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动能定理教学设计及案例评析


动能定理教学设计及案例评析

翟厚岚

山东师范大学 教育硕士研究生导师

山东省青年物理教师教学研究会 学术委员会主任

山东师范大学附中 物理教研组组长

山东省齐鲁名师工程人选

山东省教师远程培训物理课程专家

张帆

山东师范大学附属中学 高级教师

山东省青年物理教师教学研究会

常务理事兼学术委员会委员

蔡建国

山东师范大学附中 高级教师

全国第二届创新大赛 一等奖

山东省优质课 一等奖

山东省青年物理教师教学研究会秘书长

蔡老师:各位老师,大家好!

在今天这一讲中,我们将以物理必修 II 中《动能定理》一课为例,继续探讨有关 物理规律教学中的科学探究问题。 同时重点谈一下科学探究中的模型研究法以及物理学 史在教学方案设计中的作用。

翟老师,张老师,在动能定理这节课的教学过程中,我曾阅读过新课程 4 个版本的 教科书,关于动能定理这节课,没有一个版本的讲法是一样的,动能定理这节课在教学 设计上为什么有这么大的差异呢?

翟老师:因为,教科书体现了教材编写者的指导思想,它是编写者在领会课程标准 要求之后给出的不同的教学思路。无论是哪个版本的教科书,其内容和深度都应该是依 据课程标准来确定的,但不同版本的教材渗透了教科书编写者对课程标准的领会。既有 对科学内容的把握,又结合了他们丰富的教学实践经验。实际上,教科书是编写者对教 学内容的一个再创造过程。所以同样的内容主题,在程度、要求、呈现方式、侧重点等 方面就出现了差异。

张帆:是的,所以我们在备课的时候,也认真研究了各种版本的教科书,通过理解 教材编写者对动能定理教学的设计意图, 试图挖掘出他们对这节课理解的一些共性的东 西,在这个基础上,力争设计出适合我们自己的教学方案。其实在五年课程改革教学实 践中,我们对动能定理这节课的教学思路也是经历了一个逐渐清晰明朗的认识过程。

蔡老师: 在今年 4 月份山东省教师培训跟进式在线指导时, 我浏览过教师们关于 《动 能定理》这节课专题研讨的帖子,其中的一些帖子确实反映了教师在这节课的备课和教 学实践过程中的一些真实想法和遇到的问题。

张帆:关于这节课的教学,我们去看看一线教师是怎么说的吧。

场外采访:一线教师教学中的疑惑

李成金:动能定理这节课,重点内容是探究恒力做功与物体动能变化的关系。在学 习这节课以前,还没有学习动能的定义。因此,就出现了两种教学方法,一个是在研究 动能定理表达式的过程中也在探究动能的意义; 还有一种做法是在动能定理规律的教学

之前先给出动能的概念,这样就能集中精力探究恒力做功与动能变化之间的关系,这两 种方案怎么处理比较好呢?

郭富强:动能定理的教学一般有两条线,一是数学推导得出这个动能定理表达式, 二是通过实验探究测量得出恒力的做的功与动能变化的关系。 而动能定理不是一个实验 定律,也就是说它不是从实验中得出来的规律,有的老师以前曾经对我用实验探究的方 法探究动能定理提出异议。可是,教科书上是这样要求用实验探究的。这个问题究竟应 该怎样处理呢?

课标学习,探讨四个问题

蔡老师:郭老师、李老师提的问题很有代表性,带着这些问题,我们先来看一下有 关《动能定理》这节课高中物理课程标准里是怎么写的。

高中物理课程标准中有关的内容标准

通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系。

理解动能和动能定理。

用动能定理解释生活和生产中的现象。

例:用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。

例:从牛顿第二定律导出动能定理。

活动建议:通过查找资料、访问有关部门,收集汽车刹车距离与车速关系的数据, 尝试用动能定理进行解释。

翟老师:上面从大家的交流中,我们了解了各种版本教材编写上存在着的差异,了 解了一线教师在教学实践中的困惑, 同时学习了动能定理这节课高中物理课程标准中的 内容标准,下面我们具体的谈一谈本节课教学内容的分析选择以及教学目标的设定。

