探究学习在动能定理教学中的实践与反思

1、探究学习在动能定理教学中的实践与反思 上海市南洋中学 熊艺建构主义理论的核心思想是知识不是被动的接受，而是认知主体积极建构。探究式教学活动中，教师的作用是主导和参谋，从知识的传授者转变为学生发展的促进者，教师从主角转换为“平等中的首席”。在教师指导下的以学生为主体的探究型学习，给予了学生自我发挥和自我展示的空间，激发了学生的学习兴趣，在学习活动过程中促使学生产生对科学知识的感悟。近年来，有许多关于探究教学的理论和实践的研究。下面是笔者在动能定理的备课教学活动进行探究教学的一些实践体会。一、动能定理是否适合探究教学大多数物理教师都是通过物体受到恒力的作用做匀变速运动的情景来推导出W总Ek2Ek1

2、，然后学生在其它情境中具体运用动能定理，这是高中物理的一贯教学方法，因为这种处理方法学生有牛顿运动定律和运动学知识的基础，而大量的例题又能使学生较快的掌握动能定理的运用方法，便于教学。但这样也带来两个问题：1、既然牛顿定律能解决的问题，何必引入新的概念、新的规律？这样的处理方法容易让学生误以为物理知识是以牛顿定律为核心的数字游戏，其他概念和规律都能通过牛顿定律推导出来，这样的教学，实际上降低了动能定理的地位，模糊了动能定理的本来面目。2、预设的物理情景没有让学生探求新知识、新规律的冲动。一个物体的质量为，初速度为，在与运动方向相同的恒力F的作用下沿光滑水平面发生一段位移s，速度增大到2，则：

3、力F对物体所做的功多大?物体的加速度多大? 物体的初速、末速、位移之间有什么关系?结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子?就算是老师精心设计的问题式教学也不一定能使学生有强烈的学习冲动，因此后面动能定理的运用例题更是难以让学生在建构主义理论中掌握动能定理。二、笔者的第一次探究教学实践笔者第一次教学时使用的教案：情景I 引导学生分析水平和竖直方向上两个常见生活现象通过设问1“F1赛车在刚启动的一段时间内，它的哪些物理量发生了怎样的变化？” 引导学生分析讨论，学生可能会提到v、s、a等，教师在这里只需提取速度变化，从而引出动能的变化。学生进一步理解动能的概念。通过设问2“赛车的动能Ek =1 2

4、mv2为什么会变小？” 让学生具体分析赛车的受力情况，以及力对赛车的做功情况（判断正负功）。学生进一步理解功的概念。通过设问3“把一个小物体拿到一定高度后静止释放，忽略空气阻力，物体将做什么运动？在这一运动过程中，它的速度、动能将怎样变化？为什么？”让学生具体分析物体在运动过程中的受力情况，以及力对物体的做功情况，并判断是正功还是负功？学生初步感受动能变化与外力做功的定性关系。教师总结： 通过前面的学习已经知道，物体运动过程中，动能会变化，同时有外力在做功，那么力做功与物体动能改变大小之间有什么关系呢 ？大于，等于，或者是小于？这节课从最简单的情况入手：恒力做功（限定两个条件：1、物体受恒定外

5、力作用，2、物体做直线运动。）设计实验来探究恒力做功与物体动能改变大小的定量关系。情景II 一、探究恒力做功与物体动能改变的关系：(一) 提出问题 需要测量哪些物理量？怎样根据探究内容来设计适当可行的实验方案？（用什么方法、器材、实验装置等） （二）讨论、设计实验方案学生交流讨论设计方案，老师给一定的指导，点拨。讨论出的可行方案：用验证牛顿第二定律的装置通过设问4“怎样确保小车在运动过程中受恒定的外力作用？如何平衡摩擦力 ？如何测量 F、S、M、 V1、V2 等物理量。”让学生确定实验方案中的每一个步骤以及要解决的问题。 通过设问5“运动过程中除了小车的动能增加之外，还有那一个物体动能在增加？

6、”引导学生将小桶及砝码的动能变化也考虑进去，从而避免由此产生的误差。（三）学生分组实验，记录并分析数据通过实验探究，学生锻炼动手操作能力，培养对实验原理和方法的迁移能力和利用已知知识解决实际问题的能力。（四）由实验数据得出结论：误差允许的范围内，外力做的功等于物体动能的变化量。（五）评估：对学生实验中好的方面和不妥有待改进的地方，进行评估。（先让学生自己评估，教师再总结）（六）交流与讨论：实验探究恒力做功与物体动能变化的关系，领会科学探究的过程和探究的主要方法，初步认识动能定理。情景III 利用多媒体设置情景，让学生根据牛顿第二定律和运动学公式推导出实验结论。二、根据牛顿第二定律和运动学公式推

7、导出实验结论。一个物体的质量为，初速度为，在与运动方向相同的恒力F的作用下沿官话水平面发生一段位移s，速度增大到2，求外力做的功与物体动能变化量之间的关系。力F对物体所做的功多大?(WFs)物体的加速度多大?a物体的初速、末速、位移之间有什么关系? 结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子?在学生推导的过程中挑选并在投影仪上评析：通过动能定理的演绎推导，感受成功的喜悦，培养对科学研究的兴趣。三、实践后的反思首先、在新课程的教学实践中，我们发现如何用好探究教学法还存在着许多问题。例如：大家都知道探究教学一般有5个阶段：提出问题与猜想假设设计方案实验分析论证评估交流与讨论，每一个阶段学生在学习活动

