楊夏+李新鄉(xiāng)

摘 要：以基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念為指導(dǎo)，在解讀課程標(biāo)準(zhǔn)和分析DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”一節(jié)進(jìn)行了教學(xué)任務(wù)分析與學(xué)情分析，并設(shè)計(jì)了6條教學(xué)目標(biāo)；圍繞教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)了由9個(gè)問題、2種不同類型的作業(yè)題組成的評(píng)價(jià)活動(dòng)；利用問題引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)等設(shè)計(jì)了16項(xiàng)教與學(xué)的活動(dòng)。利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)這一新的技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和智能化處理，既有效地突破了教學(xué)難點(diǎn)，又有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn)；DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）7-0071-5

1 教學(xué)任務(wù)分析

勻變速直線運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最具代表性的變速運(yùn)動(dòng)，學(xué)習(xí)它將為認(rèn)識(shí)其他更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造條件；勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)規(guī)律之一，它為學(xué)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度的特點(diǎn)等奠定基礎(chǔ)。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)該內(nèi)容的相關(guān)要求是：（1）經(jīng)歷勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究過程，理解位移、速度和加速度，了解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，體會(huì)實(shí)驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。例如：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照片或其他實(shí)驗(yàn)方法研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。（2）能用公式和圖像描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)，體會(huì)數(shù)學(xué)在物理問題中的重要性。

對(duì)這部分內(nèi)容，2014年人教版物理教材安排了兩節(jié)內(nèi)容：第一節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”，通過實(shí)驗(yàn)獲得小車運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖像，本節(jié)在第一節(jié)的基礎(chǔ)上，分析v-t圖像的物理意義，得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念；然后，由加速度的定義式和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系式；最后，通過兩個(gè)例題加深對(duì)公式的理解。為了擴(kuò)展學(xué)生的認(rèn)識(shí)，在“說一說”欄目中列舉了一個(gè)加速度變化的直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)物體做變速運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

通過分析，本節(jié)教材具有兩個(gè)特點(diǎn)：①注重物理知識(shí)的建立過程。②注重?cái)?shù)學(xué)方法的運(yùn)用。由此看出，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系是教學(xué)的重點(diǎn)。

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過時(shí)間、速度和加速度的相關(guān)概念，為學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。但學(xué)生對(duì)加速度概念式理解不深，邏輯思維能力不強(qiáng)，會(huì)給本節(jié)學(xué)習(xí)帶來困難。學(xué)生在初中物理中已經(jīng)接觸過v-t圖像，為本節(jié)奠定了方法基礎(chǔ)。學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)過一次函數(shù)的相關(guān)知識(shí)，因此不能用斜率或截距的概念理解圖像，這會(huì)給v-t圖像的理解帶來困難。

由此看出，利用v-t圖像得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的規(guī)律是教學(xué)的難點(diǎn)。

3 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念和上述兩項(xiàng)分析，設(shè)計(jì)出源于課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

①知道勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

②知道勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖像的特點(diǎn)，理解其物理意義。

③理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系式。

④經(jīng)歷v-t圖像分析過程，體會(huì)圖像是分析物理問題的重要數(shù)學(xué)方法。

⑤經(jīng)歷推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系式的過程，提高邏輯思維能力。

⑥進(jìn)一步樹立從圖像中獲取信息和用不同方法表達(dá)同一規(guī)律的科學(xué)意識(shí)。

4 教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)設(shè)計(jì)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求評(píng)價(jià)活動(dòng)設(shè)計(jì)先于教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，為檢測(cè)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成設(shè)計(jì)了如下評(píng)價(jià)活動(dòng)。

（1）通過問題5檢測(cè)目標(biāo)①的達(dá)成。

（2）通過問題6檢測(cè)目標(biāo)②的達(dá)成。

（3）通過問題9檢測(cè)目標(biāo)③的達(dá)成。

（4）通過問題4、5檢測(cè)目標(biāo)④的達(dá)成。

（5）通過問題7、8檢測(cè)目標(biāo)⑤的達(dá)成。

（6）通過問題4、5、7、8檢測(cè)目標(biāo)⑥的達(dá)成。

5 教學(xué)方法和手段

為了啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，體現(xiàn)了注重自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化的課程理念，本節(jié)選用了問題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教法。

