基于物理實驗探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

1、    基于物理實驗探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計    王永偉摘 要：在新高考改革背景下，本文以“牛頓第三定律”教學(xué)設(shè)計為例，討論在物理教學(xué)中如何提升實驗探究能力和 科學(xué)思維能力，培養(yǎng)物理思維。關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計；牛頓第三定律；物理實驗探究：g633.7 ：a ：1003-6148（2017）12-0067-41 教學(xué)設(shè)計意圖以實驗為基礎(chǔ)，通過分析、推理建立作用力與反作用力概念，進而根據(jù)實驗結(jié)論分析、比較相互作用力的特點，歸納得出牛頓第三定律。最后，通過牛頓第三定律的簡單應(yīng)用鞏固所學(xué)的知識，感悟物理學(xué)在社會發(fā)展中的重要作用。2 教學(xué)流程2.1 案例一 引入2.1

2、.1 課堂預(yù)設(shè)觀看“天宮二號”升空的錄像片段，由它的升空原理引入新課，學(xué)生觀看視頻材料并進入積極主動的思考狀態(tài)。設(shè)問1：每個課桌上都有一個竹蜻蜓，搓動竹蜻蜓豎桿并釋放，它就能升空。為什么呢？活動i 設(shè)問1，（學(xué)生）實驗1（竹蜻蜓升空）從學(xué)生親身感受作用力和反作用力現(xiàn)象開始，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過尋找“反作用力”得到“作用力與反作用力總是成對出現(xiàn)”的結(jié)論，然后明確作用力與反作用力之間大小、方向以及作用點的關(guān)系，繼而通過自主活動學(xué)會分析作用力和反作用力。目的是讓學(xué)生在這個實驗過程中感受力的作用是相互的，進而理解作用力與反作用力的概念。2.1.2 課堂實錄（一）引入（觀看“天宮二號”升空的錄像

3、）師：視頻中天宮二號為何能升空？這就是我們今天的研究課題。課桌上的竹蜻蜓，為什么搓動其豎桿并釋放，它就可以在空中飛行？生：我認為因為它受到了一個向上的力。師：好。下面我們通過實驗來驗證一下這個同學(xué)的結(jié)論是否正確。請看學(xué)案第一題：竹蜻蜓為何可以在空中飛行？（二）通過實驗建立概念學(xué)生實驗1：搓動竹蜻蜓后，使其豎桿在兩手手心內(nèi)旋轉(zhuǎn)，手背感覺到有風(fēng)。師：請同學(xué)們感受手背是否有風(fēng)掠過？生：有！竹蜻蜓葉片轉(zhuǎn)動時對空氣有一個向下的作用力，同時空氣對竹蜻蜓葉片也有一個向上的作用力，使得竹蜻蜓能在空中飛行。師：說明物體間力的作用是相互的。當(dāng)一個物體對另一個物體施加力的作用時，這個物體同樣會受到另一個物體對它的力

4、的作用，我們把這個過程中出現(xiàn)的兩個力分別叫做作用力和反作用力。2.2 案例二 實驗探究2.2.1 課堂預(yù)設(shè)活動ii 設(shè)問2，演示實驗2、3、4與6和學(xué)生實驗5設(shè)問2：作用力與反作用力有什么特點？（演示）實驗2：置若干玻璃棒于桌面上，然后把木板放在玻璃棒上，再把電動小車放在木板上，打開開關(guān)，玩具車向前運動的同時，木板向后運動。（演示）實驗3：兩小車放在桌面上，再在兩小車上各放上一條條形磁鐵，當(dāng)同名磁極相對時，兩小車遠離；當(dāng)異名磁極相對時，兩小車相互靠近。（演示）實驗4：將物體用彈簧秤吊著放入盛水的燒杯中，看彈簧秤示數(shù)變化；另觀察燒杯下臺秤示數(shù)變化。（學(xué)生）實驗5：用彈簧秤實驗讓學(xué)生探究作用力與反

5、作用力的大小所遵循的規(guī)律。（演示）實驗6：用dis力傳感器探究作用力與反作用力的大小所遵循的規(guī)律。設(shè)置這四個實驗的目的是讓學(xué)生邊觀察實驗，邊分析總結(jié)作用力與反作用力的特點，從而得到牛頓第三定律。dis實驗驗證牛頓第三定律，可以使同學(xué)們對作用力與反作用力的瞬時性與同步變化有直觀、深刻的印象。讓學(xué)生通過實驗探索，尋找規(guī)律；分析歸納，總結(jié)規(guī)律。通過對物體相互作用的實驗和親身感受過程，得出牛頓第三定律，并理解牛頓第三定律，理解作用力與反作用力之間的大小、方向的關(guān)系。2.2.2 課堂實錄師：作用力與反作用力有什么特點？請看學(xué)案第二題：指出下列情況中各力的反作用力，并指出各力分別作用在什么物體上。人跳高時

