第三屆全國(guó)新課程高中物理教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)觀摩課教學(xué)設(shè)計(jì)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系江蘇省杭州二中胡亦民一、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)思想 給出要研究的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行猜想，在學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上，提出用實(shí)驗(yàn)探究的手段進(jìn)行研究。從而引出實(shí)驗(yàn)研究的基本想法指導(dǎo)思想：控制變量的思想（不向?qū)W生提出），在該實(shí)驗(yàn)思想的指導(dǎo)下，采用邊設(shè)計(jì)、邊實(shí)驗(yàn)、邊討論的教學(xué)方法，探究實(shí)驗(yàn)方案的可操作性、合理性和嚴(yán)謹(jǐn)性。在實(shí)驗(yàn)方案探究的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用位移傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并在探究中獲得成果、表達(dá)成果。使學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中相互交流，互相合作，共同提高，充分感受探究活動(dòng)的樂(lè)趣和成功的喜悅。在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入細(xì)致的分析和思考（借助Excel軟件分析），讓學(xué)生感受實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣。在結(jié)論的應(yīng)用中，讓學(xué)生體會(huì)教材（物理必修人教版P72-P73）的實(shí)驗(yàn)思想。最后利用Excel軟件對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比較，并提出思考問(wèn)題：小車質(zhì)量與鉤碼質(zhì)量的大小，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)有什么影響？（以供學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行課后理論探究，由于學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)的限制，課堂上暫不提出系統(tǒng)誤差問(wèn)題） 二、課堂教學(xué)目標(biāo) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)思想的確立，實(shí)驗(yàn)方案的確定，使學(xué)生懂得多變量問(wèn)題的研究方法。在邊設(shè)計(jì)、邊實(shí)驗(yàn)、邊討論的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中使學(xué)生了解問(wèn)題探究的基本環(huán)節(jié)，在探究活動(dòng)中讓學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)探究的合理性、嚴(yán)謹(jǐn)性和必要性。在課堂活動(dòng)中讓學(xué)生相互交流，互相合作，共同提高，并在活動(dòng)中感受探究的樂(lè)趣和成功的喜悅。 1知識(shí)與技能方面：（1）知道力、質(zhì)量、加速度的關(guān)系，并會(huì)用該關(guān)系分析簡(jiǎn)單問(wèn)題；（2）會(huì)利用電腦使用位移傳感器測(cè)加速度、使用電子天平秤物體質(zhì)量；（3）知道平衡滑動(dòng)摩擦力的方法。 2過(guò)程與方法方面：（1）嘗試多變量問(wèn)題的研究方法，即控制變量法（不向?qū)W生提出名稱）；（2）會(huì)用圖像方法描述物理規(guī)律，知道由am圖向a1/m圖轉(zhuǎn)化的意圖，知道擬合法的基本思想；（3）會(huì)用力、質(zhì)量、加速度的關(guān)系分析簡(jiǎn)單問(wèn)題。 3情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面：會(huì)描述物理過(guò)程，表達(dá)物理結(jié)果；（2）嘗試相互交流，互相合作的活動(dòng)樂(lè)趣；（3）體會(huì)探究過(guò)程的基本環(huán)節(jié)，并在活動(dòng)中獲得喜悅。 三、課堂教學(xué)環(huán)節(jié) 1引出課題：由一個(gè)視頻引出課題研究力、質(zhì)量、加速度的關(guān)系，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想。 2確立實(shí)驗(yàn)研究思想：引導(dǎo)學(xué)生思考多變量問(wèn)題的研究手段，如何將復(fù)雜問(wèn)題變?yōu)楹?jiǎn)單，讓學(xué)生體會(huì)到控制一個(gè)量不變，改變其中一個(gè)量，研究另一個(gè)量的變化。這是研究多變量問(wèn)題的一種基本思想。在學(xué)生充分體會(huì)這種基本思想的情況下，鼓勵(lì)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)研究思想： （1）固定物體質(zhì)量不變，改變外力，測(cè)量物體加速度，探究加速度和外力的關(guān)系； （2）固定外力不變，改變物體質(zhì)量，測(cè)量物體加速度，探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系。 3實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程：采用邊設(shè)計(jì)、邊實(shí)驗(yàn)、邊討論的探究模式，讓學(xué)生按實(shí)驗(yàn)研究思想的要求，將實(shí)驗(yàn)分成二步進(jìn)行探究。但從實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)容來(lái)看，無(wú)論那一步操作都離不開(kāi)一個(gè)外界因素摩擦的問(wèn)題。 （1）平衡阻力： 提出問(wèn)題：如何消除阻力影響？（使平板軌道傾斜，用重力的分力平衡阻力，使小車在軌道上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小車的加速度為零） 在學(xué)生明確操作方案的基礎(chǔ)上，完成第一次探究活動(dòng)，即平衡阻力（要學(xué)生保留桌面內(nèi)容）。在學(xué)生操作的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題：你怎么知道小車受到阻力的影響已被消除？（加速度很?。