高中物理《探究功與速度變化的關系》實驗教學設計改進

摘 要：本節課設計能遵循教學規律，通過探究、討論、指導等多樣化的教學方式，有層次地組織教學，進而突出了教學重點和難點。另外在探究過程中，能有效地促進學生的參與程度與認知程度。通過合理地設置由淺入深、前后連貫的一系列問題，引導學生討論、交流，從定向探究把學生逐步引向自由探究，最終確定了實驗方案。

關鍵詞：高中物理； 物理量； 速度； 做功； 創新設計； 改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2016）03-029-002

高中物理中的一些實驗在教學實踐中實施起來總會存在某些問題，如操作不便、現象不明顯、材料難尋等等。為此筆者在實踐中通過反復嘗試與探索，對效果不明顯的實驗進行了改進。以下是功與速度變化關系實驗各個環節的創新設計及改進。

一、教材和學情分析

本節內容是前面兩節內容的繼續，用做功與能量的關系探索另一種能量及其表達式：動能。由于動能的問題比較復雜些，所以本節暫不直接涉及動能，而是先研究一個與動能密切相關的物理量──速度──與做功的關系。本節內容是尋求動能表達式的實驗探究過程，而下節內容（動能和動能定理）是尋求動能表達式的理論探究過程，本節內容的實驗探究為下節內容的理論探究奠定了一個實踐認識基礎，起到很好的鋪墊作用，前后兩節內容共同構成了一個較為完整的體系。

二、重點難點

本節教學內容的重點是實驗方案的設計，難點是通過對實驗數據的分析得出功與物體速度變化的關系。

三、教學設計

1.教學環境設計：實驗室，配合多媒體及電腦輔助。（如圖1）

2.學生安排設置：將學生分成三人為一實驗小組。分組考慮分層，思維活躍、操作能力強的同學安排同組，實驗能力差或不喜歡動手的同學同組，這樣一方面可以避免一部分同學做實驗變成旁觀，另一方面方便教學中老師對這部分同學進行指導。

3.實驗器材準備：預備兩套實驗器材，氣墊導軌（加裝橡皮筋彈射裝置）、光電門搭配的實驗組合；長木板（加裝橡皮筋彈射裝置）小車打點計時器搭配的組合；裝有Excel軟件的筆記本電腦。（如圖2、3）

4.過程設計：

環節1：創設問題情境，提出預設的問題。

以彈弓發射彈丸引出做功與速度關系的討論。借助多媒體顯示彈弓圖片，并展示彈弓實物，引導學生根據生活經驗與所學知識進行思考，吸引學生注意力，激發學習興趣。

環節2：引導學生進行猜想與假設。

我通過引導學生對更多實例分析，如推鉛球、擲標槍等，使學生獲得感性認識：做功多少與物體獲得速度有密切關系，為下一步定量研究做好鋪墊。

環節3：引導學生制定計劃與設計實驗。

實驗方案的制定是探究是否順利的關鍵，由于本實驗涉及的內容較多，學生綜合考慮有一定的難度，且實驗器材已經限定，故教師可以用設問或思考方向提示等方式引導學生，以幫助學生設計實驗。根據器材，我先把研究對象確定為橡皮筋對物體做功，然后設定了以下七組問題，引導學生重點討論：

第一組：橡皮筋做功的數值方便測定嗎？有沒有什么方法可以不測功的數值大小，也可以分析出功與速度的關系？讓學生開放討論，可以引導學生閱讀教材P70頁參考案例二，幫助學生領悟到這種技巧方法，即測量轉換，可以不去測出功的具體數值，而是讓力所做的功成倍數關系增加，把每次力做的功記為w、2w、3w……再測出做功后物體速度的變化，最后找功與速度的關系。

第二組：如何使橡皮筋做的功成倍數增加？學生可得出方案，使用完全相同的橡皮筋，增加橡皮筋條數，使這些橡皮筋并聯在一起，且保證每次橡皮筋拉伸長度一樣。

第三組：根據我們提供的器材，可以用橡皮筋對木板上的小車做功，或用橡皮筋對導軌上的滑塊做功，但這里有沒有什么別的力干擾橡皮筋做功？如果有怎么解決相應問題？接著學生討論，根據以往實驗經驗，可以想到長木板需要平衡摩擦，而氣墊導軌需要調節水平。

第四組：解決了做功問題，如何確定物體速度的變化？確定速度變化需要測兩個速度，為了簡便我們可以讓橡皮筋由靜止彈射一個物體，這樣物體獲得的速度同時也就是這個過程速度的變化了。

第五組：結合以前學過的測速度的知識，可以怎樣測速度呢？學生可能想到的方法，打點計時器測速度，光電門測速度，平拋測初速度等。

第六組：實驗過程中，我們應該測哪個階段的速度呢？因為橡皮筋作用下物體做加速運動，之后勻速運動，所以學生可以想到應該測勻速階段的速度。

第七組：最后，我們可以用什么方法來處理實驗數據呢？由于前面我們學習“探究加速度與力、質量的關系”時接觸過類似問題，學生很容易能想到作圖線的方法。那做什么樣的圖像呢？通過討論，學生可以想到分別作出W-V，W-V2 ，W-V3，W-等關系曲線，從中尋求答案。

環節4：進行實驗。

根據面前的實驗器材選擇思路進行實驗。通過學生分組實驗，培養團結協作的團隊精神，提高學生動手能力。

環節5：處理數據，并得出結論。

引導學生把實驗數據記錄到設計好的表格中，指導學生用Excel軟件進行數據處理。

讓學生親身體驗現代技術的便捷。

環節6：展示交流。

請部分小組派代表展示本組獲得數據和圖像并做出實驗結論。

環節7：課后作業。

讓學生對實驗進行評估與反思。失敗的學生分析造成實驗失敗的原因，成功的同學要總結成功經驗，分析實驗還有哪些方面可以改進，以進一步減小實驗誤差，提高實驗準確性。

四、反思評價

本節課設計能遵循教學規律，通過探究、討論、指導等多樣化的教學方式，有層次地組織教學，進而突出了教學重點和難點。另外在探究過程中，能有效地促進學生的參與程度與認知程度。通過合理地設置由淺入深、前后連貫的一系列問題，引導學生討論、交流，從定向探究把學生逐步引向自由探究，最終確定了實驗方案。使學生能在科學探究的海洋中，增強了參與意識，展現了學習的積極性、主動性，最終達到了學有興趣、學有所得的目的，實現了本堂課的教學目標。