“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

鄭俊漢

摘 要：本文通過對新課程“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”這一內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)，介紹了如何根據(jù)新課程的要求進(jìn)行探究教學(xué)，對教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)的作用進(jìn)行了分析以及在教學(xué)結(jié)束后對本節(jié)課進(jìn)行了總結(jié)和反思。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；誤差分析；理論推導(dǎo)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-61

48(2006)12(S)-0027-3

科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)又是重要的教學(xué)方式之一。通過探究式學(xué)習(xí)能讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的活動中通過自己“探索”物理規(guī)律的過程，把手、口、腦有機(jī)地結(jié)合起來，并在這個過程中對所得信息進(jìn)行仔細(xì)篩選，使學(xué)生經(jīng)歷思維多樣化的訓(xùn)練，使他們的思維得到進(jìn)一步的提高，從而達(dá)到理想的教學(xué)效果。本人在新課程“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”這節(jié)課的教學(xué)中，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究課的嘗試，取得了良好的教學(xué)效果，現(xiàn)就此課為例，與大家一起探討科學(xué)探究在物理教學(xué)中的應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)思想

動能定理是第四章《機(jī)械能和能源》第三節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生在前面第一、二節(jié)已分別學(xué)習(xí)過了做功和動能的概念。

動能定理常用于解決運(yùn)動學(xué)問題，是力學(xué)中最重要的規(guī)律之一，它的應(yīng)用貫穿于以后的許多章節(jié)，因此學(xué)習(xí)好動能定理非常重要。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)相結(jié)合的科學(xué)研究方法，在這里再次采用這種方法，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析、比較、歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再進(jìn)一步通過理論分析、推導(dǎo)與論證，得到外力做功與物體動能的變化關(guān)系，體會科學(xué)探究的方法，使學(xué)生能夠進(jìn)一步提高自身的能力。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能：知道外力對物體做功可以改變物體的動能；理解動能定理，會用動能定理進(jìn)行計(jì)算；會用實(shí)驗(yàn)方法來探究物理定理或規(guī)律，理解動能定理的推導(dǎo)過程。

（2）過程與方法：通過探究外力對物體所做的功與物體動能的變化關(guān)系，學(xué)會獲取知識與實(shí)驗(yàn)技能的方法；通過理論分析與論證的過程，使學(xué)生受到理性思維的訓(xùn)練；通過實(shí)踐與拓展，使學(xué)生靈活遷移所學(xué)知識，解決實(shí)際問題；通過閱讀資料活頁，擴(kuò)大學(xué)生的視野，豐富學(xué)生知識面。

（3）情感、態(tài)度與價值觀：通過實(shí)驗(yàn)與探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識與實(shí)踐能力；經(jīng)歷討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生的語言表述能力與團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神；通過實(shí)踐與拓展，培養(yǎng)學(xué)生靈活遷移能力和實(shí)際應(yīng)用能力；通過閱讀資料活頁，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀、理解能力，使學(xué)生養(yǎng)成了解社會、關(guān)注社會的責(zé)任感。

2.2 教學(xué)重點(diǎn)

動能定理的推導(dǎo)過程、正確理解動能定理。通過讓學(xué)生親自動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究和理論論證得出定理，使學(xué)生對定理有更深的理解。

2.3 教法與學(xué)法

通過實(shí)驗(yàn)與探究充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，探究意識，體現(xiàn)學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，將實(shí)驗(yàn)與探究和理論分析相結(jié)合，體現(xiàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的多樣化。

2.4 教學(xué)器材

電火花打點(diǎn)計(jì)時器（50Hz）、紙帶、重錘（0.3kg）、刻度尺、計(jì)算機(jī)。

2.5 教學(xué)過程

（1）課前引入

通過兩個演示實(shí)驗(yàn)引入：（1）小車的一端系著一跟細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪系著一個重物，放開重物。（2）在桌面上鋪一條毛巾，小車從斜面上滑下，在毛巾上運(yùn)動一段路程后停下。請學(xué)生分析（1）、（2）實(shí)驗(yàn)中小車在水平面上的動能是如何變化的？

然后，利用實(shí)驗(yàn)引入新課，讓學(xué)生在現(xiàn)象中總結(jié)原因，得到外力做功與物體動能變化的定性關(guān)系。讓學(xué)生從直覺思維上對這兩個物理量有個定性的理解，為接下來的探究過程埋下伏筆，這樣既能達(dá)到鞏固知識的目的，又能讓學(xué)生在此基礎(chǔ)之上對于功和能有更深的理解，把理論與實(shí)踐結(jié)合起來。

（2）探究過程

①提出問題

在上述兩個過程中小車的動能如何變化？為什么？(（1）中動能變大，拉力做正功；（2）中動能變小，阻力做負(fù)功)。可見，做功可以改變物體的動能，那么外力做功與物體動能的變化究竟有什么定量的關(guān)系呢？

②猜想與討論

由學(xué)生提出各自的觀點(diǎn)，有的認(rèn)為外力做功與物體動能變化相等，有的認(rèn)為外力做功比物體動能變化得更大或更小，觀點(diǎn)不一……教師提議：下面我們就通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究外力做功與物體動能變化之間的關(guān)系。