┰僮寣W(xué)生操作：改變選擇范圍再測(cè)加速度。提出問(wèn)題：測(cè)得的加速度一樣嗎？（不一樣）說(shuō)明什么？（小車在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，各處的阻力不一樣）提出問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)中如何消除阻力的影響？（查找加速度很小時(shí)對(duì)應(yīng)的軌道上區(qū)域，加速度很小說(shuō)明該區(qū)域的阻力影響已被消除） （2）固定物體質(zhì)量不變，改變外力，探究加速度和外力的關(guān)系。 在消除阻力影響的前提下，提出下列問(wèn)題： 如何改變外力？（改變鉤碼的重力，不提鉤碼重力要遠(yuǎn)小于小車重力） 如何測(cè)量加速度？（利用V-t圖求加速度） 如何展示加速度與外力的關(guān)系？（利用aF圖展示） 通過(guò)上述問(wèn)題的思考，使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)方案，要求學(xué)生按事先給定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不重復(fù)，便于實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析，事前給每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組規(guī)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，放在實(shí)驗(yàn)桌面上），同時(shí)要求第一次測(cè)得V-t圖時(shí)，暫時(shí)停下，并保留桌面內(nèi)容。 提出問(wèn)題：測(cè)加速度時(shí)該如何選擇測(cè)量范圍？（選擇阻力被平衡的那段軌道） 提出問(wèn)題：依據(jù)什么方法大致確定應(yīng)在軌道的哪段上測(cè)加速度？（利用V-t圖與橫軸所包的面積表示位移） 明確選擇區(qū)域后，要求學(xué)生繼續(xù)操作完成實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生操作的基礎(chǔ)上，再次提出問(wèn)題： 固定物體質(zhì)量不變，改變外力，加速度和外力是什么關(guān)系？（是線性關(guān)系） 圖線上的縱截距是什么意思？你認(rèn)為是怎樣形成的？（沒(méi)有外力就有加速度，軌道傾斜角太大） 若軌道傾斜角合適，圖線上會(huì)有縱截距嗎？（沒(méi)有） 綜上所述，固定物體質(zhì)量不變，改變外力，加速度和外力成正比。 （3）固定外力不變，改變物體質(zhì)量，探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系。 在第二步實(shí)驗(yàn)之前，提出問(wèn)題供學(xué)生思考： 如何改變物體質(zhì)量？質(zhì)量的變化對(duì)平衡阻力有影響嗎？（沒(méi)有，因?yàn)槲矬w質(zhì)量的變化不影響重力的分力與阻力平衡） 如何展示加速度與質(zhì)量的關(guān)系？（利用am圖像表示，先不提a1/m圖像） 在學(xué)生通過(guò)思考，形成實(shí)驗(yàn)預(yù)案后要求按事先給定的數(shù)據(jù)（理由同上）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在學(xué)生完成所有數(shù)據(jù)測(cè)定后，要求學(xué)生先看am圖，并提出問(wèn)題： 你能根據(jù)圖線說(shuō)出加速度與質(zhì)量的關(guān)系嗎？（一條曲線說(shuō)不出它們的關(guān)系，利用Excel軟件分析，向?qū)W生介紹用曲線擬合的方法與圖線轉(zhuǎn)換的方法） 在討論后讓學(xué)生看a1/m圖，并要求表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：固定外力不變，改變物體質(zhì)量，加速度和質(zhì)量的倒數(shù)成線性關(guān)系。 要求學(xué)生分析縱軸上的截距表示什么意思？（軌道的傾角太大，若軌道的傾角合適，縱截距應(yīng)該為零） 綜上所述，固定外力不變，改變物體質(zhì)量，加速度和質(zhì)量成反比。 4探究結(jié)果 在學(xué)生展示探究成果的基礎(chǔ)上，提出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系是：質(zhì)量不變時(shí)，加速度與外力成正比；外力不變時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比。 四、探究成果的應(yīng)用 例1在固定物體質(zhì)量不變，改變拉力，探究加速度和外力的關(guān)系時(shí)。讓兩相同的小車在不同的拉力F1和F2作用下，由靜止出發(fā)，測(cè)得它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)的位移X1和X2。把它們所通過(guò)的位移之比X1/X2作為縱軸，把兩小車所受的拉力之比F1/F2作為橫軸，在不考慮摩擦因素的情況下，所得圖像是什么形狀？（過(guò)原點(diǎn)的直線）  五、實(shí)驗(yàn)探究的延伸 作為課堂實(shí)驗(yàn)探究的延伸，提出更深的探究課題，激發(fā)學(xué)生探究興趣，是培養(yǎng)學(xué)生自主探究意識(shí)的重要途徑。 （1）讓學(xué)生觀察不同實(shí)驗(yàn)條件下的aF圖，提出問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與得到的圖線有什么特征？（初、末兩點(diǎn)始終在直線的同一側(cè)） （2）用Excel軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著鉤碼質(zhì)量與小車質(zhì)量的接近，上述現(xiàn)象逐漸明顯。要求學(xué)生課后自己研究。（不提出系統(tǒng)誤差，僅作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與研究） 六、說(shuō)明 1本教學(xué)設(shè)計(jì)是考慮學(xué)生基礎(chǔ)較好的情況下實(shí)施的。 2本教學(xué)設(shè)計(jì)是在有數(shù)字化（DIS）實(shí)驗(yàn)室的前提下實(shí)施的。 3本教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施要按課堂進(jìn)程進(jìn)行增減。 4打的內(nèi)容為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，學(xué)生操作所需時(shí)間很難事先預(yù)測(cè)。探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系北京四中 魏華【教學(xué)目標(biāo)】 1實(shí)驗(yàn)探究加速度與合力、質(zhì)量的關(guān)系。 