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,勇于實驗,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)“強調(diào)情景——探究——體驗——應(yīng)用”的探究式課堂教學(xué).而探究教學(xué)并不單指實驗探究,它包括理論探究和實驗探究,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、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

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隊精神.

2.2 教學(xué)重點、難點

重點:探究彈性勢能公式的過程和使用方法.

難點: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,如何計算變力做功呢?

①研究彈力的特點: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公式計算,因為這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)的計算做曲線運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動的位移計算方法,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.因為重力的功與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).