高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计

《探究加速度与力、质量的关系》教学设计

山东省平阴县第一中学　严中格

　　在新教材教学中，新课标要求我们改变过去过分强调知识传授的倾向，注重科学探究精神，让学生亲自经历科学探究过程，学习科学研究的方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。“探究式教学”是实现其作用的很好的教学方法，加之物理学科的特点，“探究式教学”理应受到我们物理教师的青睐。可一些习惯于旧的传授式教学的老师，一时难以转变教学模式，不知如何操作，改革的浪潮又推着你必须前进，因此倍感苦恼；又因“探究式教学”操作过程调控难度大，更让一些教师感到力不从心。笔者这几年一直在进行这方面的尝试探究（我校物理组一直在进行《引导发现尝试探究》的课题研究），小有收获，在具体操作“探究式教学”的过程中感觉还算比较顺手。下面就我上过的高一物理必修1第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》一堂公开课，谈谈我对这节探究课的大概设计思路和课后的反思体会。

 　　一、教学设计

 　　1．吃透新课标精神，领悟教材教学意图，确立三维一体的目标

　　新课标较原有的教学大纲更注重对学生动手能力、探索能力、自己总结观察现象的能力的培养，以本节课为例，以前是验证牛顿第二定律，注重的是知识的再现，而现在变为探究，注重的是问题的提出与发现。本节课以实验的形式出现，不仅锻炼学生的动手能力，更重要的是如何设计实验，如何提出问题，以及如何操作，如何进行数据处理，分析并得出实验结果，这些才是现代中学生最应该掌握的方法和技巧。至于学生自己设计的方案不管是否符合要求，不管实验后能否得出正确的结论，都要加以鼓励，因为学生在设计和实际操作中的亲身体验才是最重要的。因此，本节课的三维目标制定如下：

 　　【三维目标】

 　　（一）知识与技能

　　·理解物体运动状态的变化的快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。

 　　·通过实验探究加速度与力的定量关系。

 　　（意图：加速度与质量的定量关系下一课时探究，实践证明1课时45分钟根本无法探究2个问题，若调成2课时合上，又给学校正常的教学秩序带来不便，所以建议分2课时探究。）

 　　·培养学生动手操作能力。

 　　（二）过程与方法

　　·指导学生定量的探究加速度和力、物体质量的关系。知道用控制变量法进行实验。

　　·学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验。

　　·对实验数据进行处理，看能得出什么结论。

　　（三）情感、态度与价值观

　　·通过实验探究，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度。

　　·通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。

　　·培养学生的团队合作精神。

　　【教学重点】

　　控制变量法的使用。

　　如何提出实验方案并使实验方案合理可行。

　　实验数据的分析与处理。

　　【教学难点】

　　如何提出实验方案并使实验方案合理可行。

　　实验数据的分析与处理。

　　2．充分准备教学器材，让更多的学生参与

　　本节课学生可能会设计出各种可行或不可行的实验方案，因此要尽可能的多准备、多提供一些实验室已有的器材，加上学生自备的，以便供学生选用，可提供下列器材：

　　【教具准备】

　　多媒体课件，小车，一端带定滑轮的长木板，带小盘的细线，砝码（规格：10g、20g、30g、40g，用作牵引小车的力），钩码（50g）4个（用来改变小车的质量），打点计时器（套数：够全班4人一组用的，一般学校都应该有这样的器材），纸带，课本P78图4．2-5的实验器材2套，气垫导轨1套，刻度尺，秒表，计算机等。

　　3．教学内容的组织要得当

　　（1）首先要符合课程标准的基本要求，更要贴近绝大多数学生的认识水平。本节课探究加速度与力的关系，学生已探究过小车速度随时间变化的规律，已具有了利用打点计时器测小车加速度的基本技能和方法，所以为大部分学生准备了足够的“利用打点计时器探究小车加速度与力关系”的实验器材。

