1、（案例）实验：探究功与物体速度变化的关系【设计思想】指导思想：新课程的性质是让学生体验科学探究过程，了解科学研究方法，增强创新意识和实践能力，增强探索自然的兴趣与热情。探究性学习是全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字能力以及团结协作精神的重要环节，有利于培养学生独立思考的习惯和激发学生的创新意识。理论依据：注重提高全体学生的科学素养，注重学生自主学习，培养学生科学探究能力，使学生逐步形成科学态度和科学精神是新课程的基本理念。新课程改革模式强调的是学生创新精神和实践能力的培养，即研究性学习。要把研究性学习带进课堂指导教学、培养人才，以适应时代发
2、展的新要求，为此必须树立新的教学理念。设计特色：让学生体验“自主探究”过程，领悟“自主探究”方法，享受“自主探究”乐趣；找出“功与物体速度变化的关系”【教材分析】1教学要求（1）基本要求：知道上述探究活动须测定功与速度这两个物理量；领会教科书中所给的实验方法；理解实验方案中橡皮筋弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比；体会取一根橡皮筋所做功为单位来简化问题的思想方法；掌握实验方案中平衡摩擦力的方法；理解当小车做匀速运动时进行速度测量更为合理；体会从寻找关系中所蕴含的思想方法；了解力对物体做功与物体速度变化的关系。（2）发展要求：根据所学知识设计实验方案，并对不同方案作出评价和选择。2本课内容组成（1
3、）受力分析，平衡摩擦力；（2）变力做功的计算；（3）利用打点计时器测量并计算物体运动的速度；（4）探究力做功与物体速度变化的关系；（5）寻找与关系时所用的思想方法。物理学是一门以实验为基础的自然科学，动手实验这种探究方法在模块学习中有着重要的地位和作用。寻求做功与物体速度变化的关系为“动能”这一重要物理量的确立和“动能定理”这一重要物理规律的得出铺平了道路。3与初中教材相关内容的区别和联系初中已学习到：物体具有做功的本领，是因为它具有能量。做功实质上就是能量转化的过程，力对物体做多少功就有多少能量发生转化。还学习到：物体由于运动而具有的能叫做动能。通过铁锤打击钉子钉入木块实验以及大量实事，表明
4、了“运动物体的质量越大，速度越大，其动能就越大”。本节课与初中教材联系之处是相关内容基本涉及，区别在于初中教材知识定性探究做功与能量变化的关系，定性得出动能的相关因素，而本节课则是定量探究做功与物体速度变化的关系，得出定量结论“功与物体速度的平方成正比”，为下一节“动能 动能定理”做好了充分的准备。【学情分析】1学生已有的认知水平和能力基础学生初步涉及探究性学习的基本方法，已学习功的概念，会用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度，知道将斜面一端垫高可以平衡摩擦力。2学生学习本课可能遇到的困难和问题实验设计及动手操作，变力功如何求解，如何减少摩擦力的影响，如何处理数据，如何寻找与的关系。3学生
5、可能采取的学习策略学生可能会采取“发现问题、收集信息、提出假设、得出结论”这一自主学习、合作学习和探究学习的策略。【教学目标】1、知识与技能（1）知道探究中需测定功与速度这两个物理量。（2）理解实验方案中改变弹力做功大小的方法。（3）知道橡皮筋弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比，体会取一根橡皮筋所做的功为单位来简化问题的方法。（4）掌握实验方案中平衡摩擦力的方法步骤。（5）会选择合适的测量点并进行速度计算。（6）能根据实验数据分析、总结得出实验结论。2、过程与方法（1）用逻辑推理探讨功与物体速度变化的关系。（2）领会教科书所给实验方案中的探究过程。（3）通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系
