“探究功與物體速度變化關系”的教學設計
2008-04-29 00:00:00張新華
物理教學探討 2008年7期
根據《新課標》的要求，高中物理課程應“促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探索、勇于實驗、勤于思考。”可見，探究式學習不僅是新課標的重要組成部分，還是培養學生創新精神和實踐能力的途徑。目前我國的基礎教育中，以教師為中心的灌輸式學習方式與以學生為中心的探究式學習方式使用比例嚴重失調，致使學生創新和實踐的意識和能力未得到很好的培養。筆者于2007年3月14日有幸在臺州市普通高中新課程物理（2）培訓會議中上了一節示范課“探究功與物體速度變化的關系”，進行了探究式教學嘗試，收到了很好的效果。在此向各位同仁介紹筆者的主要教學過程，旨在和大家一起探討。
教學過程
1 新課引入
教師引導學生從方法上復習舊知：前幾節課中，我們研究了重力做功與重力勢能的關系，從而確立了重力勢能的表達式；類似地，探究彈力做功與彈性勢能的關系，從而確立彈性勢能的表達式。那么，如何確立動能的表達式呢？
2 新課教學
2.1 由“玩彈弓”所想到的
回憶童年的樂趣，教師演示“玩彈弓”（學生興趣一下子被調動起來，課堂氣氛十分濃烈）。引導學生思考：橡皮筋伸長，產生彈力，在形變恢復的過程中，對小石子做了功；另一方面，小石子離開弓獲得速度。請猜想：小石子離開彈弓的速度與哪些因素有關？（讓學生根據已有的生活經驗，小組討論，盡量多地回答，如橡皮筋的拉長量、勁度系數、小石子的質量、空氣阻力…）
概括學生的回答，提出本節課的課題——探究功與物體速度變化的關系。
進一步提問：如何測定橡皮筋恢復形變過程對小石子做的功？（本節課教學的難點，讓學生在思考討論中解決難點，初步形成實驗方案。）橡皮筋的彈力是變力，變力做功很難計算，若將若干條規格相同的橡皮筋并聯，每次拉伸相同的長度，易得到倍數的功。
2.2 實驗方案的確定
讓學生相互討論，逐步形成課本的設計方案，并指出實驗器材有：長木板（有墊木）、小車、電火花打點計時器、紙帶若干、橡皮筋若干…
多媒體投影預習思考題（學生積極回答，老師肯定學生的正確之處，科學地進行評價。）
（1）探究過程中，我們是否需要測出橡皮筋做功的具體數值？
（2）每次實驗中橡皮筋拉伸的長度有什么要求？
（3）小車獲得的速度怎樣計算？
（4）你能找出表格一、表格二中y與x的函數關系嗎？
（其中第4題是數據處理題，也是本節課的教學難點，讓學生在坐標紙上運用圖象法找出y與x的關系。采用先行組織教學策略，暗示著本節課的實驗環節可能會用到圖象轉換法處理實驗數據，進而突破教學難點。）
2.3 分組實驗
四人一組，進行實驗，操作中注意以下幾個問題。
（1）小車在木板上運動時會受到阻力，可以采用什么方法進行補償？
（2）紙帶上的點距并不都是均勻的，應該采用那些點距來計算小車的速度？為什么？
（3）根據測出的數據，怎樣預測功與速度的關系？用圖象法研究功與速度的關系時怎樣使研究過程簡便直觀？
在實驗過程中，教師巡視指導——個別性問題個別指導；共同性問題集體指導。
2.4 成果交流與評價
指導學生設計實驗數據表格，并投影部分學生設計的表格，讓學生評價各自的優點和缺點。
投影展示某組學生自行設計的實驗數據表格。
通過對表格中彈力做功W和小車獲得的速度v的關系討論，只能得到“彈力做功越多，小車獲得的速度越大”的結論。
若作出功——速度曲線，可更直觀反映它們的關系。
投影展示某組學生作出的功——速度曲線。
教師強調作圖的注意事項：坐標軸的選取、比例的選定、畫圖時用平滑的曲線連接等。
由于W和v的關系圖線不是一條直線，因此橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度關系不是正比例關系。由圖線中可以看到它們到底是哪一種關系？（由數學知識知：W是v的冪函數）
猜測可能是：W∝v2、W∝v3
方法一：可以計算出相對應速度的值，判斷與哪一種更接近。
方法二：作出W-v2、W-v3圖線。（方便又直觀）
投影展示某組學生自行設計的實驗數據表格。（在原表格上添加了一項）
（讓學生表述：力對物體做功與物體速度平方的變化成正比。）
3 歸納與拓展
3.1 歸納“探究力對物體做功和速度變化的關系”的實驗方案
①功的測量
位移相同，力不同橡皮筋法
力相同，位移不同重力法
②速度測量打點計時器光電門
由上面分析，組合得到四種實驗方案：“橡皮筋法+打點記時器”、“橡皮筋法+光電門”、“重力法+打點記時器”、“重力法+光電門”。
（引導學生總結，互相補充完善。）
3.2 拓展：借助Excel軟件進行數據處理
（課本18頁“做一做”，激學生強烈的求知欲望，有效地將課內延伸到課外。）（注：圖在文后）
課后體會
本案例是一個探究式學習的課堂教學設計，整個設計貫穿學生自主構建知識這一主線，抓住了探究式學習的本質和核心，充分調動了學生學習的主動性，通過本次探究式教學嘗試，主要有以下兩點體會：1.教學前應激發學生的探究欲望，引發其認知沖突；2.活動中，應讓學生體驗科學探究的過程，領悟科學研究的方法。
(欄目編輯趙保鋼)
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
