“力學(xué)單位制”的活動(dòng)探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：古語(yǔ)有云：“授人以魚(yú)不如授人以漁”。文章以“力學(xué)單位制”的活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)創(chuàng)設(shè)生活化和富于探究性的活動(dòng)情境，以情激趣，開(kāi)展活動(dòng)探究式教學(xué)，達(dá)到概念建構(gòu)自然生動(dòng)，不斷提升學(xué)生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力。

關(guān)鍵詞：活動(dòng)；探究；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）3-0077-4

1 設(shè)計(jì)思想

在新課程改革背景下，如何提升學(xué)生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力成為廣大一線教師共同面對(duì)的挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)“力學(xué)單位制”教學(xué)內(nèi)容的分析，筆者將本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程分為“單位制概念的建構(gòu)”“對(duì)國(guó)際單位制的認(rèn)識(shí)”“國(guó)際單位制的運(yùn)用”三個(gè)課堂活動(dòng)，以及一個(gè)課外活動(dòng)——探究“國(guó)際單位制的沿革歷史”?；谛隆墩n程標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)各活動(dòng)內(nèi)容的特點(diǎn)，分別運(yùn)用合理組織教學(xué)資源、創(chuàng)設(shè)富有探究性的情境，激發(fā)學(xué)生的探索熱情，努力提升學(xué)生的自主探究能力和發(fā)散性思維能力。

2 教材分析

本節(jié)以前的教材內(nèi)容已經(jīng)介紹了大量的力學(xué)量和單位，明確了這些力學(xué)量之間的物理規(guī)律，在教材中起到了很好的銜接作用。通過(guò)單位制的建構(gòu)過(guò)程使學(xué)生了解物理關(guān)系，確定物理量之間的單位關(guān)系，加深對(duì)單位規(guī)定的認(rèn)識(shí)；通過(guò)國(guó)際單位制的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)單位統(tǒng)一的必要性；通過(guò)國(guó)際單位制在物理計(jì)算和公式檢驗(yàn)中的兩個(gè)具體應(yīng)用，進(jìn)一步拓展學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3 學(xué)情分析

學(xué)生大腦中已經(jīng)儲(chǔ)存了大量的物理量以及對(duì)應(yīng)的單位；知道這些物理量之間存在的關(guān)系，但對(duì)物理單位的認(rèn)識(shí)是零碎的；對(duì)物理量單位的規(guī)定較為困惑。

4 教學(xué)目的

（1）能識(shí)別基本量、基本單位、導(dǎo)出單位，了解單位制；

（2）知道國(guó)際單位制以及國(guó)際單位制中三個(gè)力學(xué)基本單位；

（3）認(rèn)識(shí)國(guó)際單位制在物理計(jì)算和公式檢驗(yàn)中的應(yīng)用。

5 教學(xué)重點(diǎn)

基本單位、導(dǎo)出單位、單位制；國(guó)際單位制中的三個(gè)力學(xué)基本單位；國(guó)際單位制的應(yīng)用。

6 教學(xué)難點(diǎn)

基本單位、導(dǎo)出單位、單位制概念的建構(gòu)。

7 教學(xué)方法

本課以活動(dòng)探究為主，配以導(dǎo)學(xué)單，結(jié)合問(wèn)題法、啟發(fā)法、歸納法、多媒體輔助法等教學(xué)方法。

本節(jié)課流程設(shè)計(jì)：開(kāi)門見(jiàn)山—?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境—學(xué)生探究—分析歸納—得出結(jié)論—應(yīng)用拓展。

教學(xué)中通過(guò)設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題情境，把復(fù)雜抽象的概念形象化，以便于學(xué)生思考分析。

8 活動(dòng)過(guò)程

活動(dòng)一：建構(gòu)單位制的概念。

新課引入：（開(kāi)門見(jiàn)山）本節(jié)課學(xué)習(xí)第四章第四節(jié)《力學(xué)單位制》。

【思考與討論】

（1）回顧本學(xué)期所學(xué)知識(shí)，說(shuō)一說(shuō)已經(jīng)學(xué)過(guò)哪些物理量？它們的單位分別是什么？

時(shí)間（s）、時(shí)刻（s）、位移（m）、路程（m）、速度（m/s）、加速度（m/s2）、質(zhì)量（kg）、力（N）。

（2）試寫出下列各小題詳細(xì)的求解過(guò)程，找一找這些物理量及其單位之間存在怎樣的關(guān)系？

①一物體做勻速運(yùn)動(dòng)，在4 s通過(guò)了200 m的位移，其速度是多少？

v= = =50 m/s

②一物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在3 s內(nèi)速度由2 m/s增加到8 m/s，其加速度是多少？

a= = =2 m/s

③一質(zhì)量為3 kg的物體以3 m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其合外力是多大？

