在情境體驗(yàn)探究中獲取真知
——談“形變與彈力”的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

羅 翀

（三明第一中學(xué)，福建三明365001）

在情境體驗(yàn)探究中獲取真知
——談“形變與彈力”的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

羅 翀

（三明第一中學(xué)，福建三明365001）

《形變與彈力》一課的教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生充分感受到身邊的彈性現(xiàn)象，激發(fā)起探究彈性世界的欲望。為此，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該基于新課程的探究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新教育理念，在彈力概念、彈力大小、彈力應(yīng)用等方面進(jìn)行仔細(xì)考量，本文試圖通過(guò)“彈力與形變量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理程序等方面的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，來(lái)突顯本節(jié)課內(nèi)容教學(xué)的啟發(fā)性、交互性和創(chuàng)新性。

問(wèn)題情境；體驗(yàn)探究；形變與彈力

“形變與彈力”是魯科版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·物理1（必修）》第四章第2節(jié)的內(nèi)容，教材從生活中常見(jiàn)的形變現(xiàn)象出發(fā)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到彈力的存在，再對(duì)彈力與形變的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，最后給學(xué)生以感性認(rèn)識(shí)，闡述了彈力的應(yīng)用，使學(xué)生體驗(yàn)到彈性勢(shì)能和緩沖對(duì)生活的影響。本節(jié)課的信息量和活動(dòng)量很豐富，實(shí)踐性和趣味性也很強(qiáng)，實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)充分探討彈性現(xiàn)象所遵循的物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

1.關(guān)于教學(xué)流程的設(shè)計(jì)

基于新課程背景下的高中物理課堂教學(xué)，應(yīng)該努力彰顯如下教學(xué)原則：一是要讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神；二是要突出從生活走向物理、從物理走向社會(huì)的課程理念，使眾多事例來(lái)源于生活實(shí)際；三是要充分尊重和重視個(gè)性差異，教學(xué)方法多樣化，努力培養(yǎng)學(xué)生的興趣。

根據(jù)以上教學(xué)原則，為充分體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)中要求培養(yǎng)學(xué)生自主性、探究性學(xué)習(xí)的精神，在教學(xué)中應(yīng)該努力創(chuàng)造條件，讓學(xué)生自主獲取知識(shí)，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲；教學(xué)中還應(yīng)該廣泛聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，如尼龍扣、火車減震彈簧等，以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)代性?；谝陨蟽牲c(diǎn)考慮，再考慮到學(xué)生對(duì)彈簧形變和拉力的關(guān)系有一定的感性認(rèn)識(shí)，本節(jié)課的設(shè)計(jì)遵循以下教學(xué)結(jié)構(gòu)流程，如圖1所示。

2.關(guān)于教學(xué)過(guò)程的探討

2.1 教學(xué)目標(biāo)［1］

2.1.1 ［知識(shí)與技能］

2.1.1.1 會(huì)判斷彈力的有無(wú)及彈力的方向。

2.1.1.2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究彈力與形變的關(guān)系，知道胡克定律。

2.1.1.3 了解彈力在生活、生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

2.1.2 ［過(guò)程與方法］

從生活中常見(jiàn)的物體形變現(xiàn)象出發(fā)，在探究形變的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探索形變與彈性之間的關(guān)系之后，使學(xué)生了解探究彈力的實(shí)際意義。

2.1.3 ［情感態(tài)度與價(jià)值觀］

2.1.3.1 體驗(yàn)彈力的探究過(guò)程。

2.1.3.2 觀察和了解形變的有趣現(xiàn)象，感受自然界的奧秘，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲。

2.1.3.3 積極參與觀察和實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真討論，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

2.1.3.4 通過(guò)質(zhì)疑、討論交流，逐步養(yǎng)成將自己的

2.2 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

探究彈力和形變的關(guān)系，判斷彈力的方向。

2.3 教具準(zhǔn)備

fla s h課件、影像視頻、電腦、重物、海綿塊、教學(xué)用三角板、粗細(xì)不同的兩種彈簧、鐵架臺(tái)、刻度尺、相關(guān)實(shí)驗(yàn)用圖表、自動(dòng)傘等。

