《探究物體加速度與受力的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)

☆陳永基

（佛山市高明區(qū)紀(jì)念中學(xué)，廣東佛山 528500）

一、課標(biāo)要求

通過實(shí)驗(yàn)，探究物體加速度與受力的關(guān)系。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思想

按新《課標(biāo)》的要求，物理的知識(shí)、方法、能力、科學(xué)態(tài)度等都是教學(xué)的要素，如果把這些要素有機(jī)地聯(lián)系起來，達(dá)到共同促進(jìn)的作用，則物理教學(xué)的效果會(huì)更好，更有利于提高學(xué)生的素質(zhì)。新《課標(biāo)》中強(qiáng)調(diào)探究式學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的作用，對(duì)于一些物理規(guī)律的學(xué)習(xí)過程，教材中特意設(shè)計(jì)成了探究式的實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律的同時(shí)，經(jīng)歷探究規(guī)律的過程，了解科學(xué)的方法。本節(jié)課的教學(xué)目的不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容和意義，重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的；在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段。課本中提供的實(shí)驗(yàn)參考方案由于實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理的理解兩方面難度較大，鑒于實(shí)驗(yàn)器材和學(xué)生的具體情況，本節(jié)課采用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求加速度的方法探究加速度與力的關(guān)系，并作出加速度與力的關(guān)系圖像。根據(jù)圖像得出加速度與力的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)探究過程中，貫徹新課標(biāo)的三維教學(xué)目標(biāo)。最后教師通過朗威的位移傳感器和數(shù)據(jù)采集器，依托計(jì)算機(jī)平臺(tái)快捷、準(zhǔn)確地收集和分析數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)效率。讓學(xué)生領(lǐng)略先進(jìn)技術(shù)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的推動(dòng)革新，充分貫徹課改理念。

三、教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：掌握物理實(shí)驗(yàn)的一些基本技能，會(huì)使用基本的實(shí)驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力；了解并在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用控制變量法；會(huì)用作圖法處理數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)結(jié)果能歸納出加速度與力的關(guān)系。

過程與方法：通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)習(xí)使用控制變量法和體驗(yàn)科學(xué)研究的基本步驟；通過實(shí)驗(yàn)探究，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，采集數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)精神。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，能相互交流、討論，勇于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法；經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，提高參與科技活動(dòng)的熱情，勇于探究日常生活中的物理學(xué)問題，能體驗(yàn)探究過程的艱辛和嚴(yán)謹(jǐn)。

四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)策略

教學(xué)重點(diǎn)：控制變量法的使用；如何提出實(shí)驗(yàn)方案以及實(shí)驗(yàn)過程的操作。

教學(xué)策略：通過教師的引導(dǎo)和課前安排，讓學(xué)生自主探究和小組互相討論，得出實(shí)驗(yàn)的步驟和數(shù)據(jù)處理的方法。

教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理。

教學(xué)策略：通過教師的講解和演示，讓學(xué)生體驗(yàn)用朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。

五、教學(xué)流程圖

六、教學(xué)資源

學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材：光滑的導(dǎo)軌（一端帶有定滑輪）；砝碼，小桶，紙帶，細(xì)繩，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，小車。

多媒體教學(xué)設(shè)備一套：實(shí)物投影，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)。

七、教學(xué)過程

（1）提出問題：根據(jù)前面的學(xué)習(xí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與什么因素有關(guān)呢？

關(guān)系是：物體質(zhì)量一定時(shí)，受力越大，加速度越大。

物體受力一定時(shí)，質(zhì)量越大，加速度越小。

我們現(xiàn)在要研究加速度與力和質(zhì)量三者關(guān)系，通過怎樣的方法進(jìn)行研究好呢？

這一節(jié)課我們先研究加速度與力的關(guān)系。

（2）提出猜想：大家猜想它們之間可能是怎樣的定量關(guān)系？

猜想加速度的大小與物體所受外力成正比（讓學(xué)生進(jìn)行猜想）。

那么，我們?nèi)绾蝸碜C實(shí)自己的猜想是否正確呢？

可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：如果利用桌面上提供的器材（小車、帶滑輪導(dǎo)軌、小桶、砝碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、導(dǎo)線等）去研究加速度與力定量關(guān)系，應(yīng)該怎樣做呢？

怎樣測(cè)定力？

①該實(shí)驗(yàn)裝置中，水平方向是不是只受到鉤碼的拉力作用？還有沒有其他力？

（對(duì)小車進(jìn)行受力分析，水平方向除了受到鉤碼的拉力作用外還有摩擦力）

②這個(gè)力對(duì)實(shí)驗(yàn)有沒有影響？如何消除這一影響？

（可以墊高軌道一端，利用斜面，讓重力沿斜面的分力來抵消摩擦力的影響，這樣物體的加速度就完全由拉力來產(chǎn)生）

③怎樣判斷摩擦力已被平衡？

（輕推小車，當(dāng)小車在斜面上能夠勻速下滑時(shí)就說明已經(jīng)抵消了。）

怎樣測(cè)定加速度？

請(qǐng)大家回想前面學(xué)過的與加速度有關(guān)的各種公式，看看能不能發(fā)現(xiàn)測(cè)定加速度的辦法。

方法一：利用公式 s＝vot＋at2／2，由于 vo＝0，s＝at2／2，測(cè)出 s和 t。

方法二：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器△s＝aT2。

哪種方法測(cè)量和計(jì)算又快又準(zhǔn)？（通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)影響實(shí)驗(yàn)的各種因素進(jìn)行分析，選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)踐意義，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。）

