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【教学理念阐述】
当前的科学课，“建立”类型的课比较多，教师通过各种手段帮助孩子建立科学概念、建立科学信念、建立科学情感、建立科学技能等等。孩子们也沉浸在科学老师为他们而建立的一个个“科学世界”里，并且从不怀疑。因为，倘若在孩子幼稚的认知里面，稍一萌发怀疑的幼苗，老师便会用一个事实来让孩子“眼见为实”，于是，孩子们便确信无疑。笔者发现，当下的科学老师真是太厉害了，厉害到他们想在孩子头脑中植入一条什么样的信念，便可以去植入，而且可以植入成功，孩子的头脑中一点防御体系都不曾建立，这样一个大脑又怎么可能是健康的呢？这不由地让我想起2010年美国大片《盗梦空间》里的一个观点：每个人的潜意识中都应该有属于自己的防御体系，来防备别人对自己思想的控制。然而，我们有没有教会孩子防御别人的思想，哪怕是正确的信息？“别让自己的头脑变成别人思想的跑马场！”（叔本华语）一旦科学课上孩子们的头脑成为老师思想的“跑马场”，科学和宗教又有什么不同？我以为，成功防御一种信息的植入与成功建立一个体系同样重要！
本课的目的就是要在孩子幼小的心灵里埋下一颗理性怀疑的种子，意识到逻辑在科学探究中的强大能量。现存于佛罗伦萨地方博物馆中的斜面木板、小青铜球和罗马式水漏等全套原有实验器件，以及详细记录于《关于力学和位置运动的两种新科学的对话和数学证明》中的实验过程，告诉人们伽利略是如何将数学推理方法与实验测量方法交相运用，从而得到自由落体加速度的值的。伽利略毕生崇尚科学，通过实验对运动进行科学分类，总结出落体定律和惯性定律，成为经典力学的奠基人。他把实验方法、归纳方法与数学的演绎方法结合起来，因而发现并建立了物理科学的真正方法。物理学家都说，这种方法至今仍在应用。后人把那座斜塔当作他的纪念之塔，乃在情理之中。把在比萨斜塔作落体实验的光荣归之于伽利略，并不违背历史的真实。
课堂上我们除了给孩子建立科学世界的技巧，还需要给孩子一种摧毁科学经典的勇气和力量！
【流程设计】
一、回归到历史的原点
1.首先让学生通过观察物体下落，画出下落物体的运动轨迹，认识到在周围的确有许多物体从高处落下是快慢不一的。
2.提出亚里士多德的观点：物体越重，下坠的倾向性越大，下落得也就越快；物体越轻，下坠的倾向性越小，下落得也就越慢；物体下落的快慢和它的重量成正比。（从日常经验来说，亚里士多德的总结是有一定道理的。）
3.在学生确信之后，出示伽利略的观点：物体下落的快慢与物体的重量无关，任何两个物体从高处自由落下，总是同时着地。
截然相反的观点激起学生的疑问——这两大科学家的pk究竟谁会赢？
意图剖析：
教学进行到此，学生们无一例外地提出通过实验来验证。然而，伽利略的铁球真的能够证明自己的观点吗？事实上，课堂上的孩子们仅仅能够拥有和伽利略当初相同的条件：将一些重物从高处落下，用肉眼观察物体下落的快慢，那么短的距离，那么小的差距能得出那样的结论吗？况且，在空气中完成的实验，符合伽利略的推论吗？孩子们想不到，他们只是坚信——眼见为实。其实，若眼见为实，魔术又当如何解释呢？
最初，伽利略也是通过实验观察发现如他预料的，比重大的物体下落速度略快于比重小的，只是并非如亚里士多德的假说所预言的下落速度与比重成正比。于是，伽利略想出了别的假说试图解释为什么实验结果与理论的预测不符，以及为什么比重小的物体的下落速度一开始会比比重大的快。最终他放弃了原先的假说，得出了这样的一个结论：在真空中（或在介质阻力可忽略时），任何物体，不管其重量、形状和比重，下落速度都是一样的。