　　（2）其次要紧跟上现代科学技术、社会生活的发展水平。本次探究为学生提供了气垫导轨1套，利用光电门测速研究，更具有利用先进设备研究问题的现代研究特色。

　　（3）再则还要留给教师开发拓展教学内容和学生在一定范围内选择学习内容的空间。本次探究也为学生提供了课本P78图4．2-5的实验器材2套，此套方案虽不直接测出加速度，但利用“比较”的研究方法，不同于用打点计时器测出加速度，绘出a-F图研究的方法，这样给学生自主选择的空间，学生更有主人翁的意识积极主动地参与研究，也便于培养学生的发散思维，领悟用不同的方案、不同的方法研究，殊途同归。

　　4．教学方式方法选择要贴切，运用要有科学性、艺术性

　　以自主（自主设计方案、自主选择器材）、合作（四人一组协作）、探究为原则，注意结合学生和教材的特点选择不同的教学方法，以达到激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性，让学生饶有兴趣地参与到教学的全过程中来，经过自己的思维活动和动手操作获得知识的目的，从而体验到科学探究的全过程、其中的乐趣和成功感。

　　【教学过程】

　　根据以上原则，制定如下大体教学过程。

　　1）设置情景，提出问题，引入新课，引起学生学习兴趣。

　　多媒体模拟货车空载与满载起动情况，视频播放赛车起动情况。

　　问题1：想想看，加速度的大小可能与什么因数有关？

　　学生直接回答或分组定性讨论再作回答（灵活机智，看学生情况而定）

　　问题2：研究一个量与多个量之间关系时，采用什么方法研究？以前遇到过这种方法吗？

　　（根据学生的回答，点出重要的研究方法──控制变量法，并引出本节课的探究课题）

　　问题3：控制变量法的具体步骤？控制什么？研究什么？

　　（教师点出：因时间关系，本节课先探究加速度与力的关系）

　　2）引导学生设计探究方案。

　　提示问题：需要测哪些物理量？需要用到什么器材？根据你课前预习准备情况，小组讨论、交流，并汇总设计的方案，派代表向全班同学汇报。

　　（笔者认为这样的多方案探究，应让学生课前预习，自主设计比较好，否则课上现场设计，方案是否成熟，是否可行在其次，关键是学生对要研究的问题缺乏足够的思考，自然对其他同学提出的方案也就很难产生共鸣并发表自己的意见，对多种方案的领悟也就比较肤浅。当然，学生的基础好，能力高，亦可现场设计。）

　　3）小组代表汇报方案，教师引导学生分析其可行性，点出不同方案中具体操作步骤中的关键处。

　　方案（1）：试图用秒表，刻度尺测出静止的小车释放一段时间后的位移，求出加速度，改变合外力，得出a-F图象。

　　（不妥之处？测的“时间”误差太大）

　　方案（2）：利用打点计时器测出小车在不同合外力下产生的加速度，绘出a-F图象。

　　（关键处点拨：小盘与砝码的重力何时可看作小车受的外力？

　　木板一端稍作垫高，使小车匀速滑下，此时小车受的合力是多大？

　　提醒1：小盘与砝码的质量应远小于小车的质量，理由以后再作说明。提醒2：操作中的共同协作，打出的四条纸带每人处理一条。）

　　方案（3）：根据课本上参考案例，利用P78图4．2-5的实验器材，测出质量相同的两列小车，在不同合外力作用下，相同时间内，发生的位移，看位移之比和合外力之比情况。

　　（关键处点拨：位移之比为何等于加速度之比？如何设计表格？研究方法与方案（2）有何不同？）

　　方案（4）：用气垫导轨，利用光电门测小车不同位置时的速度，记录的时间填入表格，输入电脑，电脑处理并绘出a-F图象。

　　（此套方案根据学生的情况，可安排师生协作作最后的演示）

　　4）各小组根据自己设计出来的方案（主要是方案（2）和方案（3）），选择器材进行实验，老师巡回指导，参与到各小组的实验中。根据不同小组的情况，给予不同的指导。

　　小组安排：设置四个学生用一套器材，而不是两人一套

　　（有利于学生在实验中互相交流与合作，培养四人小组中每个学生的团体合作和竞争精神。有利于老师关注到更多学生，包括一些学习有困难的学生。有利于分层教学、因材施教。合作好，可有效利用时间。）