（4）實(shí)驗(yàn)探究（學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)）。

課前讓學(xué)生互相交流，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，制作記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格，掌握數(shù)據(jù)處理的方法。教師在投影上顯示實(shí)驗(yàn)的步驟。

①實(shí)驗(yàn)步驟：擺放好實(shí)驗(yàn)儀器，調(diào)整小車能在斜面上勻速下滑；調(diào)整小桶和砝碼總質(zhì)量，讓紙帶夾在小車上，并將小車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近；打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，得到紙帶，選好計(jì)數(shù)點(diǎn)，用直尺量出S1和S2；改變小桶和砝碼總質(zhì)量，重復(fù)以上的步驟。

②實(shí)驗(yàn)表格。

（5）分析與論證。

①數(shù)據(jù)的處理：學(xué)生測(cè)量、填表、計(jì)算，并在坐標(biāo)紙上作a－F圖像。

②得出結(jié)論：學(xué)生對(duì)自己作出的圖像分析是否是一條過原點(diǎn)的直線。對(duì)前面的猜想進(jìn)行驗(yàn)證，得出加速度與力的關(guān)系。

鉤碼總質(zhì)量（g）拉力F(9.8×10－3N)S1(10－2m)S2(10－2m)△S(10－2m)a(m／s2)

（6）評(píng)估：在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)探究過程和探究結(jié)果進(jìn)行正確的評(píng)估。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖像都可以證明假想是成立的。也就是物體質(zhì)量一定時(shí),加速度的大小與物體所受外力成正比。

（7）教師演示實(shí)驗(yàn):為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度和提高數(shù)據(jù)處理的效率,通過運(yùn)用朗威的位移傳感器和數(shù)據(jù)采集器，依托計(jì)算機(jī)平臺(tái)快捷、準(zhǔn)確地收集和分析數(shù)據(jù)。

①平衡摩擦:點(diǎn)擊教材專用軟件中的“V－t圖求加速度”，將小車放到斜面上，打開位移傳感器，點(diǎn)擊“開始記錄”，釋放小車，得到V－t圖像，從而判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

②保持小車質(zhì)量一定，探究物體加速度與受力的關(guān)系。

點(diǎn)擊教材專用軟件中的“牛頓第二定律”，分別在小桶放上20g、30g、50g的砝碼，在軟件中的表格里輸入小車的質(zhì)量和拉力的數(shù)值，將小車放到斜面上，打開位移傳感器，點(diǎn)擊“開始記錄”，釋放小車，得到V－t圖像，點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”，選擇需要研究的一段V－t圖像。保持小車質(zhì)量一定，改變拉力大小，得出幾組數(shù)據(jù)，最后點(diǎn)擊“a－F圖像”，就可以得到加速度與拉力的關(guān)系圖像。

八、教學(xué)效果

課堂上，學(xué)生都敢于大膽發(fā)表自己的見解，充分合作，認(rèn)真思考，課堂氣氛輕松活躍。探究式教學(xué)所強(qiáng)調(diào)的學(xué)生主動(dòng)積極、合作探究、科學(xué)精神等在課堂教學(xué)中得到落實(shí)。

九、教學(xué)反思

在該課例中，試用課改精神，通過實(shí)驗(yàn)探究物體加速度與受力的關(guān)系，讓學(xué)生體驗(yàn)了對(duì)自然規(guī)律的探索過程：提出問題→猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)→分析論證→評(píng)估。學(xué)生不但能夠從中學(xué)到科學(xué)知識(shí)，還能促進(jìn)各種能力（如提出問題能力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒔M織協(xié)調(diào)能力等）的發(fā)展，學(xué)習(xí)各種技能（如觀察、分類、測(cè)量、交流等），并養(yǎng)成科學(xué)精神（如求真客觀、批判創(chuàng)新、平等合作、不斷求知等），提高科學(xué)素養(yǎng)。課前先提前發(fā)給學(xué)生學(xué)案,讓學(xué)生預(yù)習(xí)和討論,避免上課時(shí)間的倉(cāng)促。對(duì)于本課例，通過研究小車在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)，利用紙帶法進(jìn)行人工數(shù)據(jù)處理到利用朗威的位移傳感器和數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理，體現(xiàn)了如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，也體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)方法帶來的進(jìn)步。

在整個(gè)課堂活動(dòng)中，把演示實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生自主探究，讓學(xué)生人人參與，真正活動(dòng)起來。在過去課堂中,我們總是怕學(xué)生能力不夠，不敢讓學(xué)生自己探究，但是事實(shí)上學(xué)生的能力還是很強(qiáng)的。

當(dāng)然，也存在一些問題：（1）學(xué)生基礎(chǔ)不是很好，學(xué)生的作圖能力掌握不夠，在實(shí)驗(yàn)中，有個(gè)別小組的學(xué)生未能完成實(shí)驗(yàn)。（2）個(gè)別學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有畏難情緒，不敢放手做實(shí)驗(yàn)，探究能力不夠。