8、过程中都会提出许多的问题，而教师也会提出一些问题引导学生进行探讨，这种相对开放、自由的课堂教学环境一方面有利于调动学生自主学习的的主动性和积极性，激发学生探究和创新的愿望，给学生较大的自主发展空间。但另一方面，如果5个阶段都作为教学的重点的话，教师就会疲于回答学生的一个又一个问题；还有些在探究过程中生成的问题只是学生感兴趣的内容，不一定是教科书上的内容，也不一定是教师的专长，对教师而言可能也是全新的东西，教师也需要思考的时间。因此，研究物理教学中哪些课题适合进行科学探究、一个课题该把探究的哪一阶段作为重点、一个课题的探究过程到底适合提高学生的哪一种能力就成为新课程课堂教学实施中十分重要的问题。

9、其次、在探究的方案设计讨论时，学生从水平面、竖直平面、斜面三个方面入手，在竖直方向的讨论中，学生提出让物体做自由落体运动，求出末速度来验证mgh= Ek20,在求末速度的时候已经用到v2=2gh，可见，学生的设计方案中涉及的问题肯定要用牛顿定律解决，而动能定理本来就是由牛顿定律推导而来，因此，动能定理中方案的设计讨论就失去了它的意义，教师不如直接给定一个事先设计好的方案。第三、如果设计方案由教师制定，实验的数据分析无论怎样都应该得出W总Ek2Ek1的结论，在学生推导出动能定理后会感觉本堂课的探究实验没有什么收获，因此如何用好探究实验成为本堂课成败的关键。反思之后，我们设计为还是先推导出动能定理

10、，然后学生用教师设计好的实验进行验证，最后在误差分析中学会运用动能定理。用实验验证动能定理显然能够激发学生的学习兴趣，尤其是在发现该实验中的W并不等于Ek2Ek1，而且还有很大的误差时，激发了学生的学习动因，调动了学生学习的热情。这才是符合学生认知规律的、行之有效的教学方式。第四、实际教学的最终目的是学生能够实际运用动能定理，这种在探究的误差分析中指出运用动能定理需要注意的地方是学生自己找出来的，因此一定会印象深刻，更能突出本节课的重点和亮点所在。四、反思后的实践引入部分：通过前面的学习我们知道做功是改变能量的一种方式。F1赛车依靠强大的发动机做功能在短时间内使赛车获得很大的动能；放孔明灯时重

11、力对灯做负功灯的重力势能增加；射箭时拉弓的过程中人对弓做功弓的弹性势能增加。今天我们要讨论的主题是外力做功与物体动能变化之间的关系-动能定理。与原教学设计的对比：变得更加简洁，联系实际直入主题，即让学生觉得有趣，又使学生对新课产生兴趣。一、根据牛顿第二定律和运动学公式推导动能定理 与原教学设计的对比：在预习的基础上，学生基本上能运用已学的知识自己推导出动能定理，教学中我先强调了动能定理在高中物理中的重要地位，然后请同学推导，这样，激发了学生的兴趣，而且许多同学因为自己会推导动能定理而处于一种成功的愉悦之中。然后，我提出用DIS实验来验证动能定理这样一个有挑战性的学习任务，很多同学都跃跃欲试，失

12、课堂处于积极主动的学习状态。二、用DIS实验来验证动能定理1、 提供的实验器材 位移发射器、位移接收器、数据采集器、计算机、滑板轨道、小车(0.2kg)、 铁片(每片0.05kg)、小桶（0.005kg）、砝码。2、实验设计以及需要测量的物理量。FS = 1/2 MVt2 -1/2 MV021）小车所受的拉力近似等于桶和砝码的重力。 （F=mg）2）通过改变铁片数量改变小车的质量M3）由DIS实验得到V0、Vt、S 3、实验步骤。1）记录小车与铁片的总质量M2）记录小桶与砝码的总质量m（F=mg）3）准备DIS实验仪器(专用软件，v-t图像)4）释放小桶，记录数据，选择区域，记录V0 、 Vt

13、 、 t的值5）将记录的数据输入到表格中处理 物理量组数M kgmkgV0m/sVtm/stsSmF.SN.mEkJ1 0.4 0.02      2 0.35 0.02      3 0.35 0.01      4、学生分组实验，记录并分析数据5、交流实验结果与原教学设计的对比：直接给定实验的仪器、方法、步骤，学生的主要任务是熟悉实验的操作步骤，而不是实

14、验设计。同时，实现将设计的表格输入学生的电脑，学生只需输入实验的到的数据，就可得到结果。这样也使得课堂节奏紧凑，没有浪费时间在大量的计算上面。6、讨论分析实验结果1）因为选择的研究过程不同而导致的数据不同。实验中在M =0.4 kg m=0.02 kg 时，每一组都有不同的V0 、Vt 、t、S数据，原因是他们选择的研究过程不同，因此，以后碰到物体做多段运动时更要明确研究的是哪一段。应用动能定理时注意：明确所研究的物理过程。2）外力对物体所做的功应该是指合外力的功或外力做功之和，而不是某个力做的功。实验中的w求的是拉力的功，实际上物体还受到摩擦力，因此物体的总功应该还有摩擦力做的功。有些同学还分析出实验时绳对车的拉力可能没有调节到与轨道平行，导致拉力的功不是Fs,而是Fs*cos。应用动能定理时注意：分析物体的受力情况，明确各个力是否做功，做正功还是做负功，进而明确合外力的功。 3）由F=mg引起的误差分析以M为研究对象列动能定理的表达式FS-fS=1/2 M Vt 2 - 1/2 M V0 2若F=mg，小桶应该作匀速运动，实际上小桶作匀加速直线运动。学生思考若以小桶为研究对象该如何列动能定理的表达式时，把M和m的受力混淆了，正确的表达式是：mgS-FS=1/2 m Vt 2 - 1/2 m V0 2应用动能定理时注意：明确研究对象与原教学设计的对比：实验中误差