新課程探究教學設計案例

劉 玲

摘要:本文以“動能和動能定理”為例進行探究教學設計,闡述了如何在本節課堂教學中引導學生通過知識類比進行理論探究、自主獲取“動能定理”的過程,以及作者的課后思考。

關鍵詞:動能;動能定理;探究教學;教學設計

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2009)11(S)-0013-3

1教學分析

1.1 教材分析

《動能和動能定理》是人教版普通高中教科書物理必修2第七章《機械能及其守恒定律》第七節的內容。本節教材是通過與前面學過的重力勢能和彈性勢能的類比,進一步推理分析后定義物體的動能E璌=12mv2,并得到動能定理的表達式的。這種呈現形式旨在讓學生有根據、合乎邏輯地進行學習,了解知識獲得的過程,充分體現了新教材重視過程與方法,重視探究式學習的特點。

通過本節的學習深化學生對功的概念和“功是能量轉化的量度”的理解,拓展功的計算方法,為功能關系處理問題打開了思維通道,從而為機械能守恒定律的學習打下了基礎。因此,本節內容具有承前啟后的重要作用。

1.2 學情分析

在本章第一節“追尋守恒量”中,學生在初中的基礎上進一步明確了:物體的速度、質量越大,物體由于運動而具有的動能就越大。并認識到功是能量轉化的量度,某個力對物體做功就一定對應著某種能量的變化。加之前一節通過實驗探究已經得出了力對物體做功與物體速度變化的關系是W∝v璽(物體初速度為0),那么已有的認知經驗就會激發學生進一步思索物體動能的表達式和引起物體動能變化的原因,從而為我們接下來的探究教學提供有效條件。

2 教學目標

2.1 知識與技能

(1)知道動能的定義式和單位,會根據動能的表達式計算運動物體的動能;

(2)理解動能定理的物理意義,會用動能定理處理單個物體的相關問題。

2.2 過程與方法

(1)通過理論推導得到動能和動能定理的表達式;

(2)在理解領悟動能定理的過程中體會類比法、微元法的應用。

2.3 情感、態度與價值觀

(1)通過自主學習和探究感受成功的喜悅,激發學生對科學研究的興趣和求知欲;

(2)通過同伴合作交流學會正確評價他人和自己,增強人際交往的能力。

3 教學重點、難點

(1)理論探究動能和動能定理的表達式;

(2)會用動能定理解決生產和生活中的實際問題。

4 教學設計思路

本節課設計的主要目的是力求體現新課程理念:“注重科學探究,提倡教學方式多樣化”,體現“教學活動的本質是學生特殊學習活動”的教學指導思想。通過重力做功與重力勢能變化之間的關系(W璆=mgh1-mgh2),推導外力對物體做功的表達式(W=12mv22-12mv21),從而得出動能和動能定理的表達式。例題的選擇從單過程到多過程,從直線到曲線、從恒力到變力,目的是讓學生感悟運用動能定理解題的特點以及解題的優越性和適用的廣泛性。

5 教學流程

6 教學實錄

6.1 理論探究——建構動能的表達式

(1)創設情境,提出問題

師:請大家回憶有關動能的知識,動能與哪些因素有關?

生:質量越大、速度越大,動能就越大。

師:物體的動能與物體的質量和速度究竟有什么樣的定量關系?它的表達式如何?我們如何去探究呢?(教師停頓片刻,學生思考)

師:我們知道功是能量轉化的量度,前面我們研究了重力做功與重力勢能的關系,從而確立重力勢能的表達式。重力做功與重力勢能變化的關系式如何?

生:重力做功與重力勢能變化的關系式是W璆=mgh1-mgh2,由此得到重力勢能的表達式E璓=mgh。

師:上節實驗探究發現,力對物體做的功與物體速度變化的關系是W∝v2(物體初速度為0)。因此,功與速度變化的關系是導出動能表達式的一個橋梁。

評析 學習的過程是學生在原有知識和經驗的基礎上自我構建,自我生成的過程。學生原有的知識和經驗是教學活動的起點,在新知識教學中應注意與已學知識的聯系。

(2)新課教學,理論探究

給出情景:物體的質量為m,在光滑水平面上,受到與運動方向相同的恒力F的作用,發生一段位移l,速度由v1增加到v2 ,恒力所做的功為W。

提出問題:物體的動能與它的速度密切相關,而物體速度的變化又與它受力有關,能否從理論上探究做功與物體速度變化的關系?

理論探究:(學生推導)由運用運動學知識和牛頓第二定律得:

W=Fl=Fv22-v212a=12m(v22-v21)

=12mv22-12mv21

(3)猜想類比,尋找規律

類比引導:W=12mv22-12mv21與前面得出的重力做功與重力勢能變化的關系W璆=mgh1-mgh2很相似。

師:比較上面兩個式子,能發現什么規律?

