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探究外力做功与物体动能变化的关系

  教学设计:梁军秋

  【版本信息】

  广东教育出版社高中物理必修2第四章第三节(2012年版)。人教新课标(标准实验版)高中物理必修2第七章第六节、第七节。沪科版高中物理必修2第三章第一节。鲁科版高中物理必修2第二章第一节。苏教版高中物理必修2第五章第二节。教科版高中物理必修2第四章第四节。

  【教学设计】

  一、课标要求

  通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系。理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。 

  例3 用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。例4 从牛顿第二定律导出动能定理。 

  二、学情分析

  1.学生分析 

  这是共同必修2的第一次实验探究课,通过“必修1”的学习,学生已经掌握了实验探究的一些科学研究方法,经历了匀变速直线运动的实验研究过程,学习了自由落体运动等相关知识,但时间相隔较久,所以教师一方面要利用学生原有的知识,让学生积极思考讨论,另一方面还要根据学生的认知特点,注意在学习过程中适时对学生引导和点拨,让学生保持学习的热情和探究的乐趣。

  2.教材分析

  动能定理是高中物理必修模块中的重要知识环节。通过实验探究恒力做功与物体动能变化的关系,是对动能定理的初步研究,是学习整章内容的重要的前期准备,这部分知识的学习让学生从一个新的角度思考问题,即开始培养学生从功和能相互联系的角度定量分析解决力学问题。第一次将运动、力、功以及能量联系在一起,为培养学生综合分析问题打下基础。本节内容丰富,有很强的物理实验学科特性。

  三、教学设计思想

  本节的教学任务拟用两个课时来完成。第一课时的中心内容是通过实验探究恒力做功与物体动能变化的关系。以讲学案为载体,小组合作为途径,思维工具为抓手,让学生经历设计、优化实验方案的探究过程,拓展学生思维的广度和深度,增强学生批判性思维,提高学生的动手能力和探究能力。从加德纳的“多元智能理论”出发, 通过培养学生的多元智能和换元机智,使学生实现由善于解答问题向善于解决问题转变,培养学生创新精神。

  第二课时是先进行理论探究,从牛顿第二定律导出动能定理;再学习运用动能定理,知道用动能定理解题的步骤,初步学会用动能定理解决实际问题,体验知识的应用,感受运用动能定理解决力学问题的优越性。

  四、教学目标

  本节课的教学目标如图1所示。

  图1教学目标

  五、教学流程图

  本节课的教学流程如图2所示。

  流程图说明:

  活动一、学生初探:独立完成学案一,学会提问、明确问题。(使用聚焦、概念扇、定义问题等工具)

  活动二、学生初探与小组互探:在独立完成学案二的基础上,进行组内交流,辨析、改进方案。(使用PMI工具)

  活动三、全班共探:展示与鉴赏各组方案。(使用CAF、PMI工具)

  活动四、师生广探:增补方案,整理归类。(使用APC、OPV工具)

  活动五、师生复探:对各种方案进行优化选择。(使用RULLS 、FIP工具)

  活动六、七、八、学生复探与共探:完成实验得出规律。(使用批判性思维工具)

  图2教学流程图

  六、学生学案

  学案一、通过阅读必修2第四章第三节的课文,使用聚焦、CAF、定义问题等思维工具补充完成如图3所示的导图。

  图3定义问题图

  学案二、通过阅读必修2第四章第三节的课文和查找资料,使用PMI等思维工具完成如图4所示的探究方案设计图。

  图4探究方案设计图

  七、教学过程

  1.各小组展示本组的最佳设计方案(再补充与别组不同的方案)。(思维工具CAF)

  2.鉴赏他组方案,写出自己的评价和建议。(思维工具OPV、PMI)

  3.教师用PPT展示学生没有想到的其他方案。(思维工具APC、OPV)

  4.教师引导学生对各类方案进行整理归类。如图5所示。

  图5实验方案分类图

  5.教师引导学生使用RULLS 、FIP工具对各种方案进行优化选择。如图6所示。

  图6方案优选原则图

  6.选定方案进行分组试验:1、4、7组用自由落体法;2、5、8组用钩码小车法;3、6、9组用斜面平抛法。

  7.各组汇报实验结论与心得。

  思考(误差分析):为什么物体动能的增加量总是略小于实验中外力做的功W?

  8.根据各组实验结论与心得,总结出外力做功与物体动能变化的定量关系,得出物理规律——动能定理。

  八、课后作业

  开放实验室,同学可到实验室完成其他方案的实验。

  【教学后记】

  在中学的探究式教学一般分为两类。一类是学生根据自己的观察或发现所提出的研究课题(或在教师推荐下由学生选择的研究课题),是利用课外时间进行的,学生自主程度较高,探究活动的环节较多,探究周期较长,但每一个学生所能完成的课题数目极其有限。另一类是在课堂内进行的,课题的内容服从教学进度的需要,课题由教科书或者教师提出,因受到课堂教学时间的限制,每个课题所花的时间不可能太长,因此探究环节一般较少,这类探究课题的数量较多。 

  探究式教学是科学探究的一种模拟,无论是探究的广度、深度、复杂程度或时间的长度,都无法与科学探究比拟。科学探究是科学家从事科学研究,寻找事物的规律和本质,是对一个未知领域的探索,而探究式教学的很多现象和规律通常是人们已发现的,只是对学生来说是未知的,因此,在探究式教学中,教师应把“发现”的任务交给学生,让学生成为“发现”的主人。探究式教学的提出以及在中学的推广与普及,将改变着学生的学习方式和教师的教学方式,在新课程中提出探究式教学,试图通过这种教学模式,让学生经历科学探究的一般步骤和掌握科学探究的一般方法,也让学生充分体验科学探究的艰辛和发现的欣喜,进一步激发他们的探究欲望。

  本节课实现了学生自主探究与教师合理指导的有机结合,引导学生循序渐进,通过学生自主设计、讨论交流、展示评比、比较筛选等环节,碰撞出智慧的火花,将实验方案逐步简化、优化,得到最优方案。这种开放性的实验教学,符合加德纳的“多元智能理论”,通过讨论与交流、展示与评比等多种形式的合作探究,有效地培养了学生的创新精神和实践能力,通过培养学生的多元智能和换元机智,使学生实现由善于解答问题向善于解决问题转变。
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