《追尋守恒量》教學(xué)設(shè)計(jì)和啟示

王莉

《追尋守恒量》在高中物理人教版中使用“伽利略理想斜面”實(shí)驗(yàn)，力圖使學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)守恒量的過(guò)程，然而這一過(guò)程非常抽象，一些教師認(rèn)為本節(jié)內(nèi)容與高考無(wú)關(guān)，直接舍棄不上。但筆者認(rèn)為這一節(jié)內(nèi)容是學(xué)生走向解決力學(xué)問(wèn)題“新世界”的大門，直指物理核心素養(yǎng)。根據(jù)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)和高考考試大綱，結(jié)合學(xué)情，我將本節(jié)課進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

第一環(huán)節(jié)：創(chuàng)建合適的守恒情景（如圖）

情景：一不可伸長(zhǎng)的輕繩懸掛質(zhì)量為m（可視為質(zhì)點(diǎn)）的小球，拉起小球從離最低點(diǎn)h0高處由靜止釋放，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求小球在最低點(diǎn)的速度。（不計(jì)一切阻力）

問(wèn)題一：用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解的具體做法是什么？（微元法、化曲為直）

問(wèn)題二：每一小段的運(yùn)動(dòng)是怎樣的？（勻加速直線運(yùn)動(dòng)）

問(wèn)題三：每一段的末速度是多少？

拓展思考：對(duì)每一點(diǎn)的末速度表達(dá)式變形觀察，能夠發(fā)現(xiàn)什么？

學(xué)生活動(dòng)完成下表，進(jìn)入教學(xué)第二環(huán)節(jié)。

第二環(huán)節(jié)：追尋守恒量

相關(guān)表達(dá)式 變形式 發(fā)現(xiàn)

第一段運(yùn)動(dòng) V12=2g（h0-h1） 1、整個(gè)過(guò)程中，高度不斷減少，速度不斷增大。

2、每一位置與高度和速度有關(guān)的量之和保持不變。

第二段運(yùn)動(dòng) V22=2g（h0-h2）

第n段運(yùn)動(dòng) Vn2=2g（h0-hn）

教師總結(jié)：高度與速度對(duì)應(yīng)物理量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，轉(zhuǎn)化過(guò)程中與高度有關(guān)的量和與速度有關(guān)的量之和守恒。——量是“能量”，總能量是守恒的。

第三環(huán)節(jié)：學(xué)生閱讀教材，加深記憶，鞏固成果。

第四環(huán)節(jié)：思考：現(xiàn)在我們能用守恒解決上課的這道例題嗎？

二、設(shè)計(jì)意圖

教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)藝術(shù)的直接呈現(xiàn)，每一教學(xué)環(huán)節(jié)都蘊(yùn)藏著教師的匠心獨(dú)運(yùn)，現(xiàn)將每一教學(xué)環(huán)節(jié)的“別有用心”展示如下：

第一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的例題情景，旨在讓學(xué)生利用微元法分析物理過(guò)程，從而激發(fā)學(xué)生尋求解決問(wèn)題的新方法。第二環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)已有的信息進(jìn)行處理和分析，升華出能量的轉(zhuǎn)化和守恒，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和滿足感。第三環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是學(xué)生從激動(dòng)中逐漸回歸和自我反思。閱讀教材再次回憶經(jīng)歷追尋守恒量的過(guò)程，感悟物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的思路。

整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)需要教師在對(duì)學(xué)生足夠熟悉的基礎(chǔ)上進(jìn)行，能預(yù)設(shè)可能會(huì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題，教學(xué)難度較大，但整個(gè)教學(xué)的設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了教師是真正意義上的“導(dǎo)演”，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。

三、實(shí)施中的問(wèn)題及反思

1、針對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)梯度的調(diào)整

在教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施的第一個(gè)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)的高度條件增加了解決問(wèn)題的難度，如果學(xué)生知識(shí)的遷移能力較弱，教師應(yīng)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后調(diào)整教學(xué)，教師可以先進(jìn)行了1-2步的運(yùn)算，這樣就降低了學(xué)習(xí)的梯度，學(xué)生便可很快完成第一環(huán)節(jié)的任務(wù)。

而第二環(huán)節(jié)是全開放的，從公式的變形到結(jié)論的形成處處都有令學(xué)生難以完成的任務(wù)，此時(shí)教師的及時(shí)點(diǎn)撥引導(dǎo)尤為關(guān)鍵。這里教師可以采用小組自主學(xué)習(xí)的方法，再根據(jù)各組學(xué)習(xí)的情況有針對(duì)性的提示引導(dǎo)，讓學(xué)生自主完成能量的轉(zhuǎn)化和守恒的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步?jīng)_擊學(xué)生的思想，提升學(xué)生分析總結(jié)能力。

2、針對(duì)不同程度班級(jí)的教學(xué)調(diào)整

以上的教學(xué)設(shè)計(jì)針對(duì)的是學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，所以上述的設(shè)計(jì)方案在這一層次的班級(jí)中收到了很好的學(xué)習(xí)效果。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，效果就會(huì)大打折扣。教師針應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況，調(diào)整合適的守恒情景，從而改變教學(xué)的難度，比如將伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題改為如下圖所示情景：

小球從光滑斜面h0高度處滾下，球離底面任意高度h時(shí)的速度是多少？（已知重力加速度為g）Vn2=2g（h0-hn）

由等式提出問(wèn)題：任意位置都有這一恒等式，這意味著什么？

通過(guò)層層遞進(jìn)的問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生得到“與高度和與速度有關(guān)的量之和守恒”。

四、教學(xué)啟示

在《追尋守恒量》的教學(xué)中，教師應(yīng)將抽象的問(wèn)題具體化，提升了學(xué)生獲取信息、分析和應(yīng)用信息能力。在教學(xué)中教師應(yīng)分析挖掘教材，結(jié)合學(xué)情，將教材中的信息滲透在日常教學(xué)中，使學(xué)生得到有效發(fā)展。