F=ma=3 kg·3 m/s2=9 kg·m/s2=9 N

由此可見(jiàn)，物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間關(guān)系的同時(shí)，也確定了物理量單位間的關(guān)系。

仔細(xì)觀察這幾個(gè)由物理學(xué)關(guān)系式推導(dǎo)出的物理量的單位，如：速度（m/s）、加速度（m/s2）、力（kg·m/s2=N）。我們不難發(fā)現(xiàn)，它們都是由幾個(gè)相互獨(dú)立的單位按一定的規(guī)律組合起來(lái)的。幾個(gè)獨(dú)立的單位，如：時(shí)間（s）、長(zhǎng)度（m）、質(zhì)量（kg）。

定義“基本單位”“導(dǎo)出單位”?？梢?jiàn)，只要選定幾個(gè)物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位。這些被選定的物理量叫做基本量，基本量的單位叫做基本單位。由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)的其他物理量的單位，叫做導(dǎo)出單位。

定義“單位制”： 基本單位和導(dǎo)出單位一起組成單位制。

活動(dòng)一的教學(xué)設(shè)計(jì)：通過(guò)先和學(xué)生回顧零碎的“已學(xué)單位”，引導(dǎo)學(xué)生討論讓原先孤立、無(wú)序的單位變得有聯(lián)系且有序，引導(dǎo)學(xué)生在自主找關(guān)系和排序中發(fā)現(xiàn)，一部分物理量的單位是孤立的，其他量的單位可以通過(guò)前面幾個(gè)相互獨(dú)立的單位由公式推導(dǎo)得到。對(duì)教材進(jìn)行深度二次開(kāi)發(fā)，提高了課堂教學(xué)的有效性。

活動(dòng)二：補(bǔ)充與討論，認(rèn)識(shí)國(guó)際單位制及其意義。

【補(bǔ)充與討論】

（1）米是長(zhǎng)度的唯一單位嗎？若不是，說(shuō)一說(shuō)生活中還有哪些常見(jiàn)的單位。

千米、厘米、分米、毫米、微米、納米、公里、英里、尺、英尺、寸、英寸，等等。同學(xué)們當(dāng)然還可以用你的1掌寬來(lái)表示長(zhǎng)度單位。

（2）“說(shuō)一說(shuō)”質(zhì)量的其他常見(jiàn)單位。

克、斤、兩，等等。

（3）“說(shuō)一說(shuō)”時(shí)間的其他常見(jiàn)單位。

小時(shí)、分鐘、天、年，等等。同學(xué)們當(dāng)然還可以用自己脈搏跳動(dòng)的間隔表示時(shí)間的單位。

（4）一輛勻速行駛的汽車：①若在10 s內(nèi)通過(guò)200 m的位移，其速度為多少？② 若在1小時(shí)內(nèi)通過(guò)72 km的位移，其速度為多少？（寫出詳細(xì)的求解過(guò)程）

解：①v= = =20 m/s

②v= = =72 km/h

歸納總結(jié)：即使選定相同的基本量，如果采用的基本單位不同，由基本單位依據(jù)公式推導(dǎo)出的單位自然也隨之不同（比如：選定位移和時(shí)間為基本量，當(dāng)它們的單位分別采用米、秒和千米、小時(shí)，依據(jù)位移與時(shí)間的比值關(guān)系推導(dǎo)出的單位分別為米每秒、千米每小時(shí)），從而產(chǎn)生不同的單位制。如中國(guó)古代單位制、英制、米制等等，它們?cè)跉v史發(fā)展進(jìn)程中，在特定的區(qū)域內(nèi)對(duì)社會(huì)的發(fā)展和人們的交流做出巨大的貢獻(xiàn)。但在世界全球化的進(jìn)程中，隨著世界化進(jìn)程的加劇，帶有明顯區(qū)域特征的單位制逐漸成為世界民族融合和交流的障礙，為了便于交流，比較量值的大小，有必要制定統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際通用的單位制應(yīng)運(yùn)而生，叫做“國(guó)際單位制”。

定義“國(guó)際單位制”：1960年第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)制定了一種國(guó)際通用的、包括一切計(jì)量領(lǐng)域的單位制，叫做國(guó)際單位。簡(jiǎn)稱SI 。

（5）閱讀教材第5段，說(shuō)一說(shuō)國(guó)際單位制中選定的三個(gè)力學(xué)基本量和它們的基本單位分別是什么？其余四個(gè)基本量和它們的基本單位分別是什么？

國(guó)際單位制中選定的三個(gè)力學(xué)基本量和它們的基本單位（如表1所示）；其余四個(gè)基本量和它們的基本單位（如表2所示）。

要注意物理量與物理單位之區(qū)別，切不可將兩者混淆起來(lái)。如力學(xué)中的基本量指的是“長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間”，而不是“米、千克、秒”（國(guó)際單位）。

