“物理規(guī)律”新課教學(xué)的探究

1、“物理規(guī)律”新課教學(xué)的探究摘要：愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)“對(duì)真理的探求比對(duì)真理的占有更可貴”。本文旨在機(jī)械能守恒定律中教學(xué)模式、教學(xué)策略的探究。演繹“提出課題猜想假設(shè)實(shí)踐檢驗(yàn)（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）討論先前的猜想假設(shè)總結(jié)規(guī)律”這種關(guān)于“物理規(guī)律”的新課教學(xué)模式。關(guān)鍵詞：機(jī)械能守恒定律 教學(xué)模式 教學(xué)策略關(guān)于物理規(guī)律的教學(xué)我想到了義務(wù)中學(xué)的吳家澍老師曾說(shuō)過(guò)的一段話：“在教學(xué)中，我們要做的首要工作，并不是急于把這些前人獲得的結(jié)論直接告訴學(xué)生，讓學(xué)生盡快占有它們。誠(chéng)如愛(ài)因斯坦所說(shuō)對(duì)真理的探求比對(duì)真理的占有更可貴。我們?cè)诮虒W(xué)中要使學(xué)生對(duì)物理結(jié)論的判斷，產(chǎn)生于經(jīng)歷必要的認(rèn)知過(guò)程之后。我們要積極參與物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和推導(dǎo)過(guò)程，使探

2、究真正成為物理教學(xué)的生命線?！痹谖锢韺W(xué)科指導(dǎo)意見(jiàn)中關(guān)于機(jī)械能守恒定律的其中兩條發(fā)展要求分別是：根據(jù)動(dòng)能定理及重力做功與勢(shì)能變化的關(guān)系，導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律；能從不同的角度表達(dá)機(jī)械能守恒定律，根據(jù)問(wèn)題選擇合適的表達(dá)式求解問(wèn)題。對(duì)于機(jī)械能守恒定律的教學(xué)我多了一些思考。一、 人教版物理必修2的教學(xué)過(guò)程人教版物理必修2第七章第八節(jié)是這樣引導(dǎo)這個(gè)推導(dǎo)過(guò)程的：開(kāi)始課本就強(qiáng)調(diào)“我們討論物體只受重力的情況”“一句話，在我們所研究的情況里，只有重力做功”，然后利用動(dòng)能定理及重力做功與勢(shì)能變化的關(guān)系，導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。創(chuàng)設(shè)的情境是物體沿光滑的曲面從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)，推倒過(guò)程如下：如圖所示，設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m的物體自由下

3、落，經(jīng)過(guò)高為h1 的A點(diǎn)時(shí)速度為V1。下落到高度為h2的B點(diǎn)時(shí)速度為V2，在自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體只受重力G=mg的作用，重力做正功，設(shè)重力所做的功為WG，則由動(dòng)能定理可得： (1)（1）式表示，重力所做的功等于動(dòng)能的增加。另一方面，由重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系知道：WG=mgh1-mgh2 (2)（2）式表示，重力所做的功等于重力勢(shì)能的減少。由（1）式和（2）式可得： （3）由（3）式可知，在自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為等量的動(dòng)能。通過(guò)對(duì)（3）式移項(xiàng)后可得：或?qū)懗蒃K2+EP2= EK1+EP1 （4）（4）式表明，在自由落體運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能和重力勢(shì)能之和即總機(jī)械能保持不變

4、。教師引導(dǎo)學(xué)生比較物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)及平拋運(yùn)動(dòng)幾種情況下的受力情況、做功情況及能量轉(zhuǎn)化情況，歸納總結(jié)出：在只有重力做功的情況下，不論物體做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)（如豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋等），物體的機(jī)械能總量保持不變。人教版物理必修2第七章第九節(jié)再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?？梢哉f(shuō)在章節(jié)的安排上確實(shí)是符合了“理論加實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)策略，但是在實(shí)際教學(xué)中教師經(jīng)過(guò)上述推導(dǎo)后，規(guī)律教學(xué)一個(gè)課時(shí)，規(guī)律應(yīng)用一個(gè)課時(shí)，結(jié)合動(dòng)能定理及作業(yè)講評(píng)一個(gè)課時(shí)，往往到了做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候已經(jīng)中斷了不少時(shí)間了，承接上也沒(méi)多少預(yù)想的效果。下面則是對(duì)機(jī)械能守恒定律采用“提出課題猜想假設(shè)實(shí)踐檢驗(yàn)（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）討論先前的猜想假設(shè)總結(jié)規(guī)律”這種關(guān)于

5、“物理規(guī)律”的新課教學(xué)模式。二、機(jī)械能守恒定律的教學(xué)過(guò)程1提出課題動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。觀看視頻，思考動(dòng)能和勢(shì)能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能）發(fā)生著怎樣的轉(zhuǎn)化？（小組討論，代表回答）（1）物體沿光滑斜面下滑時(shí)。（2）光滑的水平面上物體以一定的速度沖向自然伸長(zhǎng)的彈簧。（3）物體再以一定的速度沖上斜面。從上面的討論可以看到，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能、重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之間具有密切的聯(lián)系，我們把動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。公式：E=EK+EP眾多的動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化事例中，我們注意到，一個(gè)能量在減少，另一個(gè)能量在增加，變化中是否存在不變的量呢？讓我們來(lái)一起尋找守恒量。2猜想假設(shè)AAC甲乙觀察現(xiàn)象，思考問(wèn)題，小組合作

