在實驗與理論結合中進行有效探究

徐慧　余蘇萍

一、引入過程

通過生活中的現象加深學生對動能的感知，投影圖片：子彈穿過蘋果、洪水沖壞房屋和狂風吹翻雨傘，如圖1、圖2、圖3。

師：生活中我們能感受到下面的情況，物體由于運動而具有能量，這樣的能量我們稱為“動能”。投影：動能定義：物體由于運動而具有的能量。

（設計意圖：從學生對動能的感受出發，得出動能的定義，并進一步進行研究。）

二、探究動能的表達式

師：對于動能我們有粗淺的認識，可能和哪些因素有關？

生：質量、速度。質量越大，動能越大；速度越大，動能越大。

師：但動能與速度的一次方成正比呢，還是與速度的二次方成正比呢？或者與速度之間有更復雜的函數關系呢？你打算怎樣探究？

生實驗探究，理論探究。

師：力對物體做功改變物體的動能，力對物體做功會改變它的速度。為此在上一節內容中通過“功”這個橋梁把動能和速度連接起來，探究它們的定量關系。某位同學以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度為橫坐標得到圖4。

觀察發現功和速度之間的關系無法從圖像中直接得出結論，另一位同學又以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度的平方為橫坐標得到圖5。

（設計意圖：回顧上一節內容“探究功與速度變化的關系”，進一步讓學生理清為什么要研究功與速度的關系，目的是研究動能與速度的關系。同時利用實驗得到的結論，進一步用半定量的方法探究動能表達式。）

生：外力做的總功。

師：我們把剛剛得到的結論稱為“動能定理”。投影：動能定理（1）內容：合力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化。（2）表達式：W=Ek2-Ek1。

師：W為總功，Ek2為末動能，Ek1為初動能，Ek2-Ek1為動能的變化量。

師：力對物體做功可正可負，當外力對物體做的總功為正功時，物體動能怎么變？若為負功呢？

生：外力對物體做的總功為正功時，物體動能增加；外力對物體做的總功為負功時，物體動能減少。

（設計意圖：通過剛剛的理論推導進行外延，從而使學生理解W為外力對物體做的總功，并建立動能定理，理解外力做功與物體的動能的關系。）

四、應用動能定理的建立

引導學生分別用牛頓第二定律和動能定理解題，從而比較二者的優缺點。在不涉及加速度、時間時，用動能定理解題較為簡便。并進一步總結應用動能定理解題的步驟：①明確研究對象和運動過程；②受力分析，確定各個力做功的情況；③明確初末態動能；④列方程求解。

（2）如圖12，若撤去外力F時物體離桌邊距離S=0.25m，求物體離開桌邊時的速度v2。

引導學生分析總結在多過程問題中動能定理也適用，并進一步比較全過程動能定理和牛頓第二定律的優缺點。

（3）如圖13，若已知桌高h=1.25m，物體以速度v2做平拋，求物體落地時的速度v3大小。

引導學生分析總結，得出在曲線運動中，動能定理也適用，且更加簡便。

（4）如圖14，若物體落到和地面等高處，無能量損失地進入光滑軌道，設在軌道連接處無能量損失。求物體可以上沖距地面的最大高度h2。

思考：1.在變力做功的情況下還適用嗎？2.做功的過程是能量轉化或者轉移的過程，上述例題中，阻力做功，物體的動能去哪兒了？

（設計意圖：為下節進一步應用動能定理解題進行鋪墊，并滲透“能量守恒”的概念。）

【教學反思】

人教版教材中，“動能和動能定理”這節內容位于“探究功與速度變化的關系”與“機械能守恒定律”之間。本節內容是前一節實驗探究的延續，因此本節課從上節的實驗結論入手，研究動能和哪些因素有關，分別沿著定性、半定量、定量，從實驗探究到理論探究的路線，通過與重力勢能、彈性勢能定義式的得出進行類比，依據功是能量轉化的量度，得出動能的表達式和動能定理，并運用動能定理解決簡單的問題。本節內容在教材中的地位是承前啟后，為接下來學習機械能守恒定律和能量守恒定律打下基礎。