　　5）让小组代表汇报探究成果，无论方案（2）得到的a-F图线是否过原点，方案（3）得到的a1/a2与F1/F2的值是否相等，老师都应给予鼓励性的评价，侧重对学生实验过程以及和其他同学合作交流情况的评价。

　　6）学生自由提问，说出实验中还发现的问题以及遇到的困难。师生共同探讨，帮助解决。

　　（方案（2）中出现下列图线的原因？并让同学们观察：出现下列图线对应小组所垫的木板高度是否恰到好处平衡掉摩擦力，即观察小车是否匀速下滑？）

　　（方案（3）中发现滑动距离较大时，误差较大。原因？）

　　7）师生共同协作演示方案（4），利用电脑处理数据，实验结果比较精确，分析得出结论：物体的质量一定时，物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，且加速度的方向与合外力的方向一致。（本演示意图：只让学生感知利用现代科技手段的方便之处、精确之处，对于学生用现有的器材亲自动手实验所得的结论（虽有偏差）不能加以否定。至于如何用“数据处理软件”处理实验中得到的数据？让同学们课后讨论。激发他们求知的欲望。）

　　【小结并布置作业】

　　1．完成实验报告。

　　2．设计“探究加速度与质量关系”方案。

　　3．思考如何进行数据处理？

　　二、教后反思与体会

　　新课标倡导探究式学习方式，首先摆在我们一线教师面前的问题是（1）如何认识“探究式教学”？（2）怎样摆正好教师在探究式教学中所处的位置？怎样“引导”学生一步步“自主”探究获得知识？“越俎代庖式”还是“放羊式”？建立怎样的师生关系？（3）怎样把握好时间问题？一节课主要探究什么？探究多长时间？全过程探究吗？（4）如何控制场面？（5）如何评价学生？

　　1．认识问题：学生一次小小的体验，受益终身

　　一些教师忙于“应试教育”，习惯“题海战”，习惯“灌输式”，认为这样，一节课可灌输很多知识，讲很多题目，而“探究式教学”一节课能得到的知识相对少得多，甚至感觉浪费了时间。殊不知，从内容形式上看是少了些，但这“小小的获得”可是学生亲身体验得来，将终身不忘。“体验”是每个学生成长过程所必需的，学生只有在参与中深刻体验成功，体验挫折，体验合作，体验质疑，体验挑战，才能健康成长。科学探究教学模式正是为每个学生提供了平等“参与”的机会，通过“体验”促进学生的健康成长，以便更好地适应现代社会对人才发展的需要。学生发展的同时也促进了教师和整个教学的发展，在学生的探究过程中，学生提出了很多具有建设性的问题。“探究式教学”提高了学生的动手能力、自己总结观察现象的能力、探索能力。更重要的是通过实验探究激发了学生的求知欲和创新精神。这些岂是灌输式所能达到的？况且你的大量灌输，学生又能吸收多少？我认为我们的老师应该提高认识，本着对学生终身发展负责态度，积极投身到课改行列，积极参与“探究式教学”。几年的实践证明，我们所带的参与课改的班级，在高考中学科成绩非但不低，反而取得了非常优异的成绩。

　　2．角色问题：教师是组织者、引导者、评价者；师生互动、民主平等

　　1）在探究式教学中，教师应该转变角色，不应一包到底，切不可“越俎代庖”。要相信学生的能力，要大胆放给学生去探究，完全解除教师的“指挥棒”，让学生在“实验课题”的统领下，以自己的方式、自己的习惯、自己的情感和自己的认知规律去探索、去研究、去发现、去感悟、去体验，得出合理的物理结论。教师可与学生一起实验探究，但不要把自己的观点强加给学生。当然也不能“放羊式”，不闻不问，不顾学生的基础，没有目标，没有点拨，这样学生势必难以探究。

　　教师的“引导探究”，首先要运用多媒体、小体验等各种教学手段创设物理情境，点燃学生探究新知的欲望；其次要根据学生的基础、认知水平点拨其思考：探究什么？方向？途径？收集与处理？高一的起始探究要多引导，以后可逐步放手。

