高中物理人教版第七章機械能守恒定律重力勢能 公開課獎

4．重力勢能教學設(shè)計一、學情分析

高一學生認識事物的特點是開始從具體的形象思維向抽象的邏輯思維過渡，但思維還常常與感性經(jīng)驗直接相聯(lián)系，仍需具體形象的圖片、視頻、畫面來支持。學生在初中時已接觸過重力勢能的概念，學生已學習了功的概念和計算方法，使學生有能力通過重力做功的計算來判斷重力勢能的變化。學生有這樣的生活經(jīng)驗:在峭壁上的石頭掉下來能把樹木壓斷；高處的水流下來可以推動水輪發(fā)電機發(fā)電；打樁機重錘落下來，可以把木樁壓入地下……，為學生定量的學習重力勢能和判斷重力勢能的變化奠定了基礎(chǔ)。本節(jié)講述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系。重力做正功時，重力勢能減少，克服重力做功(重力做負功)時，重力勢能增加。關(guān)于這個關(guān)系，由于與動能定理的表述不一致，學生往往不易理解。教學時最好能結(jié)合一些實例，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學生的困惑，例如可舉在自由落體運動中，重力做正功，重力勢能減少，同時由動能定理可知，動能增加.重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，這樣做，也可以為下一節(jié)講解機械能守恒定律做好準備.二、學習內(nèi)容分析本節(jié)首先提出，物體由于被舉高而具有重力勢能。在被舉高過程中重力要做功，重力做功的過程也就是重力勢能變化的過程，然后通過分析重力做功與路徑無關(guān)的特點，推導得出重力勢能的表達式。進一步討論重力勢能具有相對性及重力勢能是物體與地球系統(tǒng)所共有的。與以往教科書不同的是，本教科書沒有生硬地給出“功是能量變化的量度”，而是在探究重力做功、探究彈簧的拉力做功和探究功與物體速度變化的關(guān)系的過程中，不斷滲透這一思想的。在“追尋守恒量”一節(jié)中，給出了勢能的涵義，“物體勢能是物體憑借其位置而具有的能量”。重力勢能的概念及重力做功與重力勢能變化的關(guān)系是本節(jié)的重點。筆者將提供相關(guān)情景，如雪崩等景象，激發(fā)學生根據(jù)生活中的經(jīng)驗提出更多的相關(guān)實例，如蒸汽錘錘樁、打夯、隕石坑、大瀑布等景象。“勢能的改變”是下節(jié)“能量守恒定律”的知識基礎(chǔ)，是本章的一個重要知識點。本節(jié)進述重力勢能及其相對性，重力勢能的變化以及與重力做功的關(guān)系。由于與動能定理的表述不一致，學生往往不易理解，教學時最好能結(jié)合一些實例，從功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化的角度分析，解開學生的困惑，為下節(jié)講機械能守恒定律及能量轉(zhuǎn)化和守恒定律做好準備。依據(jù)課程標準對教學內(nèi)容作較全面梳理，分析本課所涉及的知識與前、后知識的聯(lián)系；明確本節(jié)課學生要掌握的各知識點，合理選擇教學內(nèi)容；分析各知識點的講解要點。與舊教材相比，“重力勢能”一節(jié)分析了重力做功與路徑無關(guān)的問題，分類剖析，比老教材更具有可信度，對于物體沿任意曲線運動的情況，又一次用到了極限的思想。根據(jù)重力做功特有的特點，引入重力勢能的概念，對這一點學生會感覺比較困難，老教材回避了這一困難。新教材對這一認識是逐漸建立起來的，在“追尋守恒量”一節(jié)的勢能前在知識上油然而生。與舊教材不同的是，新教材沒有生硬地給出“功是能量變化的量度”，而是借助事例在探究重力做功本節(jié)課的重點是重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系；難點是重力勢能的相對性和系統(tǒng)性。為了突出重點，突破難點，安新課程標準“以學生為主體”設(shè)計本節(jié)課的教學，采用學生實際操作、推理和互動探究的方法，使學生理解和掌握本節(jié)的知識。教學中注意培養(yǎng)學生敢于探究、善于探究，并敢于承認自己的片面的觀點，勇于接受別人意見，樹立合作的思想，并使學生樹立“從生活走向物理，從物理走向社會”的基本理念。