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同课异构之我见

 

 

一、教学背景 
  “探究功与速度变化的关系”是人教版新教材第七章第六节内容。新教材引入该节内容的目的是给学生增加探究与体验的机会,提高理论联系实际的水平。本节内容也为下一节“动能和动能定理”的理论推导奠定了一个认识基础,学生在学习动能定理后能比较深刻地认识动能定理不仅在恒力做功的条件下成立,在变力做功的情况下也是成立的。教学过程中要积极创造条件,让学生亲身经历实验探究的过程。 
  二、主题思想 
  教材的实验方案中,采用容易获取的橡皮筋作为器材之一,由于橡皮筋的弹力是非线性变力,因而橡皮筋对小车的功无法用现成的公式进行计算。实验的精妙之处就在于巧妙地回避了变力功的计算。因为如果一条橡皮筋对小车做功为W时,则两条橡皮筋对小车做的功就是2W,三条橡皮筋对小车做功为3W,依次类推,各次实验中橡皮筋对小车的功都可以用W的倍数来表示,橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出。进行多次测量可以得到若干组功和速度的数据,利用图象法处理数据得出功与速度的定量关系。这种处理方法,把不便于用公式进行计算的橡皮筋对小车弹力的功转化为用橡皮筋的条数替代,这是一种很好的思维方法,也符合中学生的认知特点。但是,由于引起实验误差的因素太多,使得实验结果很不理想,很少有学生得出正确的定量关系,教学效果大打折扣。因此,本人在第二个班级的教学中采用了另一种实验方案,用打点计时器记录重锤自由下落的运动情况,选取纸带上某几个清晰的点做为计数点,测量计数点到初始位置的距离h并算出对应计数点的速度v,忽略重锤下落过程中所受的阻力,则mgh就是合外力的功。实验过程中记录若干组对应的h和v,同样利用图象法处理数据得出功与速度的定量关系。这种处理方法,对思维的要求较低,但是需要测量物理量h,看似烦琐,但其优点在于实验结果的准确度大大提高了,绝大多数的学生都能得出正确的定量关系,教学效果比前种方案好了很多。 
  三、教学过程 
  实验方案一: 
  [师]开门见山地指出本实验的目的是探究合外力做功跟物体速度变化的关系,需要测量的物理量有W和v,采用教材给出的方案探究。要求学生设计探究思路。 
  [生]沉默、思考 
  能大致看懂教材的实验方案,但对其探究思路迷惑不解。 
  [师]为了帮助学生深刻理解实验的设计思路,设置了一连串的问题。 
  问题1:橡皮筋的弹力是变力,且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律,如何计算橡皮筋所做的功? 
  [生]思考并根据教材回答问题,第一次用1条橡皮筋拉小车,做功为W;第二次用2条橡皮筋拉小车,做功为2W;第三次用3条橡皮筋拉小车,做功为3W,依次类推,并联4条、5条……橡皮筋,且拉伸的长度都一样,所做的功为4W、5W…… 
  [师]问题2:要得到上述推论,对橡皮筋有什么要求?(启发) 
  [生]橡皮筋应完全相同且并联起来栓到小车上拉小车;每次实验时每条橡皮筋的伸长量都和第一次的伸长量相同。 
  [师]问题3:如何使橡皮筋拉力所做的功等于合外力做的功? 
  [生]大多数学生沉默,个别学生答出平衡摩擦力。把木板的一端垫高,使重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。 
  [师]问题4:怎样才算达到平衡摩擦力的目的? 
  [生]轻推小车后,使小车能在木板上拖着纸带匀速下滑。 
  [师]问题5:我们要取的速度是哪个阶段的速度?为什么? 
  [生]有学生回答加速阶段的速度,也有学生回答匀速阶段的速度。 
  [师]引导学生讨论“为什么”后,总结:应取橡皮筋恢复原长时的速度即匀速阶段的速度。并要求学生根据上面一连串问题的答案设计实验步骤,探究弹力做功与速度变化的关系。 
  [生]分组实验 
  …… 
  [师]巡回指导 
  …… 
  引导学生进行数据的分析与处理,选取几组操作较规范学生的数据用Excel软件进行处理,通过电脑拟合画出功与速度变化之间的关系图。但实验结果很不理想,无法得出功与速度变化的定量关系。教师只能告诉学生正确的实验结论,并进一步引导学生进行实验误差分析,探究减少误差的方法等。 
  …… 
  实验方案二: 
  [师]给出实验器材:电火花打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等。让学生设计一个实验,探究合外力做功与物体速度变化的关系。 
  要求:①构思实验方案;②说明操作方法、测量方法以及需要测量的数据;③说明探究功与速度变化关系的方法。 
  [生]思考、讨论,举手回答 
  [师]逐一点评学生的回答,进一步引导学生总结出合理的设计思路。 
  [生]总结如下: 
  ①设计如右图所示的实验: 
  ②将纸带固定在重锤上,让纸带穿过电火花计时器,先用手提着纸带,使重锤静止在靠近计时器的地方,然后接通电源松开纸带,让重锤自由下落,计时器就在纸带上打下一系列小点,取A、B、C、D、E五个计数点,测量每个计数点到O点的距离h并计算出对应计数点的速度v,设计表格记录实验数据。 
  ③忽略重锤下落过程中所受的阻力,则W=mgh就是合外力的功。那么,距离h与速度变化的定量关系就能准确反映功与速度变化的定量关系。建立直角坐标系,作出h-v,h-v2,h-v3,h-v曲线,由图象法求得功与速度变化的定量关系。 
  [师]要求学生根据设计思路进行探究实验。 
  [生]分组实验 
  …… 
  [师]巡回指导 
  …… 
  选取某组学生的实验数据如右图所示,用Excel软件进行数据处理,得出对应的v2,v3,v数据,并通过电脑拟合数据画出h-v,h-v2,h-v3,h-v曲线。(图略) 
  [生]由图可知,功与速度的二次方成正比。 
  [师]实验结论正确,W=hv2 
  四、教学反思 
  两种实验方案各有千秋,一种探究弹力做功,另一种探究重力做功。弹力属于变力,重力则是恒力。第一种方案,虽然实验结果误差很大,但其思维方法非常巧妙,高中阶段的学生就应多进行这方面的锻炼,这将有利于他们今后的创新发展。第二种方案,设计思路简而易懂,并不新颖,但其实验结果的准确度很高,学生能够通过探究实验自己总结出功与速度变化的定量关系,教学效果十分显著。若能在教学过程中将两种方案合二为一,那就更为理想。先采用第二种方案探究定量关系,得出正确结论,再利用第一种方案进行思维训练,培养创新能力。但在教学过程中要合理把握时间,使教学效果达到最好。