从课程标准中我们可以看出,在动能定理这节课中,涉及到的主要内容有:动能的 概念、恒力做功与动能关系的实验探究、动能定理及其应用。这节课教师在教学设计中 首先需要解决的问题有:①实验探究在本节课教学中的作用是什么。②怎样设计动能概 念的教学。③实验探究与数学推导的关系是怎样的。④恒力做功与动能变化到动能定理 的过渡。下面我们通过分析教材、分析学生、回顾物理学史,谈一下如何解决这几个问 题。

教学设计中需要解决的问题

1. 实验探究在本节课教学中的作用是什么。

2. 怎样设计动能概念的教学。

3. 实验探究与数学推导的关系是怎样的。

4. 恒力做功与动能变化到动能定理结论的得出怎样设计。

我们先看一下第一个问题,实验探究恒力做功与动能变化关系的意义。前面我们介 绍过,物理定理是由理论演绎推理的结果,它的建立需要由事实证据来检验。因此,动 能定理这节课实验探究的意义是很明确的。因此,动能定理的学习应该安排学生探究实 验。

物理定理是由理论演绎推理的结果,它的建立需要由事实证据来检验。

蔡建国:那第 2 个问题,刚才李老师提到的关于动能的教学,在不同版本的教材中 也有所体现,比如,有的教材,在定性了解动能大小因素的基础上,直接给出了动能的 定义 1/2mv2, 有的教材, 是在实验的基础上, 结合理论推导, 探究了 1/2mv2 的物理意义, 从而给出了动能的定义,有的教材,在牛顿定律推导动能定理的过程中,讨论出了动能 的定义,有的教材,从功能关系入手,根据计算做功的多少找出动能的表达式。

张帆:对动能这个概念的要求,从课程标准来看重要的是理解。而如何能够使学生 理解这个概念,看来不同教材的编写者设计的过程是不一样的。但都在用不同的方式, 努力让学生理解这个概念。

翟老师: 其实, 动能概念的教学其意义不仅仅在了解动能与质量、 速度的平方有关, 在了解了动能概念在物理学史上的建立过程以后, 也就明白为什么有的教材通过举例定 性的分析的方法直接定义动能了。从物理学史中也了解到功的概念也是直接定义给出 的。因此,在教学上可以采用在分别给出功与动能的定义以后,学生可以把关注点集中 到物体做功与动能变化的研究上来。也就是说,并不是所有的概念都要通过探究才能够 教学的。

也只有当理解了物理学史中介绍的动能概念建立的意义以后, 才觉得先定义动能表 达式还是在动能定理表达式推导出来以后再指出 1/2mv2 描述的是动能, 已经不是那么重 要了,重要的是讲清楚动能概念的意义。下面我们来看一下物理学史上有关的资料。

张帆:恩格斯在《自然辩证法》中指出:“理论力学得出了活力这一概念,应用力 学得出了功这一概念,??以致许多年来都没有认识到这两个概念之间的相互联系,他 们最后采用 1/2mv2 作为二者的量度, 并不是因为对事情本质的了解,而是为了计算简 单的缘故。

翟老师:现在看来,就算是用牛顿定律通过恒力做功整理出动能定理的表达式,历 史上人们也不了解 1/2mv2 的意义是什么。只是看到了这样一个关系式而已。

恩格斯把这个原理表述为:能量转化与守恒定律。它把各种自然现象用定量的规律 联系起来,找到了各种现象的公共量度—能量,说明了不同形式在相互转化中有量的共 同性。也就是说,机械运动、热运动、电磁运动、化学运动等等,都不过是同一的运动 在不同条件下的各种特殊形式,它们在一定条件下可以相互转化,而不发生量上的任何 损耗。

事实上,19 世纪中叶,各种自然现象之间相互联系和转化的事实已被相继发现,以 一种相互联系的观点去观察自然,功和动能之间的关系的解释、概念的厘清,能量守恒 与转化定律的确立,都是当时自然科学的新成就,从哲学的层面揭示了它们的本质。