6、，腳對地的蹬力。（為簡化研究問題，認為研究對象沒有穿鞋）生甲：腳對地的作用力作用在地上，地對腳的力作用在腳上。師：腳對地的力和地對腳的力，這兩個力的產(chǎn)生是同時的還是有先有后的，它們的性質(zhì)又是怎么樣的？先思考一下，我們再看第二小題。人走路時，腳對地的摩擦力。生乙：人走路時，腳對地的摩擦力作用在地上，反作用力在腳上。我認為它們是同時產(chǎn)生的。性質(zhì)都是摩擦力。師：第一小題中的兩個力的性質(zhì)是否相同？生：我認為它們是同時產(chǎn)生的。性質(zhì)也相同，都是彈力。師：剛才我們通過例題，認為作用力和反作用力是同時產(chǎn)生的，性質(zhì)也是相同的。下面我們再通過一些實驗來驗證一下我們所得出的結(jié)論是否正確。2.2.3 通過實驗探究規(guī)律

7、實驗2 在桌面上并排放上幾列玻璃棒，在玻璃棒上鋪一塊紙板，板上放一輛電動小車。師：小車向前運動時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？說明了什么問題？生：車在向前運動的同時，木板向后運動。車之所以向前運動是木板給它一個向前的力，同時車給板一個向后的力，這兩個力的性質(zhì)一樣，都是摩擦力。師：除了這些力以外，其他力是否也滿足這些條件呢？下面我們再來看一個實驗。實驗3：在桌面上放兩輛磁性小車，左右手分別拿著一輛小車。師：將帶有磁鐵的小車放在光滑桌面上，靠近，會發(fā)生什么現(xiàn)象，如何解釋？生：當(dāng)磁鐵的同名磁極靠近時，放手后兩輛小車被推開；當(dāng)異名磁極接近時，放手后兩輛小車被吸攏。作用力與反作用力性質(zhì)相同，是一對磁場力。endpr

8、int師：液體是否也滿足這些條件呢？我們接著來看下一個實驗。實驗4：將物體用彈簧秤吊著放入盛水的燒杯中，注意彈簧秤示數(shù)變化，并觀察燒杯下臺秤示數(shù)變化。師：放入水中后，彈簧秤和臺秤示數(shù)變化了嗎？為什么會變化？生：水對物體有一個向上的力，同時物體對水也有一個向下的力。師：由此我們得出了作用力和反作用力的特點：兩物體之間的相互作用力同時產(chǎn)生，同時消亡，且兩作用力的性質(zhì)相同，作用方向相反，作用在兩個不同的物體上，作用在同一條直線上。但是，無法得到兩力的大小關(guān)系。接著我們還要研究作用力與反作用力的大小與方向的關(guān)系，請大家通過實驗來探究。實驗5：學(xué)生實驗探究物體間的相互作用力（彈簧測力計）師：請同學(xué)們先將

9、兩個彈簧測力計調(diào)零，接著把兩個測力計的吊鉤勾在一起，模仿拔河比賽，并分兩種情況進行。兩個彈簧測力計勾在一起拉，處于靜止不動時；兩個彈簧測力計勾在一起拉，并向某一方向運動。師：我們可以得到什么結(jié)論？生：靜止時，兩個物體之間的相互作用力大小相等，方向相反，但是運動過程中示數(shù)不太穩(wěn)定。師：彈簧測力計的示數(shù)在運動過程中不便于觀察，接下來我們用更精確的測量工具來探究作用力與反作用力的關(guān)系。實驗6：用dis力傳感器研究物體間的相互作用力。師：我們看到兩個力的圖像是完全對稱的，由此可以得出什么結(jié)論？生：兩個物體之間的相互作用力大小相等，方向相反。這部分內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計力求體現(xiàn)新高考改革的精神，注重提高學(xué)生的基

10、本科學(xué)素養(yǎng)和探究能力。在教學(xué)過程中倡導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、探究性、合作性，讓學(xué)生主動參與，體驗和感悟科學(xué)探究的過程和方法，激發(fā)他們持久的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，并在探究過程中培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，逐步實現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、善于交流、樂于合作、勇于實踐的科學(xué)態(tài)度。利用多媒體、演示實驗、舉實際例子、學(xué)生動手做、動筆練等多種教學(xué)手段，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。上課過程中注重知識的層次性和漸進性，抓住重點，突破難點。2.4 案例三 辨析與應(yīng)用2.4.1 課堂預(yù)設(shè)活動iii （學(xué)生）實驗7，設(shè)問3（學(xué)生）實驗7：進行小型拔河比賽。請大個子同學(xué)和一位小個子同學(xué)手拉手進行拔河比賽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大

