在情境體驗探究中獲取真知
——談“形變與彈力”的探究式教學設計

羅 翀

（三明第一中學，福建三明365001）

在情境體驗探究中獲取真知
——談“形變與彈力”的探究式教學設計

羅 翀

（三明第一中學，福建三明365001）

《形變與彈力》一課的教學應讓學生充分感受到身邊的彈性現象，激發起探究彈性世界的欲望。為此，教學設計應該基于新課程的探究性學習和創新教育理念，在彈力概念、彈力大小、彈力應用等方面進行仔細考量，本文試圖通過“彈力與形變量關系”的實驗數據自動處理程序等方面的創新教學設計，來突顯本節課內容教學的啟發性、交互性和創新性。

問題情境；體驗探究；形變與彈力

“形變與彈力”是魯科版《普通高中課程標準實驗教科書·物理1（必修）》第四章第2節的內容，教材從生活中常見的形變現象出發，使學生認識到彈力的存在，再對彈力與形變的關系進行實驗探究，最后給學生以感性認識，闡述了彈力的應用，使學生體驗到彈性勢能和緩沖對生活的影響。本節課的信息量和活動量很豐富，實踐性和趣味性也很強，實際教學中，應充分探討彈性現象所遵循的物理規律，培養學生的創新思維和實踐能力。

1.關于教學流程的設計

基于新課程背景下的高中物理課堂教學，應該努力彰顯如下教學原則：一是要讓學生經歷科學探究，學習科學研究方法，培養學生實踐能力及創新精神；二是要突出從生活走向物理、從物理走向社會的課程理念，使眾多事例來源于生活實際；三是要充分尊重和重視個性差異，教學方法多樣化，努力培養學生的興趣。

根據以上教學原則，為充分體現課程標準中要求培養學生自主性、探究性學習的精神，在教學中應該努力創造條件，讓學生自主獲取知識，發展對科學的好奇心與求知欲；教學中還應該廣泛聯系生產、生活實際，如尼龍扣、火車減震彈簧等，以體現教學內容的時代性。基于以上兩點考慮，再考慮到學生對彈簧形變和拉力的關系有一定的感性認識，本節課的設計遵循以下教學結構流程，如圖1所示。

2.關于教學過程的探討

2.1 教學目標［1］

2.1.1 ［知識與技能］

2.1.1.1 會判斷彈力的有無及彈力的方向。

2.1.1.2 通過實驗探究彈力與形變的關系，知道胡克定律。

2.1.1.3 了解彈力在生活、生產中的廣泛應用。

2.1.2 ［過程與方法］

從生活中常見的物體形變現象出發，在探究形變的過程中，引導學生進一步探索形變與彈性之間的關系之后，使學生了解探究彈力的實際意義。

2.1.3 ［情感態度與價值觀］

2.1.3.1 體驗彈力的探究過程。

2.1.3.2 觀察和了解形變的有趣現象，感受自然界的奧秘，發展對科學的好奇心和求知欲。

2.1.3.3 積極參與觀察和實驗，認真討論，體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。

2.1.3.4 通過質疑、討論交流，逐步養成將自己的

2.2 教學重點和難點

探究彈力和形變的關系，判斷彈力的方向。

2.3 教具準備

fla s h課件、影像視頻、電腦、重物、海綿塊、教學用三角板、粗細不同的兩種彈簧、鐵架臺、刻度尺、相關實驗用圖表、自動傘等。

2.4 教學過程

教師活動學生活動設計意圖復習導入新課：1 .物體的形狀或體積的改變叫形變。2 .形變分為彈性形變和范性形變。3 .當彈性物體形變達到某一值時，即使撤去外力，物體也不能恢復原狀，這個值叫彈性限度。有了形變的知識準備后，同學們就可以進一步深入學習彈力的知識了。那么彈力是怎么產生的呢？請同學們先看兩個課件。一、彈力1 .彈力的概念：課件引導：P65 /圖4 -25蹦極、圖4 -26彈簧彈力把小球彈出。板書：物體發生彈性形變時，會產生一種恢復原狀的力，這種力叫做彈力。［2］2 .彈力的產生條件：提問：如果人、球與蹦極繩、彈簧不接觸，會受到彈力嗎？可見，板書：彈力的產生需兩個條件：直接接觸并發生形變。例：如圖2所示微小形變不易判斷，可采用假設法：假設N2存在，則小球會向右運動，不符合題意；這也說明小球與斜面有接觸但未發生形變。3 .彈力的方向：①如圖3所示，放在水平桌面上的書（實驗演示）［3］學生復習回答溫故而知新創設情境，激發學生興趣。引導學生回答：形變的物體要恢復原狀，對和它接觸的物體有力的作用。引導回答：不接觸一定不會受到這個力。探究彈力產生的要素的過程，從而明確彈力，并產生探究彈力和形變關系的愿望。圖2假設法是解決物理問題的一個重要的方法［學情預設］：可能會出現的錯誤：在圖中畫出小球受到向右的彈力學生分析：靜止地放在傾斜木板上的書，書對木板的壓力和木板對書的支持力。并畫出力的示意圖。結論：壓力、支持力都是彈力。壓力方向總是垂直支持面而指向被壓的物體，支持力方向總是垂直支持面而指向被支持的物體。②如圖4所示，分析靜止時，懸繩對重物的拉力及方向結論：拉力是彈力，方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向。［2］總結：方向總是與物體形變趨向相反。［2］（上述兩結論板書）例：如圖5所示（課件分析）讓學生上講臺從形變的角度講解繩子拉力。努力挖掘教學資源引導學生回答遷移與提高再設置一些實驗讓學生體驗彈力產生的條件及方向：