在實(shí)驗(yàn)器材選擇上，借助DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的位移傳感器和數(shù)據(jù)采集器再現(xiàn)上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，獲得小車運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖像，既激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又加深對(duì)科學(xué)與技術(shù)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，體現(xiàn)STEM理念。

6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

6.1 復(fù)習(xí)導(dǎo)入，溫故知新

教與學(xué)的活動(dòng)1：教師通過提問的形式引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容。

問題1：上節(jié)課我們?nèi)绾瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)得到小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖像？

師生共同總結(jié)：先通過實(shí)驗(yàn)獲得小車運(yùn)動(dòng)的紙帶，然后處理紙帶、數(shù)據(jù)列表、建立坐標(biāo)系、描點(diǎn)、擬合曲線，得到v-t圖像。

問題2：反思實(shí)驗(yàn)過程，你覺得有待改進(jìn)的地方？

教與學(xué)的活動(dòng)2：組織學(xué)生評(píng)估實(shí)驗(yàn)過程，然后教師適當(dāng)點(diǎn)撥，指出用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、處理紙帶時(shí)存在的問題。

【設(shè)計(jì)意圖】 教師利用問題引導(dǎo)，對(duì)上節(jié)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行評(píng)估、反思，發(fā)現(xiàn)處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性差以及耗時(shí)長(zhǎng)等問題，為引入DIS實(shí)驗(yàn)方案做好鋪墊。

6.2 利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，獲得v-t圖像

教與學(xué)的活動(dòng)3：在上述基礎(chǔ)上，教師簡(jiǎn)單介紹DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各組成部分及功能，借助傳感器、數(shù)據(jù)采集器、處理數(shù)據(jù)的軟件，可大大縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理的過程，短短幾分鐘就能得到小車的v-t圖像。用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車運(yùn)動(dòng)的v-t關(guān)系，獲得v-t圖像。

【設(shè)計(jì)意圖】 利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和智能化處理，使師生從讀取和記錄數(shù)據(jù)、公式計(jì)算、描繪圖線等繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟中解脫出來。有利于學(xué)生把精力放到建立規(guī)律的過程上。同時(shí)，新的技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)方法既有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也讓學(xué)生體會(huì)到技術(shù)對(duì)科學(xué)研究的價(jià)值，體現(xiàn)STEM教育理念。

6.3 分析圖像，形成概念

問題4：如圖5所示，小車運(yùn)動(dòng)v-t的圖像是一條傾斜的直線，這表示小車做什么樣的運(yùn)動(dòng)？它的運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？

教與學(xué)的活動(dòng)6：教師引導(dǎo)學(xué)生類比勻速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖像的分析過程，讓學(xué)生盡可能多地從所得到的v-t圖像中獲得小車的信息，如：速度大小發(fā)生變化且隨時(shí)間增加；速度方向不變；初速度不為零等。

【設(shè)計(jì)意圖】 借助勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，引導(dǎo)學(xué)生通過“讀圖”分析小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，有利于學(xué)生理解圖像的物理意義，降低圖像分析的難度。

問題5：小車運(yùn)動(dòng)速度的大小在增加，那么，是如何增加的？有什么特點(diǎn)？

教與學(xué)的活動(dòng)7：教師為更好地幫助學(xué)生理解與直線傾斜程度的關(guān)系，給出不同傾斜程度的v-t圖像進(jìn)行分析（如圖7）。學(xué)生在分析圖像的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

【設(shè)計(jì)意圖】 為提高學(xué)生的“讀圖”能力。引導(dǎo)學(xué)生分析得出小車運(yùn)動(dòng)的加速度不變是建立勻變速直線運(yùn)動(dòng)概念的關(guān)鍵，為此，借助上一章v-t圖像和加速度的相關(guān)知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生思考，認(rèn)識(shí)直線傾斜程度與加速度的關(guān)系，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。

6.4 引導(dǎo)討論，深化認(rèn)識(shí)