2.4 教學(xué)過(guò)程

教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖復(fù)習(xí)導(dǎo)入新課：1 .物體的形狀或體積的改變叫形變。2 .形變分為彈性形變和范性形變。3 .當(dāng)彈性物體形變達(dá)到某一值時(shí)，即使撤去外力，物體也不能恢復(fù)原狀，這個(gè)值叫彈性限度。有了形變的知識(shí)準(zhǔn)備后，同學(xué)們就可以進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)彈力的知識(shí)了。那么彈力是怎么產(chǎn)生的呢？請(qǐng)同學(xué)們先看兩個(gè)課件。一、彈力1 .彈力的概念：課件引導(dǎo)：P65 /圖4 -25蹦極、圖4 -26彈簧彈力把小球彈出。板書(shū)：物體發(fā)生彈性形變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種恢復(fù)原狀的力，這種力叫做彈力。［2］2 .彈力的產(chǎn)生條件：提問(wèn)：如果人、球與蹦極繩、彈簧不接觸，會(huì)受到彈力嗎？可見(jiàn)，板書(shū)：彈力的產(chǎn)生需兩個(gè)條件：直接接觸并發(fā)生形變。例：如圖2所示微小形變不易判斷，可采用假設(shè)法：假設(shè)N2存在，則小球會(huì)向右運(yùn)動(dòng)，不符合題意；這也說(shuō)明小球與斜面有接觸但未發(fā)生形變。3 .彈力的方向：①如圖3所示，放在水平桌面上的書(shū)（實(shí)驗(yàn)演示）［3］學(xué)生復(fù)習(xí)回答溫故而知新創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣。引導(dǎo)學(xué)生回答：形變的物體要恢復(fù)原狀，對(duì)和它接觸的物體有力的作用。引導(dǎo)回答：不接觸一定不會(huì)受到這個(gè)力。探究彈力產(chǎn)生的要素的過(guò)程，從而明確彈力，并產(chǎn)生探究彈力和形變關(guān)系的愿望。圖2假設(shè)法是解決物理問(wèn)題的一個(gè)重要的方法［學(xué)情預(yù)設(shè)］：可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤：在圖中畫(huà)出小球受到向右的彈力學(xué)生分析：靜止地放在傾斜木板上的書(shū)，書(shū)對(duì)木板的壓力和木板對(duì)書(shū)的支持力。并畫(huà)出力的示意圖。結(jié)論：壓力、支持力都是彈力。壓力方向總是垂直支持面而指向被壓的物體，支持力方向總是垂直支持面而指向被支持的物體。②如圖4所示，分析靜止時(shí)，懸繩對(duì)重物的拉力及方向結(jié)論：拉力是彈力，方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向。［2］總結(jié)：方向總是與物體形變趨向相反。［2］（上述兩結(jié)論板書(shū)）例：如圖5所示（課件分析）讓學(xué)生上講臺(tái)從形變的角度講解繩子拉力。努力挖掘教學(xué)資源引導(dǎo)學(xué)生回答遷移與提高再設(shè)置一些實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)彈力產(chǎn)生的條件及方向：