翟老师:阅读物理学史让我们了解到,动能概念的建立经历了 200 年的时间,动能 定理表达式的推导不是一件困难的事,而困难的是表达式中的 1/2mv2 的物理意义是什 么,以及 1/2mv2 能用来描述物体做功与能量之间的变化,建立这样一个概念才是理论体 系中一件非常困难的事情。它要通过实验证明 1/2mv2 能够表达做功与能量变化的关系。 才能做出动能的定义。而不是表达式出来了,就能定义动能的概念了。

如果我们试图在导出表达式以后再说这是动能,其差别其实不是太大,这个老师们 可以根据自己的理解设计这一段的教学。换句话说,重点不是让大家去推导出哪个表达 式是动能,而是要让学生理解动能 1/2mv2 能够描述做功与能量之间的变化关系 。这也 是我们想在这里介绍物理学史能够帮助教师理解并选择教材内容、 制定教学方案的意义 所在。

3. 实验探究与数学推导的关系是怎样的。谈建模

蔡建国:下面我们讨论第 3 个问题是实验探究与数学推导的关系是怎样的。

刚才郭老师还提到一个问题,就是实验与数学推导两条线教学的选择问题。把实验 探究放在动能定理的理论推导之前,还是放在之后的问题。

张帆:对实验探究与数学推导的关系我们回到课程标准看看。

高中物理课程标准中有关的内容标准

通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系。

理解动能和动能定理。

用动能定理解释生活和生产中的现象。

例:用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。

例:从牛顿第二定律导出动能定理。

活动建议:通过查找资料、访问有关部门,收集汽车刹车距离与车速关系的数据, 尝试用动能定理进行解释。

我们看到:标准上举例 1:用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变 化的关系。

举例 2:从牛顿第二定律导出动能定理。即:教学建议里实验、推导两种方式都有。 但并没有先后顺序上的要求。

翟老师:我觉得有必要介绍一下科学研究中的建模问题。动能定理这节课是一节非 常典型的综合性的科学探究课例,它不同于前面分析过的《摩擦力》、《力的合成》两 节课,那两节课是科学探究中以实验方式为主的探究课例,而动能定理中的科学探究是 把数学推导、实验论证及抽象思维高度结合在一起的,用牛顿第二定律的推导与实验探 究的结合才能构建动能定理的模型,这是这节课的一个难点,也是我们通过两轮的教学 实践才悟出来的,当建立了有关动能定理的模型以后,很多困惑都迎刃而解了。

蔡老师:这里翟老师提出了动能定理的模型,这好像和我们平时所说的模型不太一 样啊,比如说到模型,我们首先想到的是像质点啊,点电荷啊这类模型。这里动能定理 的模型该怎么理解呢?

翟老师:为了说明这个问题,我们先来看一下美国国家科学教育标准中关于模型的 定义:





模型是与真实物体、单一事件或一类事件对应的而且具有解释力的试探性 体系或结构。 模型可以帮助科学家和工程师了解事物的运作方式。 模型有很多形式,包括物理物体、计划、思维构造物、数学方程式和计算 机模拟。
翟老师: 模型不仅可以是一个与真实物体对应的物理物体,象质点、点电荷等模 型,还可以是一个有一定数学推导与实验测量高度结合在一起的一个思维构造物,像弹 簧振子模型,不能简单理解为一个轻弹簧和一个质点的简单组合,它仅仅是模型中的一 个物体,其中还包含一个反映其运动规律的经过实验检验的数学表达式,再比如卫星运 行模型,也不能简单的理解为一个质点,还应该包括能描述其圆周运动规律的数学表达 式。

张帆:关于建模思想和科学研究中的物理模型的研究方法问题,我们采访了山东师 范大学物理与电子科学学院院长、博士生导师王传魁教授。

采访:专业人士对模型的运用。

蔡老师: 这样看来, 建立这样的物理模型的意义在于, 实际物体运动情况比较复杂, 使得我们研究起来困难很大,所以在探究动能定理时,就有必要通过建立物理模型来实 现,建模的主要目的是抓住主要矛盾,忽略次要因素。有了这种建立模型的思想之后, 在动能定理的探究过程中, 就应该在实验探究中包含了理论推导和实验测量与检验两部 分内容了。

