“探究彈性勢能的表達(dá)式”理論探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

姚君蘭

(浙江省嵊州市第一中學(xué),浙江 嵊州 312400)

1 對理論探究式教學(xué)的認(rèn)識

《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)“高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí),讓學(xué)生積極參與,合作交流,樂于探究,勇于實(shí)驗(yàn),勤于思考.”針對傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)弊端,提出要優(yōu)化課堂教學(xué),提高教學(xué)質(zhì)量,就應(yīng)該還主動權(quán)于學(xué)生,倡導(dǎo)“強(qiáng)調(diào)情景——探究——體驗(yàn)——應(yīng)用”的探究式課堂教學(xué).而探究教學(xué)并不單指實(shí)驗(yàn)探究,它包括理論探究和實(shí)驗(yàn)探究,相比較理論探究在課堂教學(xué)中更為普遍.理論探究教學(xué)指在新課教學(xué)中把概念、規(guī)律等作為研究對象讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、體驗(yàn)、論證、推廣,親身經(jīng)歷知識的形成、發(fā)展過程.本文以“探究彈性勢能的表達(dá)式”為例,進(jìn)行理論探究式教學(xué)的探索.

2 “探究彈性勢能的表達(dá)式”教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能:理解彈性勢能的概念及意義,學(xué)習(xí)計(jì)算變力做功的思想方法,并解釋有關(guān)現(xiàn)象.

過程與方法:(1)猜測彈性勢能的表達(dá)式與哪些因素有關(guān),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)預(yù)測的能力.(2)體會計(jì)算拉力做功的方法,體會微分思想和積分思想在物理學(xué)上的應(yīng)用.

情感、態(tài)度與價值觀:通過對彈性勢能公式的探究過程和所用方法,培養(yǎng)學(xué)生探究知識的欲望和學(xué)習(xí)興趣,體會彈性勢能在生活中的應(yīng)用.培養(yǎng)探究活動中的合作意識與團(tuán)隊(duì)精神.

2.2 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn):探究彈性勢能公式的過程和使用方法.

難點(diǎn):理解微元法把變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功,體會其中的微分、積分、逼近思想.

2.3 教學(xué)過程

(1)課題引入:先復(fù)習(xí)勢能及重力勢能概念,然后用多媒體展示張弓射箭、撐竿跳高、卷緊的發(fā)條等圖片,引出彈性勢能概念.

(2)提出中心問題:彈簧的彈性勢能的表達(dá)式是怎樣的?

(3)創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生猜想

教師出示兩個不同的彈簧,讓學(xué)生感受拉伸或壓縮,從而猜想假設(shè):彈性勢能的大小可能與哪些因素有關(guān)?

學(xué)生可能猜出:長度,伸長量,壓縮量,彈力,勁度系數(shù),形變量,質(zhì)量,材料,匝數(shù),半徑,鋼絲粗細(xì),匝密度等等.教師引導(dǎo)學(xué)生之間討論交流,最后形成一致意見:與勁度系數(shù)k和形變量(伸長量或壓縮量)l有關(guān).

(4)指導(dǎo)方法,引導(dǎo)探究

問題探究1:彈性勢能的表達(dá)式如何來研究呢?

引導(dǎo)學(xué)生類比于我們是如何得到重力勢能的──從重力做功入手,得到研究彈性勢能也從拉力對彈簧做功入手.

問題探究2:拉力等于彈力,而彈力要隨彈簧形變量的變化而變化,是變力,如何計(jì)算變力做功呢?

①研究彈力的特點(diǎn):用公式表示F=kx,再讓學(xué)生畫出拉力F與彈簧形變量x的關(guān)系圖.

②教師提出:彈力是變力,我們不能直接用W=Fs公式計(jì)算,因?yàn)檫@個公式只適用于恒力做功.那我們能不能想辦法把這個變力近似變成不變的力呢?學(xué)生交流討論,教師引導(dǎo)學(xué)生類比于學(xué)過的知識方法來思考.

前面學(xué)的計(jì)算做曲線運(yùn)動的物體重力所做的功時,我們是把曲線細(xì)分成很多段的直線,然后把物體在每個一小段的傾斜直線上所做的功算出來,然后把這些功全部相加就得到整個過程中重力所做的功.因此把彈簧從A到B的過程分成很多小段,長度分別是Δl1,Δl2,Δl3,…在各個小段上拉力可近似認(rèn)為是不變的,他們分別是F1,F2,F3,…所以在各個小段上,拉力做的功分別是F1Δl1,F2Δl2,F3Δl3,…則拉力做的總功是W=F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3+….

問題探究3:如何計(jì)算此求和式?

引導(dǎo)學(xué)生回憶起我們還可以利用圖像法解決問題,如類比于勻加速直線運(yùn)動的位移計(jì)算方法,在位移公式推導(dǎo)出來之前我們是通過怎樣的方法去計(jì)算位移的?學(xué)生回答(如圖1所示).

圖1

教師引導(dǎo)學(xué)生巧妙運(yùn)用F-l圖像求得變力F所做的功(如圖2所示).

圖2

3 教學(xué)反思

通過上一節(jié)“重力勢能”的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)初步體驗(yàn)到“研究重力勢能是從重力做功入手”以及“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”,并且學(xué)生已具有一定的知識遷移能力.因此可以讓學(xué)生通過類比,也從拉力做功入手來研究彈簧的彈性勢能.因?yàn)橹亓Φ墓εc重力和物體的位置變化有關(guān),彈力的功與彈力和彈簧的形變量有關(guān),這樣的猜想是很容易想到的.關(guān)鍵的問題是如何研究拉力的功,同樣讓學(xué)生回憶并類比研究勻變速直線運(yùn)動的位移的方法,將彈簧的形變過程分成很多小段,每一小段中近似認(rèn)為拉力是不變的,而且上一節(jié)中研究當(dāng)路徑是曲線的時候,研究重力所做的功也是將曲線分成很多近似直線來處理的,這點(diǎn)學(xué)生也是容易想到的.對于彈性勢能的概念及其產(chǎn)生的條件,通過事例和自己的經(jīng)驗(yàn)及教師的演示,學(xué)生也比較容易理解,并猜想得到彈性勢能會與哪些因素有關(guān),以及彈性勢能與拉力之間的關(guān)系,但對于計(jì)算拉力所做的功時所用的類比方法和微積分思想則需要教師的引導(dǎo).