变轨道的倾角大小（斜面倾角在 5°左右），重复以上实验步骤。
【设计意图】让学生在课堂上开展合作学习、探究学习，通过动手实验体会伽利略当年想精确做好斜面实验的困难，认识到在当时的条件下仅仅依靠实验或仅仅依靠推理都是不能得出落体运动规律的，从而深刻领悟“必须把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐结合起来”才能得出落体运动规律的研究方法。培养学生的合作意识、团队精神及科学探究等素养。
四、信息技术课程资源的开发与应用
物理学是以实验为基础的学科，但有些实验现象在常规条件下难以观察清楚，随着信息技术的发展和应用，可以借助信息技术来突破这一难题，观察到以往看不到的现象。
【学习活动设计】学生在学习完本节的内容后，讨论交流下列问题。
1.在学习本节课之前，你对“一个物体下落的快慢跟什么因素有关”是怎样认识的？
2.在学习完本节课之后，你对“一个物体下落的快慢跟什么因素有关”是怎样认识的？
3.设想你现在教学楼二楼，两手在同一高度上分别握住一轻一重两个铁球，当你同时由静止释放这两个铁球时，预测两球在空中下落的快慢情况是什么样的？
4.播放教师在教学楼二楼同时释放一轻一重两个铁球下落的视频（也可以带领学生现场做，考虑到安全问题，建议教师提前录好视频），让学生观察两个铁球的下落快慢情况。教师再利用软件来慢放视频，让学生再次观察两个铁球下落的快慢情况。
5.观察结果。在开始阶段是轻的铁球走在重的鐵球的前面。介绍伽利略的记录：“如果从塔上落下两个同体积的球，其中一个比另一个重一倍，我们会发现重的到达地面并不比轻的快一倍。其实，在运动开始时，轻物会走在重物的前面，在一段距离内要比重物快。”（解释原因：由于人在握住重的铁球时手会握得更紧，释放的时候会略为延缓，导致轻球走在重球前面的情况）
【设计意图】此实验说明伽利略确实是做过两个铁球同时下落的实验，并且实事求是地记录了实验结果，让学生学习科学家实事求是的科学态度。伽利略在研究落体运动的过程不是一帆风顺的，经历了曲折的摸索过程，从开始是亚里士多德的维护者逐渐转变为反对者。学生从这些物理史实中体会科学知识的本质—— 科学知识是长期积累的结果，做科学研究需要有持之以恒的毅力。学习和领悟“基于证据和逻辑发表自己的见解，不迷信权威”是产生创新思维的先决条件。培养学生的科学探究、科学态度与责任等素养。
《普通高中物理课程标准（2017 年版）》在实施建议中指出：“物理教师应根据普通高中物理课程标准的基本理念、课程目标和物理学科核心素养的要求，结合教学的实际情况，创造性地开展教学工作，将物理学科核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程。”本节课通过开发多种教学资源来创造性地开展教学工作，让学生在一系列的学习活动中体验和感悟科学方法及其本质，发展学生的物理核心素养，实现物理课程的育人功能和立德树人的根本任务。
【参考文献】
[1]向义和.大学物理导论：物理学的理论与方法、历史与前沿（上册）[M].北京：清华大学出版社，1999.
[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2005.
【基金项目】本文系东莞市名师工作室专项课题“基于学科素养培养的高中物理课堂教学研究”（课题编号：mskt2019073）阶段性研究成果之一。
【作者简介】张 峰（1972— ），男，湖北省丹江口市人，教育硕士，中学高级教师，广东省东莞市第一中学物理教师，广东教育学会物理教学专业委员会理事，东莞市名师工作室主持人。
（责编 卢建龙）