三、教學目標1.認識重力做功與路徑無關(guān)的特點。2.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算。3.理解重力做功與重力勢能的變化的關(guān)系。4.知道重力勢能具有相對性。5.知道重力勢能是物體和地球系統(tǒng)所共有。四、重難點分析教學重點：重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系。教學難點：重力勢能的系統(tǒng)性和相對性。本節(jié)課的重點是重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系；難點是重力勢能的相對性和系統(tǒng)性。為了突出重點，突破難點，按新課程標準“以學生為主體”設(shè)計本節(jié)課的教學，采用學生實際操作、推理和互動探究的方法，使學生理解和掌握本節(jié)的知識。五、信息技術(shù)及其他學習資源的應用利用多媒體,充分利用教學案進行一體化教學。六、教學流程圖提供指導提供指導呈現(xiàn)刺激材料得出重力做功的特點這是本課的重點，從理論上推導重力做的功畫知識結(jié)構(gòu)得出重力勢能的表達式這是本課的重點，重力做功與重力勢能的關(guān)系播放雪崩視頻投影學習目標提醒注意，鞏固提升結(jié)束提供預覽提供小結(jié)和回顧引起注意激活對習得的先決技能的回憶告知學習目標引出行為表現(xiàn)復習舊知提供學習指導提供學習結(jié)果反饋提供記憶術(shù)測量行為表現(xiàn)嘗試練習，學以致用知識總結(jié)，談收獲促進保持和遷移七、教學過程

1.引起注意（播放雪崩視頻）教師：播放雪崩視頻。蓬松的白雪給人以恬靜、美麗的感覺。然而雪崩爆發(fā)時，以時速250英里的急速狂奔的大雪崩，摧毀所到之處的一切。學生：先看到的是一個冰天雪地、廣袤無垠的銀色世界，內(nèi)心感到圣潔、平和、寧靜，洗滌心靈。突然，一面面白茫茫的雪墻排山倒海而來，學生將感受到大雪崩所帶來最令人驚心動魄的白色恐懼，將對人們的生命與財產(chǎn)帶來災難……。

設(shè)計意圖：只有學習者以某種方式定向并接受輸入的信息時學習才能發(fā)生，引起該注意顯然就是在教學中必須出現(xiàn)的第一個事件。開始教學之前，教師利用合理的結(jié)構(gòu)、恰當?shù)牟牧?、精練的語言提出令學生困惑或感興趣的問題，激起他們探索未知的興趣和求知的強烈欲望，引起學生對探索問題的關(guān)注，形成鼓舞人心、令人興奮的課堂氣氛。2.告知學習者目標（幻燈片投影）教師：為什么這么漂亮的雪花有如此大的破壞力？是因為它們具有潛在能量。只要一有機會，就會通過做功把這種能量釋放出來。我們將這種能量叫重力勢能。這一節(jié)課我們定量地研究重力勢能，為此首先要確定重力勢能的表達式。同時，投影本節(jié)課的三維教學目標。（滲透：功是能量變化的量度，能量的變化通過做功來實現(xiàn)。為下面探究重力的功和重力勢能的關(guān)系做鋪墊。）學生：思考重力勢能和哪些因素有關(guān)？重力勢能的表達式應該符合這些特征。學習目標：1.認識重力做功與路徑無關(guān)的特點。2.理解重力勢能的概念，會用重力勢能的定義式進行計算。3.理解重力做功與重力勢能的變化的關(guān)系。4.知道重力勢能具有相對性。5.知道重力勢能是物體和地球系統(tǒng)所共有。設(shè)計意圖：給學生呈現(xiàn)學習目標，傳達對學習者表現(xiàn)的一種期望。使學生對本節(jié)課要學的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀有了初步的了解。知道學習的重點是什么？學習的難點是什么？如果不告知，學生設(shè)定的目標可能和教師心中的目標不一致，并可能導致錯誤的交流。告知學習者目標只需要很少時間，而且至少可以起到防止學生完全脫離軌道的目的。告知目標看來還是一種與一名好教師的率直和誠實相一致的行為。此外，陳述目標的行為可能有助于教師把教學維持在教學目標上。3.激活對習得的先決技能的回憶（復習舊知）教師：投影學生的學案，檢查學生復習舊知部分完成的情況。