张帆:从建模的角度来看,本节课中的探究实验应该是建立模型过程中不可或缺的 一个环节,它的作用应该是对模型中数学表达式的一种检验,有了这样的认识之后,实 验探究是放到恒力做功与动能变化关系的理论推导之前或者之后, 似乎就不是那么重要 了。

翟老师:是这样的,当我们回顾了物理学史以后,觉得通过牛顿第二定律推导出动 能定理的表达式并不困难,但是表达式所揭示的物理意义却并不清楚,因此也就生成了 要探究的问题。 在这里实验研究所要探究的是: 表达式中的各个物理量是不是可以测量, 怎么测,然后通过实验求证他们是否满足像表达式中所表达的关系,其实最重要的是要 通过大量的实例,让学生理解做功与动能转化之间的物理意义。

张帆:在推出了恒力做功与动能变化的关系并进行了实验探究之后,为了最终能完 善动能定理这个模型,我们还需要做哪些工作?

蔡老师:那应该是用具体实验创设情境,然后抽象出能够描述这个物体运动过程的 物理模型然后对模型进行研究。

翟老师:为什么要做一个实验呢?这是因为,实验情境与自然世界的情境不同,实 验情境具有典型性和简约性,它忽略了无关因素,突出了所要探究的因素,它渗透着某 种理论假设,是把客观的自然世界中的现象 对象化、使其成为探究的对象,并为探究 服务。建模之后,就生成了要探究的物理问题,科学探究中的问题是指可能寻求到答案 的物理问题。在这里,就是要研究表达式中对物体所做的功与动能变化之间的关系,这 个问题必须以物理语言重新描述,并与实验情境相结合,形成一个科学问题。

蔡老师:我们对实验在本节课中的作用应该有了一个新的认识。那么,我们在研究 了恒力做功和动能变化的关系实验之后,是不是就可以得出动能定理了呢?

张帆:还不能这样理解。课程标准中提出“通过实验,探究恒力做功与物体动能变 化的关系。”值得注意的是探究恒力做功与物体动能变化的关系,并没有说通过实验来 探究动能定理,恒力做功与动能变化的关系只是动能定理中反映出的一个特例,它离动 能定理还是有一段距离的, 这仅仅是为探究动能定理做的第一步工作, 这是我们的理解。 那么,这个实验探究,在动能定理这节课中的作用究竟是什么?它和动能定理的教学究 竟是一种什么关系?

翟老师:恒力做功与动能变化的关系,只是动能定理所对应的在恒力作用下这种特 殊情况下的功和动能之间的关系,不能代表具有普遍性的动能定理。我们需要在这个基 础之上,使模型得到不断的完善,越来越接近动能定理的最终模型,就应该采用控制变

量的研究方法,不断的增加变量,不断地通过实验与理论推导,一步步的使模型变得更 加接近动能定理所描述的,最终才能得到动能定理的结论。

张老师:也就是说,在这节课中,关于恒力做功与动能变化关系的研究,它是来自 一个具体的实际过程,同时又指向了动能定理,起到了一个承上启下的桥梁作用。

翟老师:对。在研究了恒力做功与动能变化的关系之后,要继续给学生创造新的情 景,不断改变物体的受力情况,增加受力个数,研究各种做功及动能转化之间的关系, 使学生认识问题的层次逐步递进, 最终认识到: 是合外力做功与动能改变量之间的关系, 从而,得到动能定理这个结论。我们来看一下关于模型与科学研究的进一步解释。

“学生探究活动的最终目的应该是构建一种解释方案或者是建立一个模型”。

“科学解释就是把现有的科学知识和来自观察、 实验或者模型的新证据组合成具有 内在已知的、符合逻辑的说明。或者说,科学解释就是用科学的概念框架解释、说明事 物的含义原因。

关于用动能定理课的教学目标及整体设计

蔡老师:刚才就动能定理这节课,我们依据课标的要求,讨论了关于实验探究在定 理研究中的作用、动能概念的教学设计、模型在科学研究中的建构、在模型的基础上不 断增加变量研究了做功与动能变化关系,这四个重点问题。根据我们的理解, 设定了 如下的教学目标:

知识与技能

1、理解动能的概念;