6、，体验探究过程中的物理学研究方法。（4）通过数据处理体会从寻找与的关系转向寻找关系中所蕴含的思想方法。3、情感、态度与价值观（1）体验探究过程中的困难，加强团队合作精神。（2）通过实验探究，激发学习兴趣，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。（3）领悟探究变力做功的奇妙方法，感受探究与变化关系的方法，享受成功的乐趣。【教学重点难点】教学重点：探究功与速度变化关系的物理过程和物理方法；利用图像法处理数据寻找与的关系。教学难点：（1）实验方案的设计、数据的处理方法图像法；（2）平衡摩擦力、复杂问题转化为简单问题的方法。【教学方法和手段】采用“自主合作探究”教学模式，亦即在教学过程中采用提出问题
7、、启发引导、合作探究、自主学习、面向全体学生的模式。学生在教师的引导下进行思考、探究、实验，研究做功与速度变化之间的数字信息、图像信息，寻找功与速度变化的关系；培养学生的自学能力、合作能力、探究能力、创新能力。采用启发式提问的教学策略。古今中外的教育家都重视启发式教学，孔子提出“不愤不启，不悱不发”；苏格拉底重视启发，提倡采用设问方式来激发和引导学生自己去寻求正确答案，重视调动学生的主动性，本节课通过教师引导使学生自主地思考、分析、探究、实验；激发学生积极参与教学活动，启迪学生思维，享受探究乐趣。采用的教学手段是多媒体和学生分组实验。【课前准备】1学习准备组织学生复习功概念、用打点计时器打出的
8、纸带测速度，预习“功与物体速度变化的关系”，设计除课本所提出方案以外的其他实验方案。2教学准备教师钻研教材，确立教学目标，研究创设教学情境的方法，写好教学设计，制作多媒体课件，准备实验器材。3教学环境的设计与布置五人一桌，实验器材，多媒体设备4教学用具的设计和准备多媒体辅助教学设备，探究实验所用的橡皮筋、小车、钩码、木板、电火花打点计时器、纸带等仪器【教学过程设计】一、引入课题教师 前面我们理论探究了功和速度变化的关系，从而确立了动能定理的表达式，今天我们进行实验探究功和速度变化的关系，我们今天的课题是探究功与速度变化的关系板书教师 下面我们来做一个演示实验。（仪器介绍）将弹弓拉开一段距离，松
9、手后弹丸获得一个速度。怎样获得一个比较大的速度哪？这说明什么问题？（学生讨论回答：橡皮筋对弹丸做功越多，弹丸获得的速度就越大。做功的效果是改变物体的动能。）但这个实验只能得到做功与物体速度间的定性关系，学习经验告诉我们，对自然规律的研究一般都遵循由简单到复杂，由定性到定量，这就要求我们要获得做功与物体速度间的定量关系。二、新课教学教师提问：小组讨论，如何设计实验方案，来探究功与物体速度的定量关系？并将你的方案草图画在白纸上。（学生回答的可能方案：重锤自由下落，测量重力做功与速度变化的关系；小车在跨过定滑轮的钩码拉力的作用下在轨道上加速运动，测量钩码对小车拉力做功与速度变化的关系）（教师点评，好
10、的方案一定要给予肯定，将这些方案进行比较，区分恒力功和变力功，并提问：日常生活中，恒力做功和变力做功哪种更常见，变力做功更常见，今天我们来探究刚才的演示实验中橡皮筋对小车的拉力功与小车速度的定量关系） 多媒体展示板书目的：探究橡皮筋对原来静止的小车做的功与小车获得的速度之间的关系器材：橡皮筋、小车、砝码、铝合金轨道、打点计时器、纸带、学生电源、刻度尺等教师提问：利用以上提供的器材，在探究橡皮筋对原来静止的小车做功与小车获得速度的关系实验中，如何设计实验，实验中我们可能会碰到哪些需要解决的问题，如何解决？（教师点评，并作总结） 多媒体展示板书思考1：小车运动中会受到阻力，如何消除阻力对实验的影响