學生的認知構成可以分為現有知識構成和最近發展區兩部分，無論怎樣的教學設計，都要從學生現有認知水平出發，設計位于學生最近發展區的問題，使學生能“跳一跳，夠得到”。因而本節課在問題設計上有層層遞進的問題串，也有發散的問題樹。

物理學科雖然是以實驗為基礎的學科，但不是所有的問題都要有實驗的。在本節課的教學中很多教師采用了實驗探究：功的測量或者用量化的方法，或者準確利用公式進行計算；速度的測量采用了打點計時器、光電門等儀器。然而這些內容都是上節“探究功與速度變化的關系”中需要完成的，本節的重點是理論探究，因此教師必須立足教材，鉆研教材，分析學生，合理有效地進行教學設計。教學形式、教學方法不是固定的，依據不同教師的特點、不同班級的學生情況，都是可以改變的，教學有法，但無定法。

所有的教學設計只是教師對學生課堂的可能情況進行的預設，而課堂是一個動態的過程，是學生的認知發展場，更是學生的生命發展場。這個過程中會有很多生成性資源，教師要運用思維去引領思維，用智慧去激發智慧。作為一個青年教師，還沒有足夠的歷練去有效地運用各種課堂生成資源，將課堂變成師生共同進步的場所。我想除了鉆研教材、教法、學生，更應該站在生命發展的廣度上去鉆研教學，站在這個講臺上，我們的道路還很長。

（作者單位：南京師范大學附屬中學）

一、引入過程

通過生活中的現象加深學生對動能的感知，投影圖片：子彈穿過蘋果、洪水沖壞房屋和狂風吹翻雨傘，如圖1、圖2、圖3。

師：生活中我們能感受到下面的情況，物體由于運動而具有能量，這樣的能量我們稱為“動能”。投影：動能定義：物體由于運動而具有的能量。

（設計意圖：從學生對動能的感受出發，得出動能的定義，并進一步進行研究。）

二、探究動能的表達式

師：對于動能我們有粗淺的認識，可能和哪些因素有關？

生：質量、速度。質量越大，動能越大；速度越大，動能越大。

師：但動能與速度的一次方成正比呢，還是與速度的二次方成正比呢？或者與速度之間有更復雜的函數關系呢？你打算怎樣探究？

生實驗探究，理論探究。

師：力對物體做功改變物體的動能，力對物體做功會改變它的速度。為此在上一節內容中通過“功”這個橋梁把動能和速度連接起來，探究它們的定量關系。某位同學以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度為橫坐標得到圖4。

觀察發現功和速度之間的關系無法從圖像中直接得出結論，另一位同學又以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度的平方為橫坐標得到圖5。

（設計意圖：回顧上一節內容“探究功與速度變化的關系”，進一步讓學生理清為什么要研究功與速度的關系，目的是研究動能與速度的關系。同時利用實驗得到的結論，進一步用半定量的方法探究動能表達式。）

生：外力做的總功。

師：我們把剛剛得到的結論稱為“動能定理”。投影：動能定理（1）內容：合力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化。（2）表達式：W=Ek2-Ek1。

師：W為總功，Ek2為末動能，Ek1為初動能，Ek2-Ek1為動能的變化量。

師：力對物體做功可正可負，當外力對物體做的總功為正功時，物體動能怎么變？若為負功呢？

生：外力對物體做的總功為正功時，物體動能增加；外力對物體做的總功為負功時，物體動能減少。

（設計意圖：通過剛剛的理論推導進行外延，從而使學生理解W為外力對物體做的總功，并建立動能定理，理解外力做功與物體的動能的關系。）

四、應用動能定理的建立

引導學生分別用牛頓第二定律和動能定理解題，從而比較二者的優缺點。在不涉及加速度、時間時，用動能定理解題較為簡便。并進一步總結應用動能定理解題的步驟：①明確研究對象和運動過程；②受力分析，確定各個力做功的情況；③明確初末態動能；④列方程求解。