并對學生的答案進行更正。學生：拿出自己的學案，訂正學案上復習舊知部分的內(nèi)容?！駨土暸f知1．功的定義式：．2．功能關(guān)系：．設(shè)計意圖：就物理學習而言，大部分新學習是建立在學生已知內(nèi)容的基礎(chǔ)上。在學習時，這些先前獲得的技能必須能很容易地提取出來而成為學習事件的一部分。其實，這些內(nèi)容往往就是我們學習本節(jié)課內(nèi)容的先行組織者。4.提供預覽（自學課本）教師：引導學生互相欣賞對方畫出的本節(jié)課的知識結(jié)構(gòu)。學生：交換學案，相互欣賞?！褡詫W課本自主粗讀教材P63－67，感知學習目標，理清知識脈絡(luò)，畫出本節(jié)知識結(jié)構(gòu)。設(shè)計意圖；提供預覽就是將這節(jié)課的程序提供給學習者。教師可以用組塊的方式呈現(xiàn)概覽。也可以采用摘要的方式或提綱或圖式的方式來組織學習者預覽課的內(nèi)容與要求，使學習者對學習活動有一個預先的了解。對學習什么和如何學習什么有一個大體的了解。同時，在教師給學生提供預覽的同時，自己也明確了這節(jié)課將要進行教學的步驟，便于教師很好地把握課堂教學進度。5.呈現(xiàn)刺激材料（重力做的功）教師：當物體的高度發(fā)生變化時，重力要做功：物體下降時重力做正功；物體被舉高時重力做負功。因此，認識重力勢能不應脫離對重力做功的研究。學生：完成學案上情境1的內(nèi)容：情境1．重力做的功：⑴如圖，一個質(zhì)量為m的物體，從高度h1位置，豎直向下落到高度為h2的位置．計算這一過程中重力所做的功．⑵如圖，質(zhì)量為m的物體從高度h1的A點，沿著長為l傾斜的光滑的直線AB向下運動到高度h2的B點．計算這一過程中重力所做的功．⑶如圖，質(zhì)量為m的物體從高度h1處的A點沿曲線運動到高度h2的B點．計算這一過程中重力所做的功．設(shè)計意圖；這一事件的特定性質(zhì)是相對明顯的。將要呈現(xiàn)（或告知）給學生的刺激包含在能夠反映學習的行為表現(xiàn)中。刺激雖然看來很明顯，但適宜的刺激應作為教學事件的一部分而呈現(xiàn)這一點依然有某種程度的重要性。刺激呈現(xiàn)通常突出決定選擇性知覺的各種特征。6.提供學習指導（得出重力做功的特點）教師；引導學生觀察情境1中推導出的三個結(jié)論。學生：得出重力做功的特點。重力做功的特點：物體運動時，重力對物體所做的功只跟物體的始末位置有關(guān)，跟物體的運動路徑無關(guān)。設(shè)計意圖：學習指導的實質(zhì)是在學習者已知的內(nèi)容與所學內(nèi)容之間建立聯(lián)系過程中給學習者提供支持。在上一事件中，學習者只是接受所要學習的內(nèi)容；而在這一事件中，他們要為學習的內(nèi)容建立一種情境。學習指導的另一種名稱是提供支架。提供支架是對學習者可能做出的建構(gòu)的認知支持。這些交流和其它類似的交流具有學習指導的作用。注意，這些交流并不是告訴學生答案，而是指出了思路，這一思路有可能導致預期的下位概念的“組合”和新概念的形成。應當很明顯的是，這些問題和提示的具體形式和內(nèi)容是不能用確定的術(shù)語來表達的。確切地說，教師或教科書上講了什么并不重要，重要的是這些交流起到一種具體的“支架”作用。它們指明了思考的方向并有助于把學生維系在正確的軌道上。發(fā)揮這一作用時，他們有助于提高學習效率。學習指導的量，即問題的數(shù)量及其提供“直接或間接提示”的程度，將隨所學習技能的類型而明顯變化。一般情況下，很少的直接提示是合適的，因為這是發(fā)現(xiàn)答案的一種合乎邏輯的方式，而且這種發(fā)現(xiàn)所導致的學習要比告知答案所導致的學習更持久。學習指導這一事件要適應學習者的個別差異。對高焦慮學生來說，使用“低水平”提問（如慢慢來，你說說你是這么想的嗎？）的教學可能最受歡迎，而且有效；而低焦慮的學生則可能從有難度的挑戰(zhàn)或高水平的問題（如請你具體說說，如果木塊和小車一起做勻速直線運動，子彈打上后，結(jié)果會怎樣？）中受到積極的影響。在學習指導中使用的暗示或提示的量也因?qū)W生而異。某些學生比其他學生需要更少的學習指導，他們不過是“理解”得更快一些而已。