2體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律的一般方法、操作過(guò)程和數(shù)據(jù)處理方法。 3在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)交流合作讓學(xué)生體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)，通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。 【教學(xué)過(guò)程圖】  【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的介紹，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生實(shí)驗(yàn)展示過(guò)程，老師的總結(jié)。 【新課教學(xué)】 一、引入課題 視頻：美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)、保時(shí)捷賽車、摩托車比賽，誰(shuí)跑得快？ 引出質(zhì)量和力在改變速度快慢即產(chǎn)生加速度方面的不同影響。 結(jié)合牛頓第一定律： 質(zhì)量，是保持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)即慣性大小的量度。 力，是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 提出問(wèn)題：加速度與力、質(zhì)量定量的關(guān)系？ 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)：請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能測(cè)量合力、加速度和質(zhì)量，從而完成探究？ 學(xué)生提出方案： 師生共同討論方案的可能性和可行性最后，總結(jié)我們?cè)谡n堂上采用的比較簡(jiǎn)單可行的方案：汽墊導(dǎo)軌上利用光電計(jì)時(shí)裝置探究三者關(guān)系。 三、實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程 改變鉤碼重力，以達(dá)到改變合力的目的，同時(shí)保證滑塊質(zhì)量不變。（每次改變002N，共測(cè)六組數(shù)據(jù)） 通過(guò)加配重改變滑塊質(zhì)量，鉤碼不變。（每次增加50g，共可測(cè)五組數(shù)據(jù)） 通過(guò)朗威DIS數(shù)據(jù)采集器，得到數(shù)據(jù)，拷入數(shù)據(jù)處理模板，得到描好點(diǎn)的坐標(biāo)系。 根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布，猜想關(guān)系，擬合圖象，得出結(jié)論。 在整個(gè)過(guò)程中，老師在學(xué)生中指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以便交流展示。 四、學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果交流展示 學(xué)生帶著自己的數(shù)據(jù)交流展示，說(shuō)明兩點(diǎn)：（1）是如何得到這些數(shù)據(jù)？（2）如何得到關(guān)系的？ 老師結(jié)合學(xué)生的a-F線性關(guān)系，利用Excel，擬合得到是否成正比例關(guān)系，即數(shù)據(jù)是否過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。 結(jié)合學(xué)生的a-m冪函數(shù)關(guān)系，指導(dǎo)學(xué)生完成a-1/m圖象。 五、教師總結(jié) 一方面：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法總結(jié)；另一方面：實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出； 更重要的方面：我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論只能說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近于我們猜想的結(jié)果，但這只是在有限的幾次實(shí)驗(yàn)和在一定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)得到的，是否在更大范圍內(nèi)適用，那還需要更多更精細(xì)的、不同的實(shí)驗(yàn)去直接驗(yàn)證，或者也可以間接驗(yàn)證，即利用這個(gè)結(jié)論研究問(wèn)題，與實(shí)際進(jìn)行比較。 【課后反思】 本節(jié)課我想突出的四點(diǎn)在于： 一是情景引入的設(shè)計(jì)，利用“飛機(jī)、汽車、摩托車賽跑出人意料的結(jié)果”，引入課題，再結(jié)合牛頓第一定律，提出問(wèn)題。 二是實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中，師生充分的交流，老師首先要肯定學(xué)生開(kāi)放的設(shè)計(jì)思維過(guò)程，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生注意思維的完整和設(shè)計(jì)的可能性和可行性的討論，同時(shí)自然地給出，我們這節(jié)課實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單可操作性，啟發(fā)學(xué)生探究的興趣。 三是實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施過(guò)程，數(shù)據(jù)模板的設(shè)計(jì)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常流暢，既避免了繁瑣和不重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，又很好地突出了探究的最重要環(huán)節(jié)，即根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布，擬合圖象，找到關(guān)系的過(guò)程，而且使一節(jié)課內(nèi)完成探究得到保證。 四是實(shí)驗(yàn)總結(jié)，實(shí)驗(yàn)探究得出的結(jié)論的適用范圍的分析，及直接驗(yàn)證和間接驗(yàn)證思想的提出，是對(duì)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的熏陶，是對(duì)客觀事實(shí)客觀理性的分析，是對(duì)物理規(guī)律建立過(guò)程的深刻思考。7