問題6：勻變速直線運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？

教與學(xué)的活動(dòng)8：教師引導(dǎo)學(xué)生借助定義和圖像分析，概括勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條直線；②加速度不變，或者說速度隨時(shí)間均勻變化，在任意相等時(shí)間內(nèi)速度的變化量都相等；③v-t圖像是一條傾斜的直線，直線的傾斜程度表示了物體運(yùn)動(dòng)的加速度。

【設(shè)計(jì)意圖】 在圖像分析的基礎(chǔ)上順理成章得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通過問題引導(dǎo)學(xué)生從多角度討論，并理解圖像的意義，有利于提高學(xué)生的“讀圖”能力。

教與學(xué)的活動(dòng)9：教師利用PPT呈現(xiàn)如圖8所示的4幅v-t圖像。然后組織學(xué)生應(yīng)用所學(xué)新知識(shí)討論如下問題：（1）物體的運(yùn)動(dòng)是否是勻變速直線運(yùn)動(dòng)？（2）它們的運(yùn)動(dòng)各自有什么特點(diǎn)？（3）比較它們的運(yùn)動(dòng)有什么異同？

教與學(xué)的活動(dòng)10：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)4幅圖像進(jìn)行兩兩對(duì)比，分類概括。然后，順勢(shì)總結(jié)勻加速直線運(yùn)動(dòng)和勻減速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

【設(shè)計(jì)意圖】 精心設(shè)計(jì)4幅不同的v-t圖像，鞏固新知，進(jìn)一步加深對(duì)v-t圖像物理意義的理解以及對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而得出勻加速直線運(yùn)動(dòng)和勻減速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

6.5 推導(dǎo)公式，理解含義

問題7：勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系可以用v-t圖像來描述，如果用公式，該怎樣描述？請(qǐng)嘗試從加速度的定義式出發(fā)進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

教與學(xué)的活動(dòng)11：學(xué)生自主推導(dǎo)，教師巡回指導(dǎo)，并強(qiáng)調(diào)（1）加速度的瞬時(shí)值與平均值的區(qū)別，深入理解加速度的定義式；（2）按此思路推導(dǎo)必須滿足加速度恒定的條件。最后，由學(xué)生總結(jié)得出勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系式，并理解關(guān)系式中各字母的含義。

【設(shè)計(jì)意圖】 關(guān)系式的推導(dǎo)過程看似簡(jiǎn)單，但學(xué)生很容易忽視加速度恒定的條件，教師首先讓學(xué)生自己推導(dǎo)，有利于調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)自主性、開闊思路，提出不同的推導(dǎo)思路。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行總結(jié)與強(qiáng)調(diào)，更有利于學(xué)生對(duì)a恒定條件的理解，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維。

問題8：根據(jù)小車的v-t圖像，寫出小車運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間關(guān)系式？

教與學(xué)的活動(dòng)12：引導(dǎo)學(xué)生將圖像與關(guān)系式建立聯(lián)系，并寫出小車運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式。然后，教師給出勻減速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，要求學(xué)生寫出圖像對(duì)應(yīng)的速度與時(shí)間的關(guān)系式。

師生進(jìn)一步總結(jié)：（1）v-t圖像和速度與時(shí)間的關(guān)系式都可以描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)中速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，屬于同一問題的兩種不同表達(dá)方式。

（2）如果設(shè)v0為正方向，對(duì)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，v0>0，a>0；對(duì)勻減速直線運(yùn)動(dòng)，v0>0，a<0。

【設(shè)計(jì)意圖】 通過問題引導(dǎo)幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)關(guān)系式的物理意義。同時(shí)，學(xué)生經(jīng)歷從圖像導(dǎo)出關(guān)系式的過程，將圖像與關(guān)系式建立聯(lián)系，認(rèn)識(shí)到它們分別是描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系的兩種表達(dá)方式。兩個(gè)問題分別是勻加速直線運(yùn)動(dòng)和勻減速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)比分析幫助學(xué)生理解加速度a正負(fù)的含義。