11、？可以使轨道略微倾斜，通过重力沿轨道向下的分力来补偿。（这在探究加速度与力和质量的关系实验中已经遇到过，同学们课桌上的轨道已经调节好了。）思考2：橡皮筋对小车拉力的功能否直接测量？怎样测量呢？（学生讨论，教师给学生时间，不急于让学生回答）不能直接测量。因为与、有关，可以用刻度尺测量，但是变力不能测量。虽然不能直接测量，但可以用一个倍数关系来表达。第一次用一根橡皮筋拉小车，第二次是不是可以把两条完全相同的橡皮筋并联起来，拴到小车上拉小车，且两次使每根橡皮筋的伸长是一样的，这样就可以使第二次的功为第一次的两倍。利用这个倍数关系就可以巧妙的避开直接测量变力功的问题。教师（投影）该同学的想法非常好，很
12、巧妙的解决了以上难题。若再并联三根或四根橡皮筋，使拉伸的长度相同，则其功为3W、4W等。这是我们这个实验中最关键的环节，也是一种重要的实验方法。我们今天就按刚才讨论的实验方案，进行实验探究（学生进行分组实验，老师分组巡视指导 ，实验过程中，取一根学生当场打出的纸带，在展示台上展示，并提出“思考3”）。思考3：小车在轨道上是什么性质的运动？取纸带上的哪一段来计算橡皮筋的拉力做功使小车获得的速度？如何计算？（实物展示台展示学生当场纸带）ABCDEFG思考4：功W与速度v之间可能有哪些关系？用什么方法比较容易看出与的关系？前面哪个实验的数据处理曾用过类似的方法？可能是、，甚至。用图像法，借用常用的软
13、件，可以迅速准确的作出图像。我们今天就按刚才讨论的实验方案，进行实验探究（学生进行分组实验，老师分组巡视指导 ）。参考表格及坐标系实验次数橡皮筋做的功匀速运动时的速度速度的平方速度的立方1W22W33W44W55W66W教师 根据分组实验情况由学生代表分别汇报实验探究结果。学生 第一组结论：图象为抛物线（可用Excel表格做图象为抛物线）学生 第二组结论：（可用Excel表格做图象为直线）（汇报过程略）学生 第三组结论：，而W与 v3关系复杂。学生 第四组得出：教师 通过实验得出结论是探究问题的关键，但仅通过今天的实验就下结论，就显得过于草率了，希望同学们课外继续研究。课堂小结请你总结一下，这
14、节课学到了什么?（学生回答）教师小结 今天的实验有很多创新的地方，同时得出了很多关系，这些结论说的是一回事。这是一个很重要的关系式，我们下堂课将进一步讨论。通过橡皮筋这个实验，我们知道了W虽然不能直接测量，但通过巧妙的实验设计同样能测出与的关系，将一个看似很复杂的问题简单化了，这其实是我们学习物理知识的真正意义所在，自然规律很美丽，其实也很简单，千万不要把简单的问题复杂化。当然，得出一个物理规律，仅仅通过几次实验是不准确的，不但如此，我们还要通过理论进一步推证。除此以外，本实验中我们是在小车原来静止的特殊情况下，探究功与小车获得的速度的关系，当初速度不为零的情况下，两者之间的关系如何，我们下堂
15、课将继续探究。【教学评价】这一节是一节探究性实验，运用了多媒体辅助进行实验起到了很好的效果，多媒体的交互性和动态效果以及强大的计算能力能够更好地体现教学过程的探究性。在学生进行分组交流设计实验方案时，用多媒体展示功能不时的展示各组设计过程和各组成员的参与情况，起到了很好的督促效果，使学生的参与度空前高涨，为学生的主体性发挥创造了条件。在各组设计好方案进行展示交流时，多媒体提供了展示平台，分组实验时运用媒体进行各组实验交流展示，特别是在数据处理方面，多媒体发挥了强大的作用，给当堂探究提供了时间和可能。在这节课的教学中学生的自主意识、探究意识、合作意识都得到了有效的培养。应用课件和多媒体展示功能进