③制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

a、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的

探究外力做功與物體動能變化之間的關(guān)系。

b、讓學(xué)生思考

我們要設(shè)計(jì)一個過程，這個實(shí)驗(yàn)過程可以研究外力做功與物體動能變化的關(guān)系，那么在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中我們需要什么樣的一個思路呢？

c、總結(jié)思路

（1）、做功需要知道哪些物理量（力和力方向上發(fā)生的位移）？（2）、要知道物體動能變化又需要知道哪些物理量（初、末位置的速度和物體的質(zhì)量）？

d、實(shí)驗(yàn)器材

電火花打點(diǎn)計(jì)時器（50Hz）、紙帶、重錘（0.3kg）、刻度尺。

e、要求

根據(jù)已學(xué)過的知識，結(jié)合提供的實(shí)驗(yàn)器材，在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出實(shí)驗(yàn)方案。

④進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)

學(xué)生開始動手實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)記入表格（表一）。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

表一 功能關(guān)系表

重錘質(zhì)量m=0.3kg速度v/ms-1g=9.8m/s2

位移s/mv1v2外力做的功（J）動能變化量（J）ΔEk=12mv22- 12mv21

⑤數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

在實(shí)際操作中，由于學(xué)生個體存在差異，學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案有的不夠完美，有的甚至是錯誤的。但由于每個學(xué)生都積極參與了建立物理規(guī)律的全過程，所以同學(xué)們對整個過程十分熟悉，感到自然真切，通過教師對誤差的分析能讓學(xué)生對所得的結(jié)論理解透徹，尤其是變被動地接受知識為主動去探究新知。其興趣、注意力和科學(xué)態(tài)度就在無意識中得到了增強(qiáng)。

⑥理論論證

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：從上面的實(shí)驗(yàn)中我們可以知道，外力做的功等于物體動能的變化量，那么我們能不能從理論上進(jìn)行論證呢？請學(xué)生通過前面所學(xué)的牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)知識從理論上推導(dǎo)動能定理，提高學(xué)生實(shí)踐與理論相結(jié)合的能力。

理論推導(dǎo)時，學(xué)生根據(jù)課本提供的問題情景，運(yùn)用牛頓第二定律公式和運(yùn)動學(xué)公式獨(dú)立推導(dǎo)出外力做功與物體動能變化的關(guān)系。這樣做可以加深學(xué)生對功能關(guān)系的認(rèn)識，提高學(xué)生的推導(dǎo)能力。并且，通過推導(dǎo)使學(xué)生真正做到了實(shí)踐與理論相結(jié)合。

⑦理解公式并總結(jié)

教師對學(xué)生的探究過程和理論論證過程進(jìn)行激勵，并進(jìn)一步總結(jié)公式中各個物理量的含義，對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行提煉，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

⑧自我提高

讓學(xué)生課后思考：你還有沒有其它的方法可以探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系？并提供參考網(wǎng)站，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性，讓學(xué)生在課后能對所學(xué)的知識有更深的理解。

3 教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)采取的是實(shí)驗(yàn)與探究的教學(xué)模式，通過學(xué)生的合作探究、自己動手、自我總結(jié)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，探究意識，體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，將實(shí)驗(yàn)與探究及理論分析相結(jié)合，并充分利用多媒體的輔助，體現(xiàn)了教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的多樣化。另外，通過閱讀資料活頁，培養(yǎng)了學(xué)生的閱讀、理解能力，使學(xué)生養(yǎng)成了了解社會、關(guān)注社會的責(zé)任感。因此，探究式教學(xué)會為學(xué)生智能的鍛煉與開發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。

利用探究式教學(xué)法能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識的同時發(fā)展自身的思維和創(chuàng)新能力，但在實(shí)際的實(shí)施過程中由于學(xué)生的個體差異，教學(xué)中出現(xiàn)了一部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案不夠合理的現(xiàn)象。例如：學(xué)生不會從減小摩擦的角度來考慮如何放置打點(diǎn)計(jì)時器，有些學(xué)生受《測定勻變速直線運(yùn)動物體的加速度》實(shí)驗(yàn)的影響，把打點(diǎn)計(jì)時器平放在桌面上；有些學(xué)生沒有從穩(wěn)定性的角度加以考慮，不是把打點(diǎn)計(jì)時器側(cè)放在桌面上，而是用手去幫忙……但由于每個學(xué)生都通過動手和討論，積極參與了建立物理規(guī)律的全過程，所以同學(xué)們對整個過程十分熟悉，感到自然真切，對所得結(jié)論理解透徹，記憶持久，尤其是變被動地接受知識為主動去探究新知。其興趣、注意力和科學(xué)態(tài)度就在無意識中得到了增強(qiáng)，這正是新課標(biāo)的要求之一。

另外，在理論推導(dǎo)的過程中，部分學(xué)生不能很快地從牛頓第二定律以及運(yùn)動學(xué)的公式中推導(dǎo)出外力做功與物體動能變化的關(guān)系，例如有的學(xué)生可能不會一步到位而是經(jīng)過比較復(fù)雜的過程才能得到結(jié)果，所以在這個地方教師應(yīng)該適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)學(xué)生的思路，以提高教學(xué)的效率。

參考文獻(xiàn)：

［1］束炳如、何潤偉.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理2》.上海:上海科技教育出版社, 2005年

［2］廖伯琴.《物理探究式教學(xué)設(shè)計(jì)與案例分析》.北京：高等教育出版社 ，2003年

(欄目編輯鄧 磊)

<注>：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文