實(shí)驗(yàn)方案參考：①木塊壓在泡沫塑料上，泡沫塑料形變后對(duì)木塊產(chǎn)生向上的支持力，如圖6所示。②彎曲的鋸條將小球彈出。③壓縮彈簧將與之相毗鄰的小車推出。④伸長(zhǎng)著的橡皮筋將與之相連的小車?yán)^(guò)來(lái)。4 .彈力的大?。簩?shí)驗(yàn)：探究彈力與形變之間的關(guān)系（1）學(xué)生提出猜測(cè)：拉力越大，彈簧的伸長(zhǎng)量就越大（2）設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證自己的猜測(cè)：①參考器材：粗細(xì)不同的彈簧（2根）、50 g的鉤碼若干、鐵架臺(tái)、刻度尺②提出需要解決的幾個(gè)問(wèn)題：彈力大小如何測(cè)量？彈簧的長(zhǎng)度怎么測(cè)量？彈簧的形變量如何測(cè)量？要探究彈力與形變之間的關(guān)系，故要多次改變形變量，如何不斷增大彈簧的伸長(zhǎng)量？如何設(shè)計(jì)一個(gè)表格？③課件展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，邊展示邊講解“操作與提示”：1）把彈簧的一端固定在鐵架臺(tái)上，先不要掛鉤碼，使彈簧自然下垂，用刻度尺測(cè)量彈簧原長(zhǎng)L。2）在彈簧掛鉤上掛50 g鉤碼，測(cè)量并在表中記下彈簧總長(zhǎng)L，并計(jì)算出彈簧的伸長(zhǎng)量x = L -L03）不斷增加鉤碼（保證在彈簧的彈性限度內(nèi)），記下每增加1個(gè)砝碼對(duì)應(yīng)的彈簧伸長(zhǎng)量（3）學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師巡視，并指導(dǎo)完成①數(shù)據(jù)測(cè)量：表1：彈簧原長(zhǎng)L0=通過(guò)這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)到彈力產(chǎn)生的條件有兩個(gè)：接觸并且發(fā)生形變。彈力方向總是指向施力物體形變恢復(fù)的方向。（學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，討論回答）學(xué)生探究與彈力相關(guān)的因素學(xué)生說(shuō)出所需器材和實(shí)驗(yàn)方案和步驟［學(xué)情預(yù)設(shè)］：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一定難度，教師給予適當(dāng)提示，并強(qiáng)調(diào)注意實(shí)驗(yàn)安全。學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康男圆粡?qiáng)，幫助設(shè)計(jì)表格，引導(dǎo)歸納，最終得出胡克定律。讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。同時(shí)讓學(xué)生體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。cm .實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345鉤碼總重G/ N彈簧總長(zhǎng)L / cm彈簧伸長(zhǎng)量x= L-L0 / cm②數(shù)據(jù)處理：以彈簧伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，彈簧彈力F（鉤碼總重G）為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)繪出F -x圖線，在誤差范圍內(nèi)為一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線。③實(shí)驗(yàn)結(jié)論：彈簧的彈力等于鉤碼所受的重力，彈簧彈力的大小與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比。思考：彈簧被壓縮時(shí)，彈簧彈力與彈簧縮短量有什么關(guān)系呢？板書(shū)：胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈性體彈力的大小和彈性體伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度成正比，［2］即F = k x其中k是勁度系數(shù)，單位N / m注：k表征彈性體抵抗形變的能力，其與彈性體的材料、形狀和長(zhǎng)度有關(guān)。課件展示介紹胡克、我國(guó)東漢科學(xué)家鄭玄。［知識(shí)鏈接］：（http：//www . pep. com.cn /200303 / ca155591 . htm）①羅伯特·胡克（HookeRobert1635 -1703）是17世紀(jì)英國(guó)最杰出的科學(xué)家之一。他在力學(xué)、光學(xué)、天文學(xué)等諸多方面都有重大成就。他所設(shè)計(jì)和發(fā)明的科學(xué)儀器在當(dāng)時(shí)是無(wú)與倫比的。他本人被譽(yù)為是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的“雙眼和雙手”。②我國(guó)東漢時(shí)期科學(xué)家鄭玄在為《考工記》作注解時(shí)寫(xiě)道：“假令弓勝三石，引之中三尺，弛其弦，以繩緩擐之，每加物一石，則張一尺?！逼湟馑际枪袕椥?，在弓弦上每增加一石的重物，弓就伸張一尺。他得出的這個(gè)定量關(guān)系比胡克的發(fā)現(xiàn)早了約1500年。例1 . P67 /例題［2］例2 .課堂鞏固訓(xùn)練：如圖7所示，為一輕質(zhì)彈簧長(zhǎng)度L和彈力F大小的關(guān)系，試由圖線確定：［3］（1）彈簧的原長(zhǎng)；（2）彈簧的勁度系數(shù)；學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象探究彈力與形變之間的關(guān)系歸納出胡克定律。［學(xué)情預(yù)設(shè)］：電腦程序處理數(shù)據(jù)較快且直觀，但教學(xué)中應(yīng)努力指導(dǎo)學(xué)生掌握?qǐng)D像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。設(shè)計(jì)使用多媒體課件：“彈力F與形變量x關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理程序，根據(jù)原始數(shù)據(jù)G、L值，程序自動(dòng)計(jì)算出彈簧伸長(zhǎng)量x值，并程序自動(dòng)生成F -x圖線，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。愛(ài)國(guó)主義等情感教育主義形變的物體要恢復(fù)原狀，對(duì)和它接觸的物體有力的作用，就被彈起。學(xué)生看書(shū)自學(xué)，注意物理量單位。一位學(xué)生黑板板演并講解，其他學(xué)生提綱上鞏固訓(xùn)練。遷移與提高