教與學(xué)的活動(dòng)13：出示一道小學(xué)算術(shù)蓄水池問題，教師引導(dǎo)學(xué)生類比蓄水問題理解加速度a的物理意義，說明關(guān)系式的意義。學(xué)生先小組討論，然后派代表分享討論結(jié)果，其他學(xué)生補(bǔ)充。

一蓄水池中現(xiàn)有5 m3的水，通過1個(gè)水龍頭給它蓄水，水龍頭每分鐘流入4 m3的水。問：4小時(shí)后，蓄水池中有多少立方米的水？

問題9：在圖像上，該如何理解這種關(guān)系呢？

教與學(xué)的活動(dòng)14：學(xué)生思考、回答問題，建構(gòu)圖像與關(guān)系式之間的聯(lián)系。

【設(shè)計(jì)意圖】 以小學(xué)蓄水池問題為橋，從學(xué)生能夠解決的問題過渡到難以理解的速度與時(shí)間關(guān)系式，有助于理解關(guān)系式的物理意義，突破教學(xué)難點(diǎn)。

6.6 應(yīng)用與總結(jié)，加深理解

教與學(xué)的活動(dòng)15：教師用PPT呈現(xiàn)例題1和例題2，學(xué)生思考完成后，結(jié)合實(shí)際情況教師再進(jìn)行黑板演算和總結(jié)。

例題1：汽車以36 km/h的速度勻速行駛，現(xiàn)以0.6 m/s2的加速度加速，10 s后的速度能達(dá)到多少？

例題2：某汽車在緊急剎車時(shí)加速度的大小是6 m/s2，如果必須在2 s內(nèi)停下來，汽車的行駛速度最高不能超過多少？

【設(shè)計(jì)意圖】 例題1比較簡(jiǎn)單，學(xué)生代入關(guān)系式可直接求解，教師點(diǎn)評(píng)時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)單位換算問題。對(duì)于例題2，教師應(yīng)幫助學(xué)生建立正確的汽車運(yùn)動(dòng)的物理圖景，并強(qiáng)調(diào)a的正負(fù)問題。通過例題，教會(huì)學(xué)生如何建立物理圖景，掌握應(yīng)用關(guān)系式解決問題的思路和方法。

教與學(xué)的活動(dòng)16：借助板書，總結(jié)本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容“一個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)圖像，（下轉(zhuǎn)第76頁）（上接第74頁）一個(gè)關(guān)系式”，讓學(xué)生回答除知識(shí)外，還有什么收獲？讓學(xué)生反思物理知識(shí)的建立過程，認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)方法對(duì)物理的重要性。

【設(shè)計(jì)意圖】 學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)課收獲，體現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的教學(xué)理念；教師幫助學(xué)生從教學(xué)的三維目標(biāo)談收獲、做總結(jié)，既是對(duì)本節(jié)內(nèi)容的總結(jié)升華，又緊扣教學(xué)目標(biāo)，保持課程標(biāo)準(zhǔn)與課堂教學(xué)的一致性。

6.7 課外作業(yè)，動(dòng)腦動(dòng)手

作業(yè)有兩部分：①教材課后第1、3、4題。②實(shí)驗(yàn)探究：將實(shí)驗(yàn)裝置豎直放置，然后讓小車自由下落，借助DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和智能化處理，并嘗試分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【設(shè)計(jì)意圖】 選取教材中的3道作業(yè)題，是在例題基礎(chǔ)上有所變化，并且由易到難。從公式和圖像兩方面幫助學(xué)生進(jìn)一步深化對(duì)本節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的理解與應(yīng)用。同時(shí)學(xué)生通過獨(dú)立完成作業(yè)，能夠達(dá)到對(duì)物理公式的復(fù)習(xí)鞏固。

通過實(shí)驗(yàn)探究作業(yè)既可以培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造性思維和動(dòng)手實(shí)踐的能力，又可以為后面學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2011：12.

[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2014：34-36.

[3]朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室 V5.0 用戶手冊(cè)[DB].上海遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體有限責(zé)任公司，2005：16.

[4]張徳啟，李新鄉(xiāng).物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[M].北京：科學(xué)出版社，2005：231.

（欄目編輯 鄧 磊）