過多的指導對學習較快者似乎是低估了他們的能力，而過少的指導又易于讓學習遲鈍者產(chǎn)生挫折感。對這個矛盾最實際的解決辦法有時可能使用一個提示就足夠了，但對學習較慢的學習者，可能要使用三個或四個提示才有幫助。提供這種適應性的學習，可以由課后輔導進一步提供。至于態(tài)度的學習，可以通過了解物理名人及其事跡來促進。7.引出行為表現(xiàn)（重力勢能的表達式）教師：看起來，物體所受的重力mg與它所處的位置的高度的乘積mgh，是一個具有特殊意義的物理量。學生：思考mgh這個物理量的特殊意義，得到mgh這個物理量的特殊意義在于它一方面與重力做的功的密切相關(guān)，另一方面它隨著高度的增加而增加，隨著質(zhì)量的增加而增加，恰好與重力勢能的基本特征一致。因此，我們把物理量mgh叫做物體的重力勢能。設(shè)計意圖；得到充分的學習指導后，學習者將能夠達到學習事件的內(nèi)部整合出現(xiàn)的那一點。他們看上去較少困惑，快樂之情溢于言表。他們現(xiàn)在理解了！在這一事件中，讓學生展示他們知道如何做。我們想讓他們不僅使我們，也使他們自己信服。8.提供或指導練習（重力做功與重力勢能的關(guān)系）教師：引導學生認識重力勢能的表達式，并引導學生完成情境2的內(nèi)容。推導重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系推導：學生：完成學案上情境2的內(nèi)容。情境2．重力做功與重力勢能的關(guān)系：⑴質(zhì)量m=的小球，從桌面上方高h1=的A點下落到地面上的B點，桌面離地面的高度h2=。計算小球在A點、B點的重力勢能，填寫下表。參考面A處重力勢能B處重力勢能桌面地面⑵有了重力勢能的表達式，寫出重力做功和重力勢能的關(guān)系式。設(shè)計意圖；指導學生進行練習，對未曾遇見的不同難度和不同情境下的實例能夠作出辨識。要求學生解釋類別，給出實例。我們可以運用學習策略，形成概念圖、類比、記憶術(shù)和其他各種圖示。9.提供學習結(jié)果的反饋（提供記憶術(shù)）教師：投影學生的學案，待學生達成共識后，投影幻燈片，提供記憶術(shù)：功正能虧，功負能增。學生：觀看投影，并表達自己的觀點。設(shè)計意圖：一旦學習者展示了正確的行為表現(xiàn)，就認為其中包含了必要的學習事件，這一假設(shè)是不正確的。我們必須清醒地意識到學習事件的后效及其對準確確定所學結(jié)果的重要影響。換句話說，至少要有反饋來證實學習者行為表現(xiàn)的正確性或正確的程度。在許多情況下，這種反饋是由事件本身提供的。例如當我們判斷運動是不是簡諧運動的時候，學生們做出了正確的解釋，老師就應該給予肯定和鼓勵。在反饋的措辭或傳遞方面，沒有標準的形式。在一個教案中，正確答案一般是印在該頁面的邊上或下一頁。即便是標準的物理教科書，習慣上也是把答案印在書的后面。當教師在觀察學生的行為表現(xiàn)時，反饋信息可以多種不同的方式傳遞——點頭、微笑或口頭說明。同樣，在這種情況下交流的重要特征不在其內(nèi)容而在其功能：給學生提供有關(guān)其行為表現(xiàn)是否正確的信息。但如果學習者的行為表現(xiàn)不正確，可能需要矯正性的反饋（或補救）。僅知道某人的行為表現(xiàn)不正確并不一定意味著他們知道如何改正它。10.測量行為表現(xiàn)（嘗試練習）教師：簡單回顧本節(jié)知識后，要求學生完成學案上嘗試練習的內(nèi)容。學生：自主完成學案上嘗試練習的內(nèi)容?！緡L試練習】1．沒有摩擦時物體由A沿直線運動到B，克服重力做的功是1J，則有摩擦時物體由A沿曲線運動到B，克服重力做的功大于1J．對嗎？為什么？2．質(zhì)量是100g的球從m的高處落到水平板上，又彈回到m的高度，在整個過程中重力對球所做的功為多少?球的重力勢能變化了多少?設(shè)計意圖；當合適的行為表現(xiàn)被引出來時，就直接標志著預期的學習已經(jīng)發(fā)生。實際上這就是對學習結(jié)果的測量。接受了這一點就會遇到更大的信度和效度問題，這兩個問題與測量學習結(jié)果或評價教學有效性的所有系統(tǒng)的努力有關(guān)。教師確信，觀察到的行為表現(xiàn)以真實的方式揭示了習得的性能。11.提供小結(jié)和回顧（投影本節(jié)課的知識）教師；回顧本節(jié)課學到了哪些重要的東西。