（2）如圖12，若撤去外力F時物體離桌邊距離S=0.25m，求物體離開桌邊時的速度v2。

引導學生分析總結在多過程問題中動能定理也適用，并進一步比較全過程動能定理和牛頓第二定律的優缺點。

（3）如圖13，若已知桌高h=1.25m，物體以速度v2做平拋，求物體落地時的速度v3大小。

引導學生分析總結，得出在曲線運動中，動能定理也適用，且更加簡便。

（4）如圖14，若物體落到和地面等高處，無能量損失地進入光滑軌道，設在軌道連接處無能量損失。求物體可以上沖距地面的最大高度h2。

思考：1.在變力做功的情況下還適用嗎？2.做功的過程是能量轉化或者轉移的過程，上述例題中，阻力做功，物體的動能去哪兒了？

（設計意圖：為下節進一步應用動能定理解題進行鋪墊，并滲透“能量守恒”的概念。）

【教學反思】

人教版教材中，“動能和動能定理”這節內容位于“探究功與速度變化的關系”與“機械能守恒定律”之間。本節內容是前一節實驗探究的延續，因此本節課從上節的實驗結論入手，研究動能和哪些因素有關，分別沿著定性、半定量、定量，從實驗探究到理論探究的路線，通過與重力勢能、彈性勢能定義式的得出進行類比，依據功是能量轉化的量度，得出動能的表達式和動能定理，并運用動能定理解決簡單的問題。本節內容在教材中的地位是承前啟后，為接下來學習機械能守恒定律和能量守恒定律打下基礎。

學生的認知構成可以分為現有知識構成和最近發展區兩部分，無論怎樣的教學設計，都要從學生現有認知水平出發，設計位于學生最近發展區的問題，使學生能“跳一跳，夠得到”。因而本節課在問題設計上有層層遞進的問題串，也有發散的問題樹。

物理學科雖然是以實驗為基礎的學科，但不是所有的問題都要有實驗的。在本節課的教學中很多教師采用了實驗探究：功的測量或者用量化的方法，或者準確利用公式進行計算；速度的測量采用了打點計時器、光電門等儀器。然而這些內容都是上節“探究功與速度變化的關系”中需要完成的，本節的重點是理論探究，因此教師必須立足教材，鉆研教材，分析學生，合理有效地進行教學設計。教學形式、教學方法不是固定的，依據不同教師的特點、不同班級的學生情況，都是可以改變的，教學有法，但無定法。

所有的教學設計只是教師對學生課堂的可能情況進行的預設，而課堂是一個動態的過程，是學生的認知發展場，更是學生的生命發展場。這個過程中會有很多生成性資源，教師要運用思維去引領思維，用智慧去激發智慧。作為一個青年教師，還沒有足夠的歷練去有效地運用各種課堂生成資源，將課堂變成師生共同進步的場所。我想除了鉆研教材、教法、學生，更應該站在生命發展的廣度上去鉆研教學，站在這個講臺上，我們的道路還很長。

（作者單位：南京師范大學附屬中學）

一、引入過程

通過生活中的現象加深學生對動能的感知，投影圖片：子彈穿過蘋果、洪水沖壞房屋和狂風吹翻雨傘，如圖1、圖2、圖3。

師：生活中我們能感受到下面的情況，物體由于運動而具有能量，這樣的能量我們稱為“動能”。投影：動能定義：物體由于運動而具有的能量。

（設計意圖：從學生對動能的感受出發，得出動能的定義，并進一步進行研究。）

二、探究動能的表達式

師：對于動能我們有粗淺的認識，可能和哪些因素有關？

生：質量、速度。質量越大，動能越大；速度越大，動能越大。

師：但動能與速度的一次方成正比呢，還是與速度的二次方成正比呢？或者與速度之間有更復雜的函數關系呢？你打算怎樣探究？

生實驗探究，理論探究。

師：力對物體做功改變物體的動能，力對物體做功會改變它的速度。為此在上一節內容中通過“功”這個橋梁把動能和速度連接起來，探究它們的定量關系。某位同學以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度為橫坐標得到圖4。

觀察發現功和速度之間的關系無法從圖像中直接得出結論，另一位同學又以牽引力對小車做功為縱坐標，以小車獲得速度的平方為橫坐標得到圖5。

（設計意圖：回顧上一節內容“探究功與速度變化的關系”，進一步讓學生理清為什么要研究功與速度的關系，目的是研究動能與速度的關系。同時利用實驗得到的結論，進一步用半定量的方法探究動能表達式。）