这个结论的提出是惊世骇俗的，因为他打破了人们的日常观察的经验！凡是一个现象刚刚被发现，总有许多科学家提出各式各样的想法，各人凭着已知的自然定律，发表自己的一家之言，来解释观测到的现象。随着观测技术的进步和精度的提高，许多错误的想法和学说就自然被淘汰。经过这样的去芜存菁的过程，在时间的长河中沉淀下来的想法，就可能是正确的，不过也仅仅止于“可能”而已，因为任何科学的解释，都需要接受永恒的检验，没有任何科学理论能获得特殊而崇高的地位：让科学家闭上眼睛，给予完全的信赖。
科学，不是在镌刻真理，只是在研究现象。
在伽利略当时的条件下，没有真空，没有精确的计时工具（精确的计时工具从惠更斯发明机械钟开始，而这已经是伽利略以后的事情了），也没有高速摄像机，仅凭肉眼是无法观测到同时落地这一现象的。在我的课堂上，学生也是这样——孩子们仅凭借肉眼、凭经验、凭感觉将不同的重物从某一高度落下，然后作出结论，这本身就是浮躁的，但科学并不鼓励和提倡浮躁。相反，科学需要沉静和理性。
二、通过实验来验证两位科学巨匠的观点
1.在我的课堂上，孩子们也是仅凭借肉眼、凭经验、凭感觉将不同的重物从某一高度落下，然后得出结论。
2.使用照相机的摄影功能，把学生的“将不同的重物从某一高度落下”的实验过程拍摄下来。
3.通过电脑慢放软件，将重物落地的一瞬间反馈给学生——在大多数的情况下，重物总是先落地！
意图剖析：
如何摧毁学生的这种“简单的、眼见为实”的科学论证信念呢？
在这里，我使用了当前比较容易做到的照相机的摄影功能——用普通的数码照相机把学生的“将不同的重物从某一高度落下”的实验过程拍摄下来（当下一般的数码照相机都具有这个功能，并且许多孩子玩过这个功能），然后通过电脑软件慢放，将重物落地的一瞬间反馈给学生——在大多数的情况下，重物总是先落地！其实，当初伽利略经常做的实验是同时抛木球和铅球的实验。他报告一个奇怪的现象：一开始木球的下降速度比铅球还快，之后铅球逐渐赶上木球，领先木球落地。根据现在的物理学知识，如果考虑到空气阻力，铅球领先落地是预料中的，但是木球一开始领先铅球，则似乎是荒唐的。因此有人怀疑伽利略是不是真的做了实验。
在事实面前，在电脑呈现的重物落地一瞬间的录像面前，孩子们无语了——难道伽利略错了吗？
这时候孩子们一定在沉思：伽利略是怎么想到这个结论的？伽利略是怎么敢提出与周围常见现象相反的观点的？难道仅仅是为了挑战亚里士多德？为什么后人居然都相信伽利略，还不断证明他的观点正确？
三、引导学生了解科学的另一个武器——逻辑（思想实验）
1.呈现伽利略的推理过程。
伽利略在《关于两门新科学的对话》一书中，详细介绍了他的“思想实验”。根据当时教的亚里士多德的物理学，每个物体在每种介质中都有一个自然下落速度，在同一种介质中，物体的下落速度和它的重量成正比，物体越重，下落的速度越快。伽利略据此设想，有一重一轻两个球，重球的下落速度将比轻球快。再设想把这两个球绑在一起，速度慢的轻球会拖慢速度快的重球，因此它们一起下落的速度应介于它们各自下落的速度之间。但是两球合在一起的重量大于重球，它们一起下落的速度又应该比它们各自下落的速度都快。这样就出现了自相矛盾，因此亚里士多德的落体运动法则是不能成立的。