（3）彈簧伸長(zhǎng)了15 cm時(shí)，彈力的大小。（設(shè)在彈性限度內(nèi)）［學(xué)情預(yù)設(shè)］：有的學(xué)生可能不理解左邊圖線的物理意義，如F=0時(shí)，L=10 cm是表示彈簧的原長(zhǎng)，故解題前可先啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生正確分析圖線所表示的物理含義。二、彈力的應(yīng)用板書(shū)：常見(jiàn)應(yīng)用：①儲(chǔ)存勢(shì)能②緩沖減震③自動(dòng)復(fù)位例：1自動(dòng)傘撐開(kāi)（實(shí)驗(yàn)演示）2人體“彈簧”（課件展示照片）三、討論與交流課本P70：“跳水運(yùn)動(dòng)員的起跳時(shí)機(jī)影響其成績(jī)”分析：借助自制fla s h課件演示分析。［知識(shí)鏈接］：在撐竿跳高和跳板跳水運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員利用撐竿或跳板來(lái)儲(chǔ)存能量。跳水運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)與起跳蹬板的時(shí)機(jī)很有關(guān)系，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)把握時(shí)機(jī)調(diào)整動(dòng)作，巧妙地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化的道理，取得最佳成績(jī)。何時(shí)起跳最合適？是在跳板運(yùn)動(dòng)到最上端、最下端、還是中間位置？【作業(yè)設(shè)計(jì)】：1.課本P70/3-52.練習(xí)冊(cè)P39/1-53.調(diào)查不同彈性體的應(yīng)用先讓學(xué)生閱讀討論課本P69培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)閱讀能力，同時(shí)感受自然界的奧秘，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲。學(xué)生觀看撐竿跳、三米板跳水視頻，并積極展開(kāi)質(zhì)疑、討論與交流。通過(guò)質(zhì)疑、討論交流，逐步養(yǎng)成將自己的見(jiàn)解與他人分享的團(tuán)隊(duì)精神。

3教有所思

本教學(xué)設(shè)計(jì)注重啟發(fā)式和探究式教學(xué)方式的運(yùn)用，還注重挖掘教學(xué)資源，進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義情感教育。實(shí)際教學(xué)實(shí)踐表明，本節(jié)課教學(xué)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)，課堂上能夠?qū)崿F(xiàn)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，充滿生命活力，三維目標(biāo)有效達(dá)成。

3.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

3.1.1 學(xué)生間能積極參與問(wèn)題討論，能基于實(shí)例和邏輯推理而敢于質(zhì)疑。

3.1.2 學(xué)生應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，填寫(xiě)簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn)記錄，并根據(jù)問(wèn)題作簡(jiǎn)明分析。

3.1.3 教師應(yīng)主動(dòng)參與學(xué)生討論，并引導(dǎo)他們逐步建立概念。

3.2 成功之處：

3.2.1 探究“彈力F與形變量x關(guān)系”時(shí)設(shè)置了5個(gè)問(wèn)題，給學(xué)生探究做鋪墊，效果較好，體現(xiàn)出對(duì)探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)結(jié)構(gòu)程序的認(rèn)真設(shè)計(jì)。

3.2.2 多媒體課件制作精美，尤其是在PPT中設(shè)計(jì)了“彈力F與形變量x關(guān)系”的數(shù)據(jù)處理程序，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，既快又直觀，教學(xué)效果甚佳。

3.2.3 “彈力應(yīng)用”演示、舉例生動(dòng)，主要原因是貼近學(xué)生生活實(shí)際，能使學(xué)生產(chǎn)生共鳴。

3.2.4 努力挖掘教學(xué)資源：讓學(xué)生上講臺(tái)從形變的角度講解繩子拉力，學(xué)生表現(xiàn)出乎意料，讓人驚喜，故教學(xué)中要多創(chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。另本節(jié)課還有注意到物理方法論和愛(ài)國(guó)主義情感教育的有機(jī)滲透。

3.3 不足之處：

3.3.1 可再適當(dāng)?shù)卦O(shè)置一些實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)彈力產(chǎn)生的條件及彈力方向。

3.3.2 本節(jié)課堂容量偏大，讓學(xué)生思考的時(shí)間較有限，若把彈力的概念、產(chǎn)生條件及彈力的方向放到本節(jié)內(nèi)容的第一課時(shí)學(xué)習(xí)則會(huì)更合理。

3.3.3 本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)教師講解還是偏多。若學(xué)生物理基礎(chǔ)較好的話，教師的引導(dǎo)要少一些，留給學(xué)生思考討論和自主學(xué)習(xí)的時(shí)間可再多一些。

［1］廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（司南版）·物理1（必修）教師用書(shū)［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

［2］司南中學(xué)物理教材編寫(xiě)組.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（司南版）·物理1（必修）［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

［3］任志鴻.高中優(yōu)秀教案·物理（必修Ⅰ）［M］.?？冢耗戏匠霭嫔纾?005.

（責(zé)任編輯：詹國(guó)榮）

本文系全國(guó)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度教育部重點(diǎn)課題“促進(jìn)自主探究——高中物理專題研究性學(xué)習(xí)實(shí)施策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：DHA130284）階段性研究成果.見(jiàn)解與他人分享的團(tuán)隊(duì)精神。