實驗方案參考：①木塊壓在泡沫塑料上，泡沫塑料形變后對木塊產生向上的支持力，如圖6所示。②彎曲的鋸條將小球彈出。③壓縮彈簧將與之相毗鄰的小車推出。④伸長著的橡皮筋將與之相連的小車拉過來。4 .彈力的大小：實驗：探究彈力與形變之間的關系（1）學生提出猜測：拉力越大，彈簧的伸長量就越大（2）設計方案驗證自己的猜測：①參考器材：粗細不同的彈簧（2根）、50 g的鉤碼若干、鐵架臺、刻度尺②提出需要解決的幾個問題：彈力大小如何測量？彈簧的長度怎么測量？彈簧的形變量如何測量？要探究彈力與形變之間的關系，故要多次改變形變量，如何不斷增大彈簧的伸長量？如何設計一個表格？③課件展示實驗設計方案，邊展示邊講解“操作與提示”：1）把彈簧的一端固定在鐵架臺上，先不要掛鉤碼，使彈簧自然下垂，用刻度尺測量彈簧原長L。2）在彈簧掛鉤上掛50 g鉤碼，測量并在表中記下彈簧總長L，并計算出彈簧的伸長量x = L -L03）不斷增加鉤碼（保證在彈簧的彈性限度內），記下每增加1個砝碼對應的彈簧伸長量（3）學生動手實驗，采集實驗數據。教師巡視，并指導完成①數據測量：表1：彈簧原長L0=通過這幾個實驗，可以使學生進一步體驗到彈力產生的條件有兩個：接觸并且發生形變。彈力方向總是指向施力物體形變恢復的方向。（學生實驗后，討論回答）學生探究與彈力相關的因素學生說出所需器材和實驗方案和步驟［學情預設］：實驗設計有一定難度，教師給予適當提示，并強調注意實驗安全。學生實驗目的性不強，幫助設計表格，引導歸納，最終得出胡克定律。讓學生經歷科學探究，學習科學探究方法，培養學生實踐能力及創新精神。同時讓學生體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。cm .實驗次數12345鉤碼總重G/ N彈簧總長L / cm彈簧伸長量x= L-L0 / cm②數據處理：以彈簧伸長量x為橫坐標，彈簧彈力F（鉤碼總重G）為縱坐標，描點繪出F -x圖線，在誤差范圍內為一條過坐標原點的傾斜直線。③實驗結論：彈簧的彈力等于鉤碼所受的重力，彈簧彈力的大小與彈簧的伸長量成正比。思考：彈簧被壓縮時，彈簧彈力與彈簧縮短量有什么關系呢？板書：胡克定律：在彈性限度內，彈性體彈力的大小和彈性體伸長（或縮短）的長度成正比，［2］即F = k x其中k是勁度系數，單位N / m注：k表征彈性體抵抗形變的能力，其與彈性體的材料、形狀和長度有關。課件展示介紹胡克、我國東漢科學家鄭玄。［知識鏈接］：（http：//www . pep. com.cn /200303 / ca155591 . htm）①羅伯特·胡克（HookeRobert1635 -1703）是17世紀英國最杰出的科學家之一。他在力學、光學、天文學等諸多方面都有重大成就。他所設計和發明的科學儀器在當時是無與倫比的。他本人被譽為是英國皇家學會的“雙眼和雙手”。②我國東漢時期科學家鄭玄在為《考工記》作注解時寫道：“假令弓勝三石，引之中三尺，弛其弦，以繩緩擐之，每加物一石，則張一尺。”其意思是弓有彈性，在弓弦上每增加一石的重物，弓就伸張一尺。他得出的這個定量關系比胡克的發現早了約1500年。例1 . P67 /例題［2］例2 .課堂鞏固訓練：如圖7所示，為一輕質彈簧長度L和彈力F大小的關系，試由圖線確定：［3］（1）彈簧的原長；（2）彈簧的勁度系數；學生動手實驗，通過實驗數據及現象探究彈力與形變之間的關系歸納出胡克定律。［學情預設］：電腦程序處理數據較快且直觀，但教學中應努力指導學生掌握圖像處理實驗數據的方法。設計使用多媒體課件：“彈力F與形變量x關系”的實驗數據自動處理程序，根據原始數據G、L值，程序自動計算出彈簧伸長量x值，并程序自動生成F -x圖線，提高教學效率和教學效果。愛國主義等情感教育主義形變的物體要恢復原狀，對和它接觸的物體有力的作用，就被彈起。學生看書自學，注意物理量單位。一位學生黑板板演并講解，其他學生提綱上鞏固訓練。遷移與提高