2.呈现后来科学家对伽利略的验证过程。
3.鼓励学生提出自己的“斜塔实验”，让学生带着疑惑下课。
意图剖析：
“拿出证据来！”我们的孩子习惯于“眼见为实”，搞科研的人更强调实证。所以，对五官不能感受的事物、现象和规律存在的真实性总是心里存疑。这是可以理解的。
然而，即便是实验科学，定律也并非仅仅是数据、资料的归纳。科学还有另一个武器——逻辑。这一节课只是让孩子们初步感知逻辑的力量。科学只是一个逻辑的框架，而且可能不是唯一一个用来检验事物的框架，更可能这个框架的大小正有待改进！因此放不进目前的科学框架来检验的事物不见得就是不存在的或不正确的，真正伟大的科学家所从事的工作，绝对不仅仅只是把新发现的现象拿来塞入既有的框架，看看它是否合乎“科学”；真正伟大的科学家的工作是不断地扩大这个框架，以使得科学能够应用在更多现象的圆满解释上。这正是在伽利略之后的那些科学家不断证明伽利略的定律的动力源泉，而科学就是在不断地挑战经典中向前发展的。
伽利略在研究自由落体的过程中，不仅做理论上的思辨提出假说，而且做实验对假说进行验证，根据实验的结果对假说进行修正，根据新的假说再对实验进行改进。这是历史上科学家首次系统地应用科学方法。虽然受古希腊自然哲学家和当时风气的影响，伽利略也热衷于在其公开著作中做逻辑思辨，有时甚至声称通过思辨而不做实验也能解决问题。但是他实际上更注重实验。在1640年的一封信中，伽利略如是说：“追求真理的可靠途径是把实验放在任何推理的前面，我们相信后者将会含有（至少是隐含）谬误，而一个合理的实验不可能与真理相对立。”在伽利略之前，从来没有人如此强调实验的重要性。所以伽利略被爱因斯坦称为现代物理学乃至现代科学之父，确实当之无愧。
当前的科学课，“建立”类型的课比较多，教师通过各种手段帮助孩子建立科学概念、建立科学信念、建立科学情感、建立科学技能等等。孩子们也沉浸在科学老师为他们而建立的一个个“科学世界”里，并且从不怀疑。因为，倘若在孩子幼稚的认知里面，稍一萌发怀疑的幼苗，老师便会用一个事实来让孩子“眼见为实”，于是，孩子们便确信无疑。笔者发现，当下的科学老师真是太厉害了，厉害到他们想在孩子头脑中植入一条什么样的信念，便可以去植入，而且可以植入成功，孩子的头脑中一点防御体系都不曾建立，这样一个大脑又怎么可能是健康的呢？这不由地让我想起2010年美国大片《盗梦空间》里的一个观点：每个人的潜意识中都应该有属于自己的防御体系，来防备别人对自己思想的控制。然而，我们有没有教会孩子防御别人的思想，哪怕是正确的信息？“别让自己的头脑变成别人思想的跑马场！”（叔本华语）一旦科学课上孩子们的头脑成为老师思想的“跑马场”，科学和宗教又有什么不同？我以为，成功防御一种信息的植入与成功建立一个体系同样重要！
本课的目的就是要在孩子幼小的心灵里埋下一颗理性怀疑的种子，意识到逻辑在科学探究中的强大能量。现存于佛罗伦萨地方博物馆中的斜面木板、小青铜球和罗马式水漏等全套原有实验器件，以及详细记录于《关于力学和位置运动的两种新科学的对话和数学证明》中的实验过程，告诉人们伽利略是如何将数学推理方法与实验测量方法交相运用，从而得到自由落体加速度的值的。伽利略毕生崇尚科学，通过实验对运动进行科学分类，总结出落体定律和惯性定律，成为经典力学的奠基人。他把实验方法、归纳方法与数学的演绎方法结合起来，因而发现并建立了物理科学的真正方法。物理学家都说，这种方法至今仍在应用。后人把那座斜塔当作他的纪念之塔，乃在情理之中。把在比萨斜塔作落体实验的光荣归之于伽利略，并不违背历史的真实。
