“探究外力做功與物體動能變化的關系”的教學設計與反思

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系”這一內容的教學設計，介紹了如何根據新課程的要求進行探究教學，對教學過程中的各個環節的作用進行了分析以及在教學結束后對本節課進行了總結和反思。

關鍵詞：實驗探究；設計實驗；誤差分析；理論推導

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-61

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

科學探究既是學生的學習目標又是重要的教學方式之一。通過探究式學習能讓學生在自主學習的活動中通過自己“探索”物理規律的過程，把手、口、腦有機地結合起來，并在這個過程中對所得信息進行仔細篩選，使學生經歷思維多樣化的訓練，使他們的思維得到進一步的提高，從而達到理想的教學效果。本人在新課程“探究外力做功與物體動能變化的關系”這節課的教學中，進行了實驗探究課的嘗試，取得了良好的教學效果，現就此課為例，與大家一起探討科學探究在物理教學中的應用。

1 設計思想

動能定理是第四章《機械能和能源》第三節的內容，學生在前面第一、二節已分別學習過了做功和動能的概念。

動能定理常用于解決運動學問題，是力學中最重要的規律之一，它的應用貫穿于以后的許多章節，因此學習好動能定理非常重要。在學習過程中，學生已經知道實驗探究和理論推導相結合的科學研究方法，在這里再次采用這種方法，通過實驗設計、觀察實驗數據、分析、比較、歸納得出實驗結果，再進一步通過理論分析、推導與論證，得到外力做功與物體動能的變化關系，體會科學探究的方法，使學生能夠進一步提高自身的能力。

2 教學設計

2.1 教學目標

（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，會用動能定理進行計算；會用實驗方法來探究物理定理或規律，理解動能定理的推導過程。

（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系，學會獲取知識與實驗技能的方法；通過理論分析與論證的過程，使學生受到理性思維的訓練；通過實踐與拓展，使學生靈活遷移所學知識，解決實際問題；通過閱讀資料活頁，擴大學生的視野，豐富學生知識面。

（3）情感、態度與價值觀：通過實驗與探究，培養學生的探究意識與實踐能力；經歷討論與交流，培養學生的語言表述能力與團結協作的精神；通過實踐與拓展，培養學生靈活遷移能力和實際應用能力；通過閱讀資料活頁，培養學生的閱讀、理解能力，使學生養成了解社會、關注社會的責任感。

2.2 教學重點

動能定理的推導過程、正確理解動能定理。通過讓學生親自動手進行實驗探究和理論論證得出定理，使學生對定理有更深的理解。

2.3 教法與學法

通過實驗與探究充分調動學生學習的積極性，培養學生的合作精神，探究意識，體現學生的主體作用和教師的主導作用，將實驗與探究和理論分析相結合，體現教學和學習方式的多樣化。

2.4 教學器材

電火花打點計時器（50Hz）、紙帶、重錘（0.3kg）、刻度尺、計算機。

2.5 教學過程

（1）課前引入

通過兩個演示實驗引入：（1）小車的一端系著一跟細繩，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，在毛巾上運動一段路程后停下。請學生分析（1）、（2）實驗中小車在水平面上的動能是如何變化的？

然后，利用實驗引入新課，讓學生在現象中總結原因，得到外力做功與物體動能變化的定性關系。讓學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，這樣既能達到鞏固知識的目的，又能讓學生在此基礎之上對于功和能有更深的理解，把理論與實踐結合起來。

（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系呢？

②猜想與討論

由學生提出各自的觀點，有的認為外力做功與物體動能變化相等，有的認為外力做功比物體動能變化得更大或更小，觀點不一……教師提議：下面我們就通過自己設計實驗來探究外力做功與物體動能變化之間的關系。

③制定計劃與設計實驗

a、設計實驗的目的

探究外力做功與物體動能變化之間的關系。

b、讓學生思考

我們要設計一個過程，這個實驗過程可以研究外力做功與物體動能變化的關系，那么在設計實驗的過程中我們需要什么樣的一個思路呢？

c、總結思路

（1）、做功需要知道哪些物理量（力和力方向上發生的位移）？（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量）？

d、實驗器材

電火花打點計時器（50Hz）、紙帶、重錘（0.3kg）、刻度尺。

e、要求

根據已學過的知識，結合提供的實驗器材，在小組討論的基礎上，寫出實驗方案。

④進行實驗與收集數據

學生開始動手實驗，并將數據記入表格（表一）。（結果保留3位有效數字）

表一 功能關系表

重錘質量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數據分析與結論

在實際操作中，由于學生個體存在差異，學生設計的實驗方案有的不夠完美，有的甚至是錯誤的。但由于每個學生都積極參與了建立物理規律的全過程，所以同學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生對所得的結論理解透徹，尤其是變被動地接受知識為主動去探究新知。其興趣、注意力和科學態度就在無意識中得到了增強。

⑥理論論證

教師引導學生思考：從上面的實驗中我們可以知道，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行論證呢？請學生通過前面所學的牛頓運動定律和運動學知識從理論上推導動能定理，提高學生實踐與理論相結合的能力。

理論推導時，學生根據課本提供的問題情景，運用牛頓第二定律公式和運動學公式獨立推導出外力做功與物體動能變化的關系。這樣做可以加深學生對功能關系的認識，提高學生的推導能力。并且，通過推導使學生真正做到了實踐與理論相結合。

⑦理解公式并總結

教師對學生的探究過程和理論論證過程進行激勵，并進一步總結公式中各個物理量的含義，對本節課的內容進行提煉，從而達到更好的教學效果。

⑧自我提高

讓學生課后思考：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系？并提供參考網站，發揮學生的積極性和主動性，讓學生在課后能對所學的知識有更深的理解。

3 教學反思

本節課的教學采取的是實驗與探究的教學模式，通過學生的合作探究、自己動手、自我總結，充分調動學生學習的積極性，培養學生的合作精神，探究意識，體現了學生的主體作用和教師的主導作用，將實驗與探究及理論分析相結合，并充分利用多媒體的輔助，體現了教學和學習方式的多樣化。另外，通過閱讀資料活頁，培養了學生的閱讀、理解能力，使學生養成了了解社會、關注社會的責任感。因此，探究式教學會為學生智能的鍛煉與開發創造了良好的條件。

利用探究式教學法能夠讓學生在學習課本知識的同時發展自身的思維和創新能力，但在實際的實施過程中由于學生的個體差異，教學中出現了一部分學生的實驗方案不夠合理的現象。例如：學生不會從減小摩擦的角度來考慮如何放置打點計時器，有些學生受《測定勻變速直線運動物體的加速度》實驗的影響，把打點計時器平放在桌面上；有些學生沒有從穩定性的角度加以考慮，不是把打點計時器側放在桌面上，而是用手去幫忙……但由于每個學生都通過動手和討論，積極參與了建立物理規律的全過程，所以同學們對整個過程十分熟悉，感到自然真切，對所得結論理解透徹，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、注意力和科學態度就在無意識中得到了增強，這正是新課標的要求之一。

另外，在理論推導的過程中，部分學生不能很快地從牛頓第二定律以及運動學的公式中推導出外力做功與物體動能變化的關系，例如有的學生可能不會一步到位而是經過比較復雜的過程才能得到結果，所以在這個地方教師應該適當的引導學生的思路，以提高教學的效率。

參考文獻：

［1］束炳如、何潤偉.普通高中課程標準實驗教科書《物理2》.上海:上海科技教育出版社, 2005年

［2］廖伯琴.《物理探究式教學設計與案例分析》.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、公式等內容請以PDF格式閱讀原文