2、知道动能的定义式,会用动能的定义式进行计算;

3、理解动能定理及其推导过程,知道动能定理的适用范围。

过程与方法

1、建立物理模型的方法,学会用物理模型来解决生活问题

2、运用演绎推导方式推导动能定理的表达式。

3、通过实验研究恒力做功与动能变化的关系。

3、理论联系实际,培养学生分析问题的能力。

情感态度和价值观

通过动能的得出和动能定理的推导与实验探究,培养学生的科学素养。

张帆: 下面我们先来看一下关于探究动能和动能定理实验探究教学的一个整体设计 方案。

1. 创设情景,提出问题,说明在研究有些问题时牛顿定律是比较困难的,从而引 出本节课的研究主题:探究做功与能量变化的关系

2. 通过对汽车启动实例的定性分析,建立物理模型,并进行定量研究

3. 探究动能的物理意义,以及对动能概念的进一步理解

4. 做功与动能变化的深入研究

5. 动能定理的得出

6. 动能定理的应用

事件 5 张老师:首先我们来看一下第一个教学环节的教学片段

播放第一段教学片段

蔡老师:在这个环节中,为探究动能的定义,我们创设了一个运动的情景,设计这 个情景的目的之一是,我们要使学生意识到,牛顿定律解决绝大部分机械运动还是比较 方便的,但在解决有些机械运动特别是含有其他运动形式,比如热运动时会不方便,也

让学生了解了研究动能和动能定理的目的。目的之二,为后来从牛顿定律到恒力做功与 动能变化关系的数学表达式的变形做好了铺垫,为这种变形提供了灵感,使得这种变化 更加自然。

翟老师: 可以看出,这段设计中的实例也是精心设计的,第一个是动力功使物体 的动能增加的运动;第二个是动能全部转化成内能;第三个是子弹出枪膛化学能转化为 动能。这三个情境可以让学生经过分析,进入教师设定的情景,从而明确我们今天要探 究的问题是与动能的转化有关系的。

张帆:归纳起来说:第一个环节的目的是:创设情景,提出问题。下面我们看一下 有关建模的第二段教学片段。

播放第二段教学片段

蔡老师:第二阶段是从汽车启动这个实例出发,经过简化从中抽象出第一个简单模 型,就是只在恒力作用下做匀加速直线运动的质点,利用牛顿定律,通过对这个运动的 研究,得到了他所遵循的数学表达式,同时,再利用实际的汽车启动过程,对其遵循的 规律进行检验,结果若是符合实际情况的,这个表达式就能够描述物体的运动规律。

翟老师:在这个教学环节中,蔡老师充分展示了建模的物理过程:

1.创设情景实验

2.建立运动物理的实体模型

3.减少变量

4.用牛顿定律描述物体的运动规律

5.建立一个描述水平运动物体的具有一定数学规律的与实验测量高度结合在一起 的一个物理模型。

我们在教学中要注重培养学生对实际问题物理过程的分析, 养成建立模型解决问题 的良好习惯,学会利用建模的方法研究物理问题。这样,学生在遇到新类型的问题时, 就能自己建模并解答问题,这样会提高学生理论联系实际的能力。

张帆:其次,使学生尽量运用建模的方法来分析解决问题也是跳出“题海战术”的 误区、解决时间紧任务重的有效方法之一。另外有些问题也绝对不是靠简单的死记硬背 书本知识和套用物理公式就能解决的,往往需要借助建模才能方便地解决。当然,在解 决实际问题的过程中,学生的建模能力也将得到进一步地训练和发展。

蔡老师:在有了这个模型的基础上,通过引导学生思考、分析表达式中的 FS 的意 义,进而给出动能的定义,请大家看第三部分动能意义的课堂教学片段。

播放第三段、播放第四段教学片段

蔡老师:在这个环节中,通过对所建立的模型的数学表达式的分析,引导学生发现 与能量相关的物理量,这就是 FS,并通过对汽车启动实例的分析,知道做功与能量变化 的关系,进而找到动能的意义,给出动能的定义,为了使学生能够理解动能的意义,进 一步从做功与动能变化的关系出发理解动能的单位和标量。