课堂上我们除了给孩子建立科学世界的技巧，还需要给孩子一种摧毁科学经典的勇气和力量！
【流程设计】
一、回归到历史的原点
1.首先让学生通过观察物体下落，画出下落物体的运动轨迹，认识到在周围的确有许多物体从高处落下是快慢不一的。
2.提出亚里士多德的观点：物体越重，下坠的倾向性越大，下落得也就越快；物体越轻，下坠的倾向性越小，下落得也就越慢；物体下落的快慢和它的重量成正比。（从日常经验来说，亚里士多德的总结是有一定道理的。）
3.在学生确信之后，出示伽利略的观点：物体下落的快慢与物体的重量无关，任何两个物体从高处自由落下，总是同时着地。
截然相反的观点激起学生的疑问——这两大科学家的pk究竟谁会赢？
意图剖析：
教学进行到此，学生们无一例外地提出通过实验来验证。然而，伽利略的铁球真的能够证明自己的观点吗？事实上，课堂上的孩子们仅仅能够拥有和伽利略当初相同的条件：将一些重物从高处落下，用肉眼观察物体下落的快慢，那么短的距离，那么小的差距能得出那样的结论吗？况且，在空气中完成的实验，符合伽利略的推论吗？孩子们想不到，他们只是坚信——眼见为实。其实，若眼见为实，魔术又当如何解释呢？
最初，伽利略也是通过实验观察发现如他预料的，比重大的物体下落速度略快于比重小的，只是并非如亚里士多德的假说所预言的下落速度与比重成正比。于是，伽利略想出了别的假说试图解释为什么实验结果与理论的预测不符，以及为什么比重小的物体的下落速度一开始会比比重大的快。最终他放弃了原先的假说，得出了这样的一个结论：在真空中（或在介质阻力可忽略时），任何物体，不管其重量、形状和比重，下落速度都是一样的。
这个结论的提出是惊世骇俗的，因为他打破了人们的日常观察的经验！凡是一个现象刚刚被发现，总有许多科学家提出各式各样的想法，各人凭着已知的自然定律，发表自己的一家之言，来解释观测到的现象。随着观测技术的进步和精度的提高，许多错误的想法和学说就自然被淘汰。经过这样的去芜存菁的过程，在时间的长河中沉淀下来的想法，就可能是正确的，不过也仅仅止于“可能”而已，因为任何科学的解释，都需要接受永恒的检验，没有任何科学理论能获得特殊而崇高的地位：让科学家闭上眼睛，给予完全的信赖。
科学，不是在镌刻真理，只是在研究现象。
在伽利略当时的条件下，没有真空，没有精确的计时工具（精确的计时工具从惠更斯发明机械钟开始，而这已经是伽利略以后的事情了），也没有高速摄像机，仅凭肉眼是无法观测到同时落地这一现象的。在我的课堂上，学生也是这样——孩子们仅凭借肉眼、凭经验、凭感觉将不同的重物从某一高度落下，然后作出结论，这本身就是浮躁的，但科学并不鼓励和提倡浮躁。相反，科学需要沉静和理性。
二、通过实验来验证两位科学巨匠的观点
1.在我的课堂上，孩子们也是仅凭借肉眼、凭经验、凭感觉将不同的重物从某一高度落下，然后得出结论。
2.使用照相机的摄影功能，把学生的“将不同的重物从某一高度落下”的实验过程拍摄下来。
3.通过电脑慢放软件，将重物落地的一瞬间反馈给学生——在大多数的情况下，重物总是先落地！
意图剖析：
如何摧毁学生的这种“简单的、眼见为实”的科学论证信念呢？