　　2）建立新型的师生关系，实现从师道尊严到民主平等角色的转换，确立民主平等的师生关系。

　　“探究式教学”体现以人为本，给学生创造体验成功的机会，力图让学生轻松活泼、自由地学。让每一个学生都能看到希望，每一个学生都能学好。营造一个生动活泼、师生互动的教学氛围，使教师、学生之间形成良性互动，彼此形成学习共同体；营建一个允许质疑、讨论、探索的公平竞争环境。在民主的环境下，师生之间可以平等对话，教师对学生的行为给予客观的评价，只有这样才能有效的培养学生的创新才能。心理学上著名的“罗森塔尔效应”表明：来自教师的理解、宽容和期待，良好的师生关系有利于创造热情和激发学生的荣誉感、自尊心、进取心的培养，能把学生原有的一点创造思维火花燃成永不熄灭的熊熊烈火。

　　3）时间问题：探究要有主次，进行有效探究；课前、课上相结合，灵活处理教学内容，有效利用时间。

　　学生活动本身就很耗时间，再加上学生这么大面积地进行科学探究活动，时间变成了突出问题。课堂45分钟，已经无法满足科学探究的需要。要给学生充分活动的时间，要进行大面积完整的探究活动，两堂课连上当然比较合适。但大多数学校一般不能连排，老师应随机应变，灵活地根据《课程标准》来调整教学内容和教学进度。要能根据不同班的具体情况来安排教学环节，探究的内容不能过多，主要探究什么？（并非每个问题都要让学生逐个探究）对于难度较大的探究课题，为了能在给定的时间内完成探究活动，可课前给学生布置任务进行预习准备，可课前让学生进实验室认识器材、选择器材、熟悉器材。本案例的处理是：（一）探究内容减半，（二）采用课前设计方案、选择并熟悉器材、通过作业练习“纸带处理求加速度”问题，这样大大推进了课堂探究的进程，将有充足的时间进行这节课必须进行的探究环节：交流方案、自主探究、汇报成果、综合评价。笔者认为：探究的结果可以有出入，但探究的时间要充足，过程要尽量完整，否则匆匆探究，草草收场，只能流于形式，达不到探究的目的。办法在人想，时间不应成“问题”。

　　4．控制问题：加强纪律教育，加强理论修养

　　在这种教学模式中，教师是引导者，组织者。就算教师准备非常充分，也难免会经常发生一些意外。再加上五六十人一班，教师组织起来就非常费劲，很难顾及到每个学生，往往会出现失控的场面，甚至出现了有些乱的局面。建议加强纪律教育，严格要求学生遵守实验纪律，特别是第一次进实验室要严格要求，好的习惯、好的风气要从第一次开始。教师更要加强理论修养，才能灵活机智。

　　5．评价问题：改变对“成功”概念的理解，采用“激励性”评价

　　传统评价，重在结果评价，一纸试卷定优秀。新课标理念下的评价应构建“合理、科学、多元化”的评价体系。与知识和技能的评价不同，不要把探究的结论作为评价的唯一标准，而要根据学生参与探究活动的全过程所反映出的学习状况，对其学习态度、优缺点和进步情况等给予肯定的激励性的评价，学生的积极参与、大胆发表意见就是“成功”。由于学生的先天条件和后天的兴趣、爱好的差异，课堂教学中教师应尽量避免统一的要求，采取分层次、多方位的教育理念，对他们不是采取取长补短，而是采用扬长避短，让他们在不同层面上有所发展，体会到成功的喜悦，注意培养全体学生的参与意识，激发其学习兴趣，并将其在活动中的表现纳入教学评价中来，改变以往只凭学生考试成绩来评价学生的不科学不合理不公平的单一评价方法。

　　总之，教育的出发点是人，归宿也是人的发展。“探究式教学”就是从学生出发，做到以人为本，为每个学生提供平等“参与”的机会，让学生在宽松、民主的环境中体验成功，健康成长。只要我们加强认识，积极探索，定能找到得心应手的“探究式教学”方法。以上点滴是我在投身课改，进行“探究式教学”中的体会与心得，希望我的一些想法和做法能对同仁有所帮助，不当之处，敬请专家和同仁批评指正。