张帆:看来蔡老师在给出动能这个环节中,是从模型的数学推导中,结合举例给出 动能的定义,这里面暗含了功能关系的因素。为后面分析动能定理的本质也起到了一个 铺垫的作用。

翟老师:这个环节中,如果直接通过定性的实例分析,再给出动能的概念,事实上 在教学上是降低了难度,通过一些实际的情景让学生去体会动能的意义,同样可以达到 理解动能与物体的质量、速度的平方有关的目的。

那样处理,就很容易直接探究做功与动能之间变化关系。学完动能定理以后,经过 老师适当的点拨,也可以帮助学生进一步理解动能的概念。

蔡老师:给出动能的概念后,下一环节就将进入动能定理的教学了,请看视频

播放第五段、第六段教学片段

张帆:可以看出,刚才蔡老师在这一段设计中,体现了前面翟老师所提到的,通过 不断改变变量,使模型不断升华,从而使这个模型逐渐靠近动能定理,进而得到动能定 理。

蔡老师:确实也是这样考虑的,因为单独一个恒力做功与动能变化的关系,不能等 同与动能定理,所以需要,逐步深化,将模型由一个力到多个力,由只有动力做功到含 有阻力做功,由正功到负功,使学生逐渐认识最终的模型应该是合外力做功与动能变化 的关系。

翟老师:这里不断增加变量的研究方法,其意义不仅仅在于我们设计了有摩擦和无 摩擦两种情况的探究实验,更主要的目的是让学生了解,一个实验结论的得出,远不是 象完成一组实验就可以得出结论那么简单,需要不断增加变量分析各种情况,并且收集 更多的证据,才能够得出结论。

学生分组测量的这个教学环节中,蔡老师也注意到了在设计实验方案、测量哪些物 理量、怎样测量等问题时都介绍的比较清楚,并重点介绍了测量拉力方法的改进,使学 生不仅知道了要测量哪些物理量, 还了解了通过这套传感器的实验仪器是怎样实现测量 拉力的。这样以后学生也能够自己设计改进实验方案了。

张帆:这个实验中需要测量的物理量比较多,有:质量、初速度、末速度、位移、 拉力,如果用传统的仪器是可以完成这个实验的,但是,课上我们要用大量的时间进行 数学运算,完成表达式的两边测量结果相等的任务。而采用了传感器并经过计算机的计 算,就可以很快处理完数据,把精力放到实验探究的过程上来。

我发现,在改变变量的过程中,没有涉及到变力做功,是什么原因呢?

蔡老师:把变力做功纳入到变量的一种情况,当然是好,但是考虑到高中阶段变力 做功比较难研究,取证上也比较困难,所以把该环节略掉,放到了动能定理得出之后, 侧重让学生运用动能定理解决变力做功问题。

张帆:由此看来,动能定理结论的得出,也还是不能把所有的情况都探究以后才得 出定律。

翟老师: 其实,这个环节把问题倒过来,得出结论后,提出变力做功问题让学生 思考,学生会发现,在用动能定理解决变力做功的问题时,完全可以用初、末两个状态 量的变化即动能的变化来计算。 这样就学会了另外一种除了牛顿定律以外的解决这类问 题的新方法。

其实通过物理学史的回顾,我们应该进一步认识到,物体模型第一步水平恒力做功 能量只是在机械能之间变化,并没有发生质的改变。而当汽车减速,把动能转化为内能 以后,能的性质发生了质的转化,因此,正像恩格斯认为运动的不灭不能仅仅从数量上 去把握,而且还必须从质的转化上去理解。它在《反杜林论》中指出:

“如果说,新发现的、伟大的运动基本规律,十年前还仅仅概括为能量守恒定律, 仅仅概括为运动不生不灭这种表述, 就是说仅仅从量的方面概括它, 那么, 这种狭隘的、 消极的表述日益被那种关于能的转化的积极的表述所代替,在这里,过程的质的内容第 一次获得了自己的权利。

恩格斯指出,在不发生机械运动“消失”而产生其他形式的运动的情况下(如简单 机械平衡条件下的运动传递,完全弹性碰撞)运动的传递和变化都可以用动量 mv 去量 度。当发生机械运动的“消失”而其他形式的运动产生,即机械能和其他形式的能(包 括势能、热能、电磁能、化学能)相互转化的过程,在所有这些情况下,都应以 1/2mv2 去量度。

在这里,我想这个设计应该是想 着重强调做功使动能转化成为其他性质的能了。

张帆:按照课程标准的要求,还要用动能定理解释生活和生产中的现象。作为一线 教师,得出动能定理之后,下一环节一般就是用动能定理来解题,会忽略用它来解释生 产生活中的物理现象,关于这一点,在课堂上,蔡老师是怎么解决的呢?