指出學生在識別范型、分解問題和說明解決方案時存在的不足。學生：完善自己的筆記。12.促進保持和遷移（鞏固提升）教師：布置課后作業(yè)，并提示學生哪些地方要注意什么?！眷柟烫嵘?12Ah1．如圖所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地高h的A點滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道312AhA．沿軌道1滑下重力做功多B．沿軌道2滑下重力做功多C．沿軌道3滑下重力做功多D．沿三條軌道滑下重力做的功一樣多2．物體在運動過程中，克服重力做功為50J，則()A．重力做功為50JB．物體的重力勢能一定增加50JC．物體的動能一定減少50JD．重力做了50J的負功3003．質(zhì)量是50kg的人沿著長L=150m、傾角為30°300設(shè)計意圖：保持和遷移的促進僅止于布置作業(yè)嗎？此處，布置什么樣的作業(yè)以促進保持和遷移？筆者認為，這就是我們平時的布置作業(yè)階段。我們提示課后作業(yè)，告訴學生哪些是鞏固性的那些是遷移性的，建議學生根據(jù)自己的情況選擇性地去做。告知學生可以選作今天的作業(yè)，同時要提醒學生根據(jù)其他學科的作業(yè)情況，選擇性地做物理作業(yè)。告知學生哪些地方要警覺，哪些地方不要無端地做錯了。如果學生的作業(yè)有錯誤的話，那就是負面的強化。所以，我們要預先告知學生，學生就會避免。這樣才能起到鞏固、遷移的作用。打“預防針”針的方法，未必都是有效的，有時，學習者在“失誤”中醒悟，甚至墜入“陷阱”，更利于鞏固的遷移。老師花費30秒、花費一分鐘，學生可以節(jié)省3分鐘、30分鐘。附錄一：第4節(jié)重力勢能學習札【溫故知新】學習札●復習舊知1．功的定義式：．2．功能關(guān)系：．●自學課本自主粗讀教材P63－67，感知學習目標，理清知識脈絡(luò)，畫出本節(jié)知識結(jié)構(gòu)．【學習新知】●發(fā)現(xiàn)問題，尋求理解情境1．重力做功的功：如圖，為幼兒園的某一小朋友從某一高度沿不同的路徑回到地面的情景。我們將小朋友的運動過程簡化如下，分別計算這一過程中重力所做的功。⑴如圖，一個質(zhì)量為m的物體，從高度h1位置，豎直向下落到高度為h2的位置．⑵如圖，質(zhì)量為m的物體從高度h1的A點，沿著長為l傾斜的光滑的直線AB向下運動到高度h2的B點．⑶如圖，質(zhì)量為m的物體從高度h1處的A點沿曲線運動到高度h2的B點．學習札學習札●發(fā)現(xiàn)問題，尋求理解情境2．重力做功與重力勢能的關(guān)系：⑴質(zhì)量m=的小球，從桌面上方高h1=的A點下落到地面上的B點，桌面離地面的高度h2=。計算小球在A點、B點的重力勢能，填寫下表。參考面A處重力勢能B處重力勢能桌面地面⑵有了重力勢能的表達式，寫出重力做功和重力勢能的關(guān)系式?！緡L試練習】學習札1．沒有摩擦時物體由A沿直線運動到B，克服重力做的功是1J，則有摩擦時物體由A沿曲線運動到B，克服重力做的功大于1J．對嗎？為什么？學習札2．質(zhì)量是100g的球從m的高處落到水平板上，又彈回到m的高度，在整個過程中重力對球所做的功為多少?球的重力勢能變化了多少?【鞏固提升】1．312Ah如圖所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地高h的A點滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道312AhA．沿軌道1滑下重力做功多B．沿軌道2滑下重力做功多C．沿軌道3滑下重力做功多D．沿三條軌道滑下重力做的功一樣多2．物體在運動過程中，克服重力做功為50J，則()A．重力做功為50JB．物體的重力勢能一定增加50JC．物體的動能一定減少50JD．重力做了50J的負功3003．質(zhì)量是50kg的人沿著長L=150m、傾角為30°300八、教學反思從學生的認知規(guī)律上看：在教學設(shè)計上遵循學生的認知規(guī)律，遵循辯證唯物主義的認識論，使學生對重力勢能概念的建立和理解有一個從感性到理性，從定性到定量的過程，使學生