曾小妮

(佛山市順德第一中學(xué) 廣東 佛山 528300 )

曾樂貴

(裝甲兵工程學(xué)院基礎(chǔ)部 北京 100072)

李詠芳

(佛山市順德一中大良學(xué)校 廣東 佛山 528300 )

粵教版必修2教材[1]第四章第三節(jié)“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”編排的思路是，首先，實(shí)驗(yàn)探究做功與物體動(dòng)能變化的定量關(guān)系；其次，理論分析與論證；最后，歸納總結(jié)得到動(dòng)能定理.教材編排凸顯實(shí)驗(yàn)探究的重要性，注重對學(xué)生能力的培養(yǎng).筆者通過研讀教材，并借鑒其他版本教材的處理方法，對本節(jié)采用了探究式的教學(xué)方法.總體教學(xué)思路為，首先，通過生活中學(xué)生熟悉的例子，引出問題，引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想；其次，選擇研究方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；最后，做實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律.通過鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，組裝實(shí)驗(yàn)儀器，記錄與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法以及主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和獲取知識的能力，進(jìn)而在物理規(guī)律的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法和創(chuàng)新思維能力.

1 創(chuàng)設(shè)情境引出問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“興趣是最好的老師”，學(xué)生有了學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)習(xí)就會(huì)變得輕松.根據(jù)中學(xué)生思維活躍、情感豐富和求知欲強(qiáng)等特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)奈锢砬榫?，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

本節(jié)課開始時(shí)播放4段學(xué)生熟悉的生活錄像，即離站加速行駛的汽車；進(jìn)站減速行駛的汽車；物體從斜面上加速下滑；人推物體在水平路面上加速運(yùn)動(dòng).目的是通過指導(dǎo)學(xué)生觀察上述現(xiàn)象，分析合外力對物體做功與物體動(dòng)能變化之間的定性關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出問題讓學(xué)生猜想，合外力對物體所做的功與物體在這一過程中動(dòng)能變化的定量關(guān)系是怎樣的，以激發(fā)學(xué)生探索知識的興趣與熱情.

2 巧設(shè)問題引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

圖1 教材中的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

粵教版給出的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，重物做自由落體運(yùn)動(dòng)過程中，由于只有重力做功的特點(diǎn)，既回避了小車質(zhì)量的測量，也不需要考慮在桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)小車與桌面間的摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響.實(shí)驗(yàn)方案簡單，但紙帶會(huì)受到摩擦阻力作用，且整個(gè)過程時(shí)間很短，不利于學(xué)生仔細(xì)地體驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)過程.因此，“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)可以考慮其他方案.

在本次探究式教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)創(chuàng)新性、靈活性和綜合性的實(shí)驗(yàn)方案，是上好本節(jié)課的關(guān)鍵，因此教師要巧設(shè)問題，恰如其分地引導(dǎo)學(xué)生，完成實(shí)驗(yàn).為了逐步引導(dǎo)學(xué)生思考，不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，進(jìn)而逐步完善實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生體會(huì)整個(gè)探究過程的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)分為以下幾階段.

第一階段：初始方案設(shè)計(jì)階段

這一階段要求學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⑶逦奈锢砬榫常O(shè)計(jì)出最簡單、最基本的實(shí)驗(yàn)方案，其目的是引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該如何入手.

建立物理情境：桌面上的小車在水平拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng).

問題鏈設(shè)計(jì)：

(1)實(shí)驗(yàn)中需要測量哪些物理量？

(2)如何測量這些物理量？

(3)要探究外力做的功和小車動(dòng)能變化的關(guān)系，應(yīng)該采取什么方法？

這一環(huán)節(jié)旨在引導(dǎo)學(xué)生從已有的知識結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立清晰的物理情境，畫出實(shí)驗(yàn)裝置草圖，并在此基礎(chǔ)上提出總體的實(shí)驗(yàn)思路，突出學(xué)生的主體作用.

第二階段：實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)階段

這一階段要求在“初始方案”的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行周密的思考，包括如何簡化操作和減少誤差，進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，最終得出較合理的實(shí)驗(yàn)方案.

方案改進(jìn)之一，提供恒定的拉力并測量其大小.問題鏈設(shè)計(jì)：

(1)用彈簧測力計(jì)拖動(dòng)長木板上的小車使其運(yùn)動(dòng)，彈簧測力計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定嗎？能不能保證小車一直做勻加速運(yùn)動(dòng)？

(2)能否用一個(gè)恒定不變的力來替代彈簧測力計(jì)？如何測定拉力？學(xué)生可能會(huì)想到，用一重物通過定滑輪來拉小車，測出重物的質(zhì)量，定滑輪兩邊的力相等.