（3）彈簧伸長了15 cm時，彈力的大小。（設在彈性限度內）［學情預設］：有的學生可能不理解左邊圖線的物理意義，如F=0時，L=10 cm是表示彈簧的原長，故解題前可先啟發引導學生正確分析圖線所表示的物理含義。二、彈力的應用板書：常見應用：①儲存勢能②緩沖減震③自動復位例：1自動傘撐開（實驗演示）2人體“彈簧”（課件展示照片）三、討論與交流課本P70：“跳水運動員的起跳時機影響其成績”分析：借助自制fla s h課件演示分析。［知識鏈接］：在撐竿跳高和跳板跳水運動中，運動員利用撐竿或跳板來儲存能量。跳水運動員的成績與起跳蹬板的時機很有關系，運動員應把握時機調整動作，巧妙地應用能量轉化的道理，取得最佳成績。何時起跳最合適？是在跳板運動到最上端、最下端、還是中間位置？【作業設計】：1.課本P70/3-52.練習冊P39/1-53.調查不同彈性體的應用先讓學生閱讀討論課本P69培養學生自學閱讀能力，同時感受自然界的奧秘，發展對科學的好奇心和求知欲。學生觀看撐竿跳、三米板跳水視頻，并積極展開質疑、討論與交流。通過質疑、討論交流，逐步養成將自己的見解與他人分享的團隊精神。

3教有所思

本教學設計注重啟發式和探究式教學方式的運用，還注重挖掘教學資源，進行愛國主義情感教育。實際教學實踐表明，本節課教學結構嚴謹、邏輯性強，課堂上能夠實現師生互動、生生互動，充滿生命活力，三維目標有效達成。

3.1 評價標準：

3.1.1 學生間能積極參與問題討論，能基于實例和邏輯推理而敢于質疑。

3.1.2 學生應認真進行實驗，填寫簡明實驗記錄，并根據問題作簡明分析。

3.1.3 教師應主動參與學生討論，并引導他們逐步建立概念。

3.2 成功之處：

3.2.1 探究“彈力F與形變量x關系”時設置了5個問題，給學生探究做鋪墊，效果較好，體現出對探究性學習的教學結構程序的認真設計。

3.2.2 多媒體課件制作精美，尤其是在PPT中設計了“彈力F與形變量x關系”的數據處理程序，實現了實驗數據的自動處理，既快又直觀，教學效果甚佳。

3.2.3 “彈力應用”演示、舉例生動，主要原因是貼近學生生活實際，能使學生產生共鳴。

3.2.4 努力挖掘教學資源：讓學生上講臺從形變的角度講解繩子拉力，學生表現出乎意料，讓人驚喜，故教學中要多創設機會讓學生自主學習。另本節課還有注意到物理方法論和愛國主義情感教育的有機滲透。

3.3 不足之處：

3.3.1 可再適當地設置一些實驗讓學生體驗彈力產生的條件及彈力方向。

3.3.2 本節課堂容量偏大，讓學生思考的時間較有限，若把彈力的概念、產生條件及彈力的方向放到本節內容的第一課時學習則會更合理。

3.3.3 本節課的教學設計教師講解還是偏多。若學生物理基礎較好的話，教師的引導要少一些，留給學生思考討論和自主學習的時間可再多一些。

［1］廖伯琴.普通高中課程標準實驗教科書（司南版）·物理1（必修）教師用書［M］.濟南：山東科學技術出版社，2012.

［2］司南中學物理教材編寫組.普通高中課程標準實驗教科書（司南版）·物理1（必修）［M］.濟南：山東科學技術出版社，2011.

［3］任志鴻.高中優秀教案·物理（必修Ⅰ）［M］.海口：南方出版社，2005.

（責任編輯：詹國榮）

本文系全國教育科學“十二五”規劃2013年度教育部重點課題“促進自主探究——高中物理專題研究性學習實施策略研究”（項目編號：DHA130284）階段性研究成果.見解與他人分享的團隊精神。