(學生通過觀察、類比、分析和討論回答)

生1:從兩式比較可以看出:外力做功W等于12mv2的始末狀態之差。

生2:上面兩式左邊都是功,功是能量變化的量度,因此我們類比第二個式子右邊12mv2很有可能是一個具有特定意義的物理量!應該也是一個能量的表達式吧。

生3:上節課實驗探究了功與速度變化的關系,得到功與速度的平方成正比(初速度為零)。我們還知道物體的質量越大、速度越大,物體的動能越大,式中的12mv2與v有關,這應該就是我們尋找的動能表達式。

評析 教師適時啟發、引導,采用師生互動的方式,運用推理和類比等方法,以激發學生的思維遷移。讓學生知道物理概念和規律的來龍去脈,充分體現了新課程的教學理念。

師生總結:與重力勢能一樣,動能應該是狀態量,動能是標量 ,單位是焦耳。重力勢能具有相對性有正負之分,動能也具有相對性。雖然速度有正負,但動能卻不可能為負值。動能的相對性與重力勢能相對性是不同的。

(4)鞏固練習,及時反饋 (練習為了強化學生對動能的概念和表達式的深刻理解)

評析 課堂留給學生更多的思考時間,培養學生自學能力、歸納總結的能力。

6.2 拓展提高——領會動能定理的含義

(1)動能定理的得出

師:我們剛才推導用的物理模型是只有一個水平外力F做功的情形,對于多個力做功的情形(如水平面有摩擦),公式W=12mv22-12mv21還成立嗎?如果成立W表示什么?

生:因為前面我們推導時用了W=Fl=mal,即用ma表示F,所以在一般情況下只要用W表示物體所受合外力的功,公式W合=12mv22-12mv21同樣成立。

師:如果公式W璆=mgh1-mgh2的意義可以表述成重力做的功等于重力勢能的減少,那么公式W合=12mv22-12mv21的意義又如何表達呢?

生:物體所受合外力做的功等于物體動能的增加。

師:此式就是我們今天學習的重要的內容--動能定理。

(板書)動能定理的內容:合力在一個過程中對物體所做的功,等于物體在這個過程中動能的變化。表達式:W合=12mv22-12mv21

(2)動能定理的應用

動能定理是通過牛頓第二定律和運動學公式推導出來的,但它的應用范圍更廣泛。

題型一:動能定理在多過程問題中的運用

例題1 物體質量為1.5kg,靜止在光滑的水平面上,受到F1=10N恒力作用運動了10m,接著又在F2=20N恒力作用下沿原方向運動了10m,求物體運動的末速度。

(教師觀察學生解題情況,讓學生板演后分析總結)

師:該題可以用牛頓運動定律和運動學公式求解,但要求兩個加速度,比較復雜。而應用定理求解可以化繁為簡:由F1S1+F2S2=12mv2,得v=2(F1s1-F2s2)m

評析 教師在習題教學中要引導學生用多種方法、多個角度去思考問題,通過不同的方法的比較,培養學生思維的敏捷性。

題型二:動能定理在曲線運動、變力問題中的運用

例題2 一小球用細繩相連系于天花板上,懸線長為L。開始把小球拉直與懸點在同一水平面上,然后由靜止釋放,求小球運動到懸點的正下方時的速度?

師:引導學生討論運動過程中物體受幾個力,各力做功情況。

利用微元法把曲線運動轉化為直線運動處理。

(教師觀察學生解題情況,讓學生板演后分析總結)由mgh=12mv2,得v=2gh

師生總結:應用動能定理還能解決一些用牛頓定律與運動學規律無法處理的問題,動能定理不僅適用于直線運動也適用于曲線運動。

評析 老師適時滲透“化曲為直”、“以恒代變”等辯證思想,引導學生用科學的思維方法,揭示問題的本質和規律。從中概括領悟條件化、策略化、規律化的解題方法,在訓練中潛移默化地提高學生的思維能力,培養良好的思維品質。

例題3 一質量為m的小球,用長為l的輕細繩懸掛于O點,小球在水平力F作用下,從平衡位置P點很緩慢地移動到Q點,如圖5所示,則力F所做的功為

A.mglcosθB.mgl

C.mgl(1-cosθ)D.Fl

此題錯誤率非常高,學生普遍認為F是恒力。教師通過受力分析,認真閱讀題中“緩慢地移動”字眼,知道F是變力,用動能定理可求出力F所做的功為mgl(1-cosθ)。C答案正確。

評析 通過幾個典型例題來鞏固已學知識,強化了用動能定理解決問題的一般思路,感悟動能定理解題的優越性和普遍性。

7 教學反思

本節課針對學生學習狀況進行了激疑、引導和點撥,使學生有效參與課堂教學,成為課堂的主體。在理論探究階段,充分發揮學生的自主性,讓他們主動尋找關于描述動能的表達式,同時在理論探究的過程中體驗自主獲取知識的樂趣。本節探究式教學在活動安排上,與已學過的重力勢能進行類比分析,總結出了物理學中運用廣泛的規律——動能定理。在解題過程中培養學生獨立思考、敢于探索、敢于質疑的態度,使知識復習和習題訓練相得益彰。

(欄目編輯趙保鋼)