活動(dòng)二教學(xué)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)生活情景，引導(dǎo)學(xué)生舉例說(shuō)明生活中長(zhǎng)度還有哪些常用單位，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析質(zhì)量、時(shí)間的常用單位。還可以引導(dǎo)學(xué)生找“自帶的單位”，在討論交流中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)有指定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的需要，單位制的混亂給區(qū)域、國(guó)家、世界交流帶來(lái)障礙。在世界全球化的進(jìn)程中，為了便于國(guó)際交流，需要制定國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)，由此很自然地引出“國(guó)際單位制”。筆者旨在以統(tǒng)籌安排課內(nèi)、外的教學(xué)內(nèi)容實(shí)施有效教學(xué)。

活動(dòng)三：展示與討論，體驗(yàn)國(guó)際單位制的應(yīng)用意義。

【展示與討論】

（1）自主完成下面的例題，認(rèn)識(shí)單位制在物理計(jì)算中的作用，并正確使用國(guó)際單位制單位。

例題 光滑水平面上有一個(gè)靜止的物體，質(zhì)量是7 kg，在14 N的水平恒力作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。

①物體的加速度是多大？

②5 s末的速度是多大？

③5 s內(nèi)的位移是多少？

歸納總結(jié)：在進(jìn)行物理運(yùn)算的過(guò)程中，若所有物理量均采用國(guó)際單位制中的單位，則可省略單位運(yùn)算，只進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，只在數(shù)值后面寫上待求量的正確單位即可，從而簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程（如圖1所示）。

（2）通過(guò)小組合作探究80頁(yè)的“說(shuō)一說(shuō)”，理解“根據(jù)物理量的單位可查出推導(dǎo)表達(dá)式及印刷公式中的錯(cuò)誤”。

“說(shuō)一說(shuō)”中小剛在課余制作中需要計(jì)算圓錐的體積（如圖2所示）。他從一本書(shū)中查得圓錐體積的計(jì)算公式為V= πR3h。小紅說(shuō)，從單位關(guān)系上看，這個(gè)公式肯定是錯(cuò)誤的。她的根據(jù)是什么？

生：體積的單位為m3，而根據(jù)物理量公式V= πR3h的運(yùn)算單位為m4，顯然這個(gè)公式是錯(cuò)誤的。

圖2 圓錐體

師：根據(jù)物理量的單位可查出推導(dǎo)表達(dá)式及印刷公式中的錯(cuò)誤。

活動(dòng)三教學(xué)設(shè)計(jì)：充分利用教材資源，教材中的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)得很好，難度不大，放手讓學(xué)生自主合作探究，學(xué)生自己去感受單位制在物理計(jì)算和公式檢驗(yàn)中的應(yīng)用，對(duì)于相對(duì)淺顯的知識(shí)放手由學(xué)生自主合作探究，在學(xué)生的自主探究能力得到不斷發(fā)展的同時(shí)節(jié)省了寶貴的教學(xué)時(shí)間。

★【課外延展】 探究“國(guó)際單位制的沿革歷史”

請(qǐng)同學(xué)們課后通過(guò)上網(wǎng)或者到圖書(shū)館查閱收集資料，探究“國(guó)際單位制的沿革歷史”。

問(wèn)題1：社會(huì)在發(fā)展，國(guó)際單位制是怎么建立的？

問(wèn)題2：國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位的標(biāo)準(zhǔn)分別是什么？

問(wèn)題3：這么多年又是如何發(fā)展的？

課外延展教學(xué)設(shè)計(jì)：教材中對(duì)于“為什么要建立國(guó)際單位制”，僅用一句話來(lái)說(shuō)明。單位制的統(tǒng)一有其特定文化價(jià)值背景，而這些都不應(yīng)由教師灌輸給學(xué)生。因此，通過(guò)課外探究以話題討論和資料收集的形式將學(xué)習(xí)向課外延展，讓學(xué)生自主查找和發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)教材的留白。學(xué)生通過(guò)自主查閱資料后發(fā)現(xiàn)，國(guó)際單位制的制定并非一朝一夕完成，是應(yīng)生活和發(fā)展的需要不斷深化的，正如知識(shí)的學(xué)習(xí)，應(yīng)一步一個(gè)腳印，逐步深化下去。

板書(shū)設(shè)計(jì)（如圖3所示）。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郭炎軍.談中學(xué)物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)——觀第十一屆全國(guó)中學(xué)物理青年教師教學(xué)大賽有感[J].物理教學(xué)探討，2015，33（2）：1-3.

（欄目編輯 鄧 磊）