11、個子同學(xué)勝了。設(shè)問3：既然兩個力大小相等，那么拔河比賽時，為何還存在勝負之分？既然兩個力大小相等，方向相反，那么是不是加起來合力為零？繼續(xù)試驗7：再請大個子同學(xué)站在滑板上和一個小個子同學(xué)重新進行手拉手拔河比賽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小個子同學(xué)輕松獲勝。在該部分的教學(xué)中通過事實歸納得出結(jié)論，加深了對相互作用的認識，也有助于它們與平衡力加以區(qū)別。運用比較分類方法區(qū)分出一對作用力和反作用力與一對平衡力，讓學(xué)生更全面地了解兩者的性質(zhì)，并培養(yǎng)學(xué)生會用學(xué)過的規(guī)律解釋物理現(xiàn)象的能力?；顒觟v （演示）實驗8，牛頓第三定律的應(yīng)用與總結(jié)（演示）實驗8：（氣球飛天實驗）當(dāng)氣球中的氣體從尾部急速向下噴出時，氣球向上沖去。應(yīng)用所學(xué)

12、知識解決一些簡單的實際問題，進行鞏固和遷移。通過實驗，演示牛頓第三定律在火箭中的重要應(yīng)用，由火箭聯(lián)想到在航空航天史上有杰出貢獻的愛國科學(xué)家錢學(xué)森，很自然地進行愛國主義教育。并由此將學(xué)生引向更深入的問題，讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)找出解決問題的突破點，培養(yǎng)學(xué)生的求實精神和分析問題的科學(xué)能力，并激發(fā)愛國情懷。2.4.2 課堂實錄師：我們研究了牛頓第三定律，下面我們請兩位同學(xué)上來再做一個實驗。實驗7 拔河比賽：請大個子同學(xué)和一個小個子同學(xué)手拉手進行拔河比賽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大個子同學(xué)勝了。師：對剛才的實驗，請同學(xué)們認真想一想，大個子同學(xué)和小個子同學(xué)之間的拉力哪個大？生眾：一樣大。師：對，我們剛才學(xué)了牛頓第三定律，作用力

13、和反作用力總是大小相等。既然兩個力一樣大，為什么他贏了呢？師：下面我給大家一些提示：剛才那個同學(xué)是站在地面上的，如果讓他站在滑板上，他是否還能贏？再請大個子同學(xué)站在滑板上和一個小個子同學(xué)重新進行手拉手拔河比賽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小個子同學(xué)輕松獲勝。師：為什么會這樣呢？生：因為兩個同學(xué)受到的摩擦力不一樣。師：我們研究一個物體的運動狀態(tài)變化時，要對這個物體進行受力分析。而作用力與反作用力是同時分別作用在兩個物體上的力，不能求合力。只有當(dāng)一個物體受到大小相等，方向相反，作用在同一條直線上的兩個力時，它們的合力才為零。為此，我們特別要注意相互作用力與平衡力的關(guān)系。師：牛頓第三定律中提到的是分別作用在兩個物體上的

14、力，人走路時腳對地有作用力，地對腳有反作用力；船航行時槳對水有作用力，水對槳有反作用力。那么在前面的視頻中，天宮二號在太空中飛行時，只有一個物體，它是怎樣在真空中飛行的呢？實驗8：（“氣球飛天”實驗）當(dāng)氣球中的氣體從尾部急速向下噴出時，氣球向上沖去。師：牛頓第三定律的應(yīng)用非常廣泛，人走路、汽車向前運動、噴氣式飛機的飛行無不與此規(guī)律有關(guān)。我國早在宋代就發(fā)明了“火箭”，在竹筒里裝入火藥，把竹筒的前端封閉住，并捆在箭桿上?；鹚廃c燃后，燃燒生成的氣體以很大的速度從竹筒內(nèi)向后噴出，該氣體同時對火箭產(chǎn)生反作用力，使箭體向前飛去。到了明代，我國還制成了原始的二級火箭。最近，我國用長征火箭將“天宮二號”送入太

15、空，就是牛頓第三定律應(yīng)用的最好例證。這部分內(nèi)容通過辨析作用力和反作用力與一對平衡力的關(guān)系，加深了同學(xué)們對于牛頓第三定律的理解。3 基于物理實驗探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計本節(jié)課中，以大量的實驗說明力的作用總是相互的，然后由學(xué)生通過兩個彈簧測力計自主探究了作用力與反作用力的關(guān)系。在突破運動過程中的作用力與反作用力也是等大、反向的這一教學(xué)難點時，教師采用了力的傳感器，通過計算機圖像直接顯示，效果非常直觀。最后，通過一道練習(xí)來比較一對作用力與反作用力與一對平衡力的異同點。這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計立足于新課程理念，提倡學(xué)習(xí)的自主性、探究性和合作性，讓學(xué)生主動參與，體驗和感悟科學(xué)探究的過程和方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并在探究