在这里，我使用了当前比较容易做到的照相机的摄影功能——用普通的数码照相机把学生的“将不同的重物从某一高度落下”的实验过程拍摄下来（当下一般的数码照相机都具有这个功能，并且许多孩子玩过这个功能），然后通过电脑软件慢放，将重物落地的一瞬间反馈给学生——在大多数的情况下，重物总是先落地！其实，当初伽利略经常做的实验是同时抛木球和铅球的实验。他报告一个奇怪的现象：一开始木球的下降速度比铅球还快，之后铅球逐渐赶上木球，领先木球落地。根据现在的物理学知识，如果考虑到空气阻力，铅球领先落地是预料中的，但是木球一开始领先铅球，则似乎是荒唐的。因此有人怀疑伽利略是不是真的做了实验。
在事实面前，在电脑呈现的重物落地一瞬间的录像面前，孩子们无语了——难道伽利略错了吗？
这时候孩子们一定在沉思：伽利略是怎么想到这个结论的？伽利略是怎么敢提出与周围常见现象相反的观点的？难道仅仅是为了挑战亚里士多德？为什么后人居然都相信伽利略，还不断证明他的观点正确？
三、引导学生了解科学的另一个武器——逻辑（思想实验）
1.呈现伽利略的推理过程。
伽利略在《关于两门新科学的对话》一书中，详细介绍了他的“思想实验”。根据当时教的亚里士多德的物理学，每个物体在每种介质中都有一个自然下落速度，在同一种介质中，物体的下落速度和它的重量成正比，物体越重，下落的速度越快。伽利略据此设想，有一重一轻两个球，重球的下落速度将比轻球快。再设想把这两个球绑在一起，速度慢的轻球会拖慢速度快的重球，因此它们一起下落的速度应介于它们各自下落的速度之间。但是两球合在一起的重量大于重球，它们一起下落的速度又应该比它们各自下落的速度都快。这样就出现了自相矛盾，因此亚里士多德的落体运动法则是不能成立的。
2.呈现后来科学家对伽利略的验证过程。
3.鼓励学生提出自己的“斜塔实验”，让学生带着疑惑下课。
意图剖析：
“拿出证据来！”我们的孩子习惯于“眼见为实”，搞科研的人更强调实证。所以，对五官不能感受的事物、现象和规律存在的真实性总是心里存疑。这是可以理解的。
然而，即便是实验科学，定律也并非仅仅是数据、资料的归纳。科学还有另一个武器——逻辑。这一节课只是让孩子们初步感知逻辑的力量。科学只是一个逻辑的框架，而且可能不是唯一一个用来检验事物的框架，更可能这个框架的大小正有待改进！因此放不进目前的科学框架来检验的事物不见得就是不存在的或不正确的，真正伟大的科学家所从事的工作，绝对不仅仅只是把新发现的现象拿来塞入既有的框架，看看它是否合乎“科学”；真正伟大的科学家的工作是不断地扩大这个框架，以使得科学能够应用在更多现象的圆满解释上。这正是在伽利略之后的那些科学家不断证明伽利略的定律的动力源泉，而科学就是在不断地挑战经典中向前发展的。
伽利略在研究自由落体的过程中，不仅做理论上的思辨提出假说，而且做实验对假说进行验证，根据实验的结果对假说进行修正，根据新的假说再对实验进行改进。这是历史上科学家首次系统地应用科学方法。虽然受古希腊自然哲学家和当时风气的影响，伽利略也热衷于在其公开著作中做逻辑思辨，有时甚至声称通过思辨而不做实验也能解决问题。但是他实际上更注重实验。在1640年的一封信中，伽利略如是说：“追求真理的可靠途径是把实验放在任何推理的前面，我们相信后者将会含有（至少是隐含）谬误，而一个合理的实验不可能与真理相对立。”在伽利略之前，从来没有人如此强调实验的重要性。所以伽利略被爱因斯坦称为现代物理学乃至现代科学之父，确实当之无愧。