生：外力做的總功。

師：我們把剛剛得到的結論稱為“動能定理”。投影：動能定理（1）內容：合力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化。（2）表達式：W=Ek2-Ek1。

師：W為總功，Ek2為末動能，Ek1為初動能，Ek2-Ek1為動能的變化量。

師：力對物體做功可正可負，當外力對物體做的總功為正功時，物體動能怎么變？若為負功呢？

生：外力對物體做的總功為正功時，物體動能增加；外力對物體做的總功為負功時，物體動能減少。

（設計意圖：通過剛剛的理論推導進行外延，從而使學生理解W為外力對物體做的總功，并建立動能定理，理解外力做功與物體的動能的關系。）

四、應用動能定理的建立

引導學生分別用牛頓第二定律和動能定理解題，從而比較二者的優缺點。在不涉及加速度、時間時，用動能定理解題較為簡便。并進一步總結應用動能定理解題的步驟：①明確研究對象和運動過程；②受力分析，確定各個力做功的情況；③明確初末態動能；④列方程求解。

（2）如圖12，若撤去外力F時物體離桌邊距離S=0.25m，求物體離開桌邊時的速度v2。

引導學生分析總結在多過程問題中動能定理也適用，并進一步比較全過程動能定理和牛頓第二定律的優缺點。

（3）如圖13，若已知桌高h=1.25m，物體以速度v2做平拋，求物體落地時的速度v3大小。

引導學生分析總結，得出在曲線運動中，動能定理也適用，且更加簡便。

（4）如圖14，若物體落到和地面等高處，無能量損失地進入光滑軌道，設在軌道連接處無能量損失。求物體可以上沖距地面的最大高度h2。

思考：1.在變力做功的情況下還適用嗎？2.做功的過程是能量轉化或者轉移的過程，上述例題中，阻力做功，物體的動能去哪兒了？

（設計意圖：為下節進一步應用動能定理解題進行鋪墊，并滲透“能量守恒”的概念。）

【教學反思】

人教版教材中，“動能和動能定理”這節內容位于“探究功與速度變化的關系”與“機械能守恒定律”之間。本節內容是前一節實驗探究的延續，因此本節課從上節的實驗結論入手，研究動能和哪些因素有關，分別沿著定性、半定量、定量，從實驗探究到理論探究的路線，通過與重力勢能、彈性勢能定義式的得出進行類比，依據功是能量轉化的量度，得出動能的表達式和動能定理，并運用動能定理解決簡單的問題。本節內容在教材中的地位是承前啟后，為接下來學習機械能守恒定律和能量守恒定律打下基礎。

學生的認知構成可以分為現有知識構成和最近發展區兩部分，無論怎樣的教學設計，都要從學生現有認知水平出發，設計位于學生最近發展區的問題，使學生能“跳一跳，夠得到”。因而本節課在問題設計上有層層遞進的問題串，也有發散的問題樹。

物理學科雖然是以實驗為基礎的學科，但不是所有的問題都要有實驗的。在本節課的教學中很多教師采用了實驗探究：功的測量或者用量化的方法，或者準確利用公式進行計算；速度的測量采用了打點計時器、光電門等儀器。然而這些內容都是上節“探究功與速度變化的關系”中需要完成的，本節的重點是理論探究，因此教師必須立足教材，鉆研教材，分析學生，合理有效地進行教學設計。教學形式、教學方法不是固定的，依據不同教師的特點、不同班級的學生情況，都是可以改變的，教學有法，但無定法。

所有的教學設計只是教師對學生課堂的可能情況進行的預設，而課堂是一個動態的過程，是學生的認知發展場，更是學生的生命發展場。這個過程中會有很多生成性資源，教師要運用思維去引領思維，用智慧去激發智慧。作為一個青年教師，還沒有足夠的歷練去有效地運用各種課堂生成資源，將課堂變成師生共同進步的場所。我想除了鉆研教材、教法、學生，更應該站在生命發展的廣度上去鉆研教學，站在這個講臺上，我們的道路還很長。

（作者單位：南京師范大學附屬中學）