蔡老师:我认为,课程标准中所说的,用动能定理解释生活和生产中的现象,重在 理解动能定理所反映出来的本质问题,这就是能量转化问题,不仅仅是一种数学关系, 如果,忽视这一点,重在解题训练,对学生理解动能定理的本质问题是不利的,那只是 一种数学关系的套用。所以我认为,在得出动能定理之后,还是先让学生用动能定理解

释生活和生产中的现象,初步认识其本质,然后再进行适当的定量运算,把动能定理的 模型应用到实际生活中去, 再次加深对动能定理的认识, 这样做的效果可能会更好一些。

在这个环节上,我是这样设计的,请看教学片段

播放第七段教学片段

张帆:看了这一段之后,我感觉,在应用这一阶段,学生在分析现象时,侧重点放 在了分析做功与动能变化的关系上,没有深入探讨出能定理所包含的本质,也就是能量 转化问题,与刚才蔡老师所说的有所偏离。

后面的实验很不错,它其实是我们在习题中经常遇见的一个模型,在这里让学生亲 自动手体验、测量,并利用所学知识来解释这个物理过程、计算相关的物理量,学生既 有一种成就感,又加深了对动能定理的理解,今后再解决此类过程的相关问题时就会变 的游刃有余。

蔡老师:我在课后的教学反思中也发现了这个问题,就是在对动能定理本质的挖掘 上,做的不够,与教学设计有一定的差距。这一点在今后教学中需要改进的地方。

翟老师:这个环节还可以这么理解,是否有意识的培养学生用动能定理去解释生产 生活现象,对于学生科学素养的培养至关重要的。

通过本节课的学习,我们试图通过物理学史的回顾,帮助教师理解有关动能、动能 定理揭示的有关做功与动能变化之间关系的本质。

如果我们把教科书中的物理规律看作是物理科学发展的历史留给后人的精神文化 传承物,我们就不会把“发现”物理规律作为科学探究的目标,而是探究物理规律的意 义,当学生经历了物理实验过程,观察了实验现象,建立了物理模型,测量了各种参量 的数据,这种体验就会改变学生理解规律的处境,并产生自己创造性的理解,而且,每 个人会有不同的理解。因此,这样的科学探究的研究对学生来说是很有意义的。

学习物理规律也可以反过来促进对事实的理解。在探究物理规律的过程中,实验中 变量之间的关系更加清晰,影响实验测量精度的因素得到控制,实验事实和实验结果也 被描述得更加确切,促进了学生对事实的理解。

“科学课程”中,推行“依据证据的解释”。在高中物理课程中,科学解释要求运 用定律、定理、理论、模型等更多的科学知识、逻辑证据、深入的分析,并更加清楚的 展示逻辑、证据及物理规律和理论知识之间的关系。就像动能定理这一节课,我们经历 了创设情境实验、建立物理实体模型、实验获得证据、数学推理与实验结论的结合,建 立了研究问题的模型,并不断增加变量,使其逐渐接近动能定理的内容。因此,在物理 课程中,对科学解释提出了更高的要求,既有对物理现象及过程定律的解释,还有对物 理规律及模型的解释。

这个教学案例与真实的课堂教学是会有一定的距离的, 我们今天的讨论试图是对一 个比较复杂的科学探究的问题进行尝试性的研究, 主要是科学探究思想方法上的一次尝 试。

蔡建国:希望老师们通过今天的探讨,能有一定的收获,谢谢两位嘉宾,谢谢大家。


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动能动能定理(课题)-教学设计

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动能和动能定理的教学设计

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《动能定理的应用》教学设计

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