16、行探究式实验教学不仅提高了教师适应新课改的能力，同时使我们进一步认识到教学改革的必要性和紧迫性，尽可能让高中物理实验探究教学与多媒体联系的更紧密，让运用多媒体进行物理实验探究式教学更加深入人心。学生们的反映，实验前向学生们讲明意义和要求，在指导方法方面改变过去包办的老办法，学生是很欢迎的，有的同学说：“过去做实验，有依赖课本的习惯，这次实验可以使自己积极思考”。“实验结果是自己做出来的，对实验过程、步骤、数据处理和所得结论，自然而然地比较容易接受”。“由于课本没有实验结论，做完实验后，结论是否正确，就会引起思考为什么？怎样解决有的同学说：“实验前我们就怀有极大的兴趣，进行了充分的准备，实验中，
17、发现了纸带打点不好或一些操作问题，我们都是自己尽力解决，到了万不得已时才去问老师。分析处理数据时，开始，我懂得可以不计那些因仪器引起太大误差的点，也不知道怎样选择图像的坐标单位才能简明，这些都通过这次实验得到解决，后来的误差分析和许多疑难问题的争论、探讨，更加深了我对问题的理解和掌握，所以进行探索性实验有助于培养思维能力和独立解决问题的能力。而且经过实验前、中、后三个阶段，知识掌握比较牢固”。 这次的实验结束后，学生感到好处很多，普遍要求今后多进行这样的实验。学生李国乾说：“这次探索性实验有许多好处，（1）能够使我们更好的理解的内容，便于记忆；（2）实验前能使我们独立思考，自己订出实验步骤；（
18、3）可以提高我们的实验技能，对在实验中出现的问题能独立思考，想办法去解决，这样更能培养我们分析问题，解决问题的能力；（4）能够不断激发我们去思考，这样能使实验做得更好，更准确，怎样才能解决实验出现的误差”。梁建说：“画出的实验图象是直线还是曲线所表示的物理意义是什么？物理图象与数学图象有什么不同等等的问题都在推动着我们多做多想，对于今后搞工作做研究都有很大的帮助。”付为民说：“经常做这样的实验，可以使自己分析处理问题更准确，增强自己对解决问题的信心。希望今后能多做这样的实验”。 老师们的体会是：一般来说，高中物理教学的学生分组实验课以往大多是这样进行的：一开始，在学生预习的基础上，教师重点讲述
19、仪器的构造、原理，本次实验的任务和要求，强调实验中应注意的事项；然后，学生动手实验，教师巡回指导；最后，要求课后完成实验报告和其他实验作业。这样的实验课，当然有它的作用，也能达到一定的教学目的。但是，这样做往往引不起学生的兴趣和重视，只是按照教师的要求完成测量数据，填写实验报告。再者，每一个实验小组里，常有个别学生懒于动手，更少动脑，只是被动的记录数据，学不到什么真本事。如何改进和加强实验课的教学，关键在于调动学生的积极性，使他们既动手又动脑，真正弄懂原理，掌握实验技能，得到有关物理学研究的实验方法的初步训练。葛老师的这堂实验课，为我们提供了一个范例。在实验前，有些老师担心学生能否达到预定的目
20、的要求，但经过这次实验后，老师们反映：探索性实验的处理过程是比较好的，让学生自己去找这个规律，学生的情绪始终是饱满的，讨论的气氛很热烈。一节课学生不仅做完实验，还利用计算机强大的数据处理功能，当场处理数据并进行分析，直观的得出关系，这样安排比较好，让学生在实验当中分析归纳找出结论对培养学生分析问题的能力和实验技能。都有很显著的效果。经过这次实验后，老师们认为，探索性实验是教改的方向，老师虽然要花比较多的时间去全面做好准备工作，但这是值得的，探索性实验比验证性实验效果要好。总的来说，使用多媒体进行实验探究教学能够很好的实现教学的三维目标，让学生在做中学，取得了预期教学后果，整个实验课，设计新颖，要求严格，气氛活跃，收效显著，是一堂非常成功的实验课。