(3)當(dāng)重物做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，小車受的拉力等于重物的重力嗎？什么情況下拉力約等于重物的重力？提示學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算，發(fā)現(xiàn)只有重物的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí)，小車受的拉力約等于重物的重力.

方案改進(jìn)之二，消除摩擦力的影響.問題鏈設(shè)計(jì)：

(1)繩對小車的拉力就是小車受到的合外力嗎？

(2)為了使研究方便、簡單，想用拉力作為小車受到的合外力，如何“消除”摩擦力？

(3)如果沒有條件消除摩擦力，有沒有辦法“平衡”摩擦力？如何“平衡”？

(4)如何判斷小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)？

方案改進(jìn)之三，測量小車的速度.問題鏈設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)室常用測量速度的方法有哪些？學(xué)生可能會(huì)回答，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)計(jì)算速度.教師在此提示學(xué)生還可以利用光電門傳感器測量速度，并介紹光電門傳感器測量速度的主要原理.最后指出用光電門傳感器測量速度在數(shù)據(jù)處理上更為簡便，所以，最終方案采用光電門傳感器測量小車的速度.

至此，原來簡單但誤差較大的實(shí)驗(yàn)方案已經(jīng)改進(jìn)為比較完善的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示.

圖2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

3 引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)圖表學(xué)會(huì)記錄和處理數(shù)據(jù)

根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，教師給出實(shí)驗(yàn)步驟，并指導(dǎo)學(xué)生打開朗威DISLab軟件中的計(jì)算表格，在表格中增加變量，小車的質(zhì)量M,重物的質(zhì)量m1,兩光電門間距s，并輸入相應(yīng)的數(shù)值，添加拉力做功和動(dòng)能變化的公式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1

(g=9.8 m/s2).

表1 合外力做功與物體動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：擋板寬度為l0=0.02 m,經(jīng)過前、后兩個(gè)光電門的時(shí)間分別為t1和t2.

問題鏈設(shè)計(jì)：

(1)怎樣處理數(shù)據(jù)會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更直觀呢？

指導(dǎo)學(xué)生對所測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出合外力做功和動(dòng)能變化的E-W圖像，如圖3所示.

圖3 合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系

(2)通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，從E-W圖像中能得出什么結(jié)論？

學(xué)生總結(jié)，在誤差允許的范圍內(nèi)，合外力對物體做的功等于物體動(dòng)能的變化量.

(3)實(shí)驗(yàn)的主要誤差是什么？造成誤差的原因是什么？還有其他方案可減少誤差嗎？

組織學(xué)生展開交流和討論，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性, 讓學(xué)生對所學(xué)的知識有更深的理解.

4 理論論證規(guī)律

以上從實(shí)驗(yàn)的角度研究了合外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，接下來讓學(xué)生從理論的角度分析、論證該結(jié)論.設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)問題.

問題1:質(zhì)量為m的物體，在一恒定拉力F作用下，以速度v1開始沿水平面運(yùn)動(dòng)，經(jīng)位移s后速度增大到v2，已知物體與水平面的摩擦力恒為f，請你根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出合外力對物體所做的功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.

設(shè)計(jì)該問題的目的是加深學(xué)生對功能關(guān)系的認(rèn)識, 提高學(xué)生的推導(dǎo)能力，通過實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)使學(xué)生真正做到實(shí)踐與理論相結(jié)合.

問題2:請用文字和公式將實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)得出的合外力做功與物體動(dòng)能變化關(guān)系表示出來.

本節(jié)課教學(xué)采取實(shí)驗(yàn)探究與理論推導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)模式.學(xué)生通過合作探究，自己動(dòng)手，自己總結(jié), 主動(dòng)參與知識的探究過程，學(xué)習(xí)的積極性得到充分調(diào)動(dòng),學(xué)習(xí)的主體作用和學(xué)習(xí)潛能得到充分的發(fā)揮，取得了良好的教學(xué)效果，真正體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用相結(jié)合的教學(xué)模式.實(shí)驗(yàn)探究與理論分析相結(jié)合, 并充分利用多媒體的輔助作用, 體現(xiàn)了學(xué)習(xí)和教學(xué)方式的多樣化[2].

參考文獻(xiàn)

1 保宗悌．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理·必修2．廣州：廣東教育出版社，2010

2 鄭俊漢.“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思.物理教學(xué)探討，2006，24(12):27～29