6、討論，代表發(fā)言。分析：小球在擺動(dòng)過(guò)程中受重力和繩的拉力作用拉力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功；只有重力對(duì)小球能做功。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，小球在擺動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化。在擺動(dòng)過(guò)程中，小球總能回到原來(lái)的高度。猜想：重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和，即機(jī)械能應(yīng)該保持不變。01234s1s2s3h1h2h3h4教師活動(dòng)：我們猜想在只有重力做功的情況下勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，（只有重力做功的情況下學(xué)生不一定能想到，這需要教師在前后事例的分析中強(qiáng)調(diào)做功情況的分析）在相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，機(jī)械能總量保持不變。只可惜這兩個(gè)圖也只能說(shuō)明AC兩個(gè)位置機(jī)械能總量是相等的，而無(wú)法說(shuō)明A到C的整個(gè)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒。3實(shí)踐檢驗(yàn)（設(shè)

7、計(jì)實(shí)驗(yàn)）以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的教學(xué)策略體現(xiàn)了物理學(xué)科是實(shí)驗(yàn)學(xué)科的特點(diǎn)。在此處引入實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠袃蓚€(gè)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更能突顯物理實(shí)驗(yàn)探究的思維過(guò)程；實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嶒?yàn)觀察，更能培養(yǎng)學(xué)生的思辯能力。本來(lái)是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，我們可以以課堂探究實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn)。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：如自由落體運(yùn)動(dòng)。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒。學(xué)生可能會(huì)想到很多運(yùn)動(dòng)，教師可以做一定的引導(dǎo)。突出實(shí)驗(yàn)變式的策略，改變實(shí)驗(yàn)條件，比如將重物改成較輕的木塊作實(shí)驗(yàn)對(duì)比。教師活動(dòng)：老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個(gè)問(wèn)題：（1）該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意：O為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？（2）如何求解各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而計(jì)算該時(shí)刻物體的動(dòng)能。（3）我們要

8、探究重物下落過(guò)程中機(jī)械能是E=EK +EP，只需驗(yàn)證就行了。（4）改變實(shí)驗(yàn)條件，比如將重物改成較輕的木塊作實(shí)驗(yàn)對(duì)比。（5）處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，組織學(xué)生討論。（前者在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒，后者機(jī)械能明顯減少。簡(jiǎn)單推導(dǎo)，為下面的機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)做好鋪墊。）4討論先前的猜想假設(shè)必修2種機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)我覺(jué)得有點(diǎn)生硬。開(kāi)始課本就強(qiáng)調(diào)“我們討論物體只受重力的情況”“一句話，在我們所研究的情況里，只有重力做功”，然后利用動(dòng)能定理及重力做功與勢(shì)能變化的關(guān)系，導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。由多少學(xué)生能直接想到先列一個(gè)動(dòng)能定理的關(guān)系式，再列一個(gè)重力勢(shì)能的關(guān)系式。教師要學(xué)會(huì)心理?yè)Q位，“稚化思維”，多用學(xué)生的眼光和

9、思維看待處理問(wèn)題，演繹好引導(dǎo)者的角色。現(xiàn)在我們可以試著改變一下這個(gè)推導(dǎo)的過(guò)程，同樣利用上訴情景，條件1坡面光滑；條件2坡面粗糙。引導(dǎo)學(xué)生機(jī)械能是否變化可以看機(jī)械能的變化量E，即得E=EK +EP 接下來(lái)由學(xué)生自行推導(dǎo)這兩種情況。由動(dòng)能定理EK=W合；EP=-WG得E= W合+（- WG）若坡面是光滑的W合= WG；若坡面是粗糙的W合= WG+Wf得E=0；E= Wf引導(dǎo)學(xué)生分析這兩個(gè)表達(dá)式的含義，前者說(shuō)明在這個(gè)過(guò)程中，物體機(jī)械能沒(méi)有變化，即機(jī)械能是守恒的；后者由于摩擦力做負(fù)功，物體機(jī)械能減少。教師繼續(xù)引導(dǎo)，把上訴表達(dá)式推廣到更加普遍的情況：E=EK +EP E= W合+（- WG）E=（ WG

10、 +W其）+（- WG）,把合力做功拆分為重力做功和除了重力以外的其他力做功E= W其彈簧和物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能教師活動(dòng)：介紹由小球和彈簧組成的系統(tǒng)叫彈簧振子，用水平方向的彈簧振子演示動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。桿子光滑）問(wèn)題：分析小球的受力情況？各個(gè)力的做功情況？能量轉(zhuǎn)化情況？學(xué)生活動(dòng)：觀察現(xiàn)象，思考問(wèn)題，小組合作討論，代表發(fā)言。分析：小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，豎直方向上受重力和桿的支持力作用，水平方向上受彈力作用。重力、支持力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功；只有彈簧的彈力對(duì)小球能做功。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能和小球的動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總能回到原來(lái)的位置，彈性勢(shì)能和動(dòng)能的總和，即物體和彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能應(yīng)該保持不變。學(xué)生探究系統(tǒng)機(jī)械能E=EK +EP的變化情況。EK=W合；EP=-WN得E= W合+（- WN）E=（ WN +W其）+（- WN）,把合力做功拆分為彈力做功和除了彈力以外的其他力做功。同樣可以證明：在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體與彈簧組