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研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教案設(shè)計(jì)
研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教案設(shè)計(jì)
（高中物理必修教材第一冊(cè)第二章第九節(jié)）
所謂創(chuàng)新模仿式教學(xué)，就是指在課堂上老師采取一種指導(dǎo)學(xué)生通過創(chuàng)新模仿方式嘗試尋找、發(fā)現(xiàn)、學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法，不是以教師講解為主，而是在學(xué)生事先做好準(zhǔn)備的前提下，在教師指導(dǎo)下由學(xué)生自行講解或討論，以學(xué)生的活動(dòng)為主。這個(gè)專題是一個(gè)嘗試，教學(xué)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量讓學(xué)生多動(dòng)手動(dòng)腦，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析解決問題，由此學(xué)習(xí)和體會(huì)一些解決問題的科學(xué)方法。創(chuàng)新模仿式的學(xué)習(xí)方法，關(guān)鍵在于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)材料（包括教材和資料）的感悟和創(chuàng)新，運(yùn)用模擬、轉(zhuǎn)換、理想化方法等思想，通過積極的知識(shí)遷移和啟發(fā)聯(lián)想來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，抓住學(xué)習(xí)的本質(zhì)。
本文以研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律這一課題為例，試著對(duì)創(chuàng)新模仿式教學(xué)進(jìn)行闡述。在組織創(chuàng)新模仿式教學(xué)時(shí)，建立在生活事實(shí)、演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)科歷史等三個(gè)基礎(chǔ)的創(chuàng)新模仿活動(dòng)貫穿于課堂教學(xué)始終，尤其表現(xiàn)在四個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)上。我們先來談?wù)剟?chuàng)新模仿教學(xué)活動(dòng)的三個(gè)基礎(chǔ)——
一、生活事實(shí)
生活給了我們有益的啟示，物理規(guī)律正是由生活現(xiàn)象中來的，抽象出來的規(guī)律具有本質(zhì)的普遍意義，它反復(fù)出現(xiàn)在許多物理現(xiàn)象中。中學(xué)物理教材的各章節(jié)的知識(shí)性內(nèi)容幾乎都采取了例證的方法，用具體、形象化的例子說明問題讓學(xué)生感到真實(shí)。
既然物理概念和規(guī)律源于例子又回到例子上，學(xué)習(xí)時(shí)就要運(yùn)用典型的例子幫助驗(yàn)證、學(xué)習(xí)和理解它們。我們可以從生活現(xiàn)象出發(fā)，融入學(xué)習(xí)內(nèi)容，或者由學(xué)習(xí)內(nèi)容聯(lián)想生活。這樣可以化陌生為熟悉，由熟悉推出未知，而且要學(xué)會(huì)舉一反三。想不通的道理，看看生活現(xiàn)象，平時(shí)注意積累典型例子加深理解，提高全面認(rèn)識(shí)的能力。
例一
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之生活事實(shí)：用繩子懸掛著的物體，如果繩子斷了，物體會(huì)掉下來；樹上的果實(shí)，成熟后會(huì)掉下來；手里捏著的粉筆，松開手后會(huì)掉下來。
問題導(dǎo)學(xué)：物體為什么會(huì)下落？
研究方法：觀察與分析
分析：物體的下落運(yùn)動(dòng)是一種常見的運(yùn)動(dòng)，學(xué)生熟知，但很少有人去注意它。通過細(xì)心的觀察，綜合分析眾多的實(shí)例。師生討論歸納得出結(jié)論：物體之所以會(huì)下落，是由于受到了重力的作用。從觀察生活現(xiàn)象事實(shí)到得出結(jié)論的過程就運(yùn)用了創(chuàng)新模仿。
二、演示實(shí)驗(yàn)
物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。所以，課堂上指導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手做小實(shí)驗(yàn)很重要。在學(xué)習(xí)物理的過程中，一方面要善于應(yīng)用學(xué)到的理論去解釋日常生活中所見到的現(xiàn)象，另一方面要善于“動(dòng)手”，通過實(shí)踐去檢驗(yàn)真理，雙向聯(lián)系，看一看感性認(rèn)識(shí)是不是正確，在實(shí)踐和應(yīng)用中學(xué)習(xí)概念。課堂上，學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映了什么樣的物理規(guī)律，也可以從其中體會(huì)到了科學(xué)研究的樂趣。
例二
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之演示實(shí)驗(yàn)：取一截粉筆和一張小紙片(粉筆比紙片重)，從同一高處同時(shí)釋放。
問題導(dǎo)學(xué)：什么樣的物體下落得更快？物體下落快慢是不是跟重力有關(guān)？什么原因?qū)е滤鼈兿群舐涞兀?/p>
分析：通過觀察和體驗(yàn)，由演示實(shí)驗(yàn)可見：粉筆比紙下落快粉筆先落地。師生討論：為什么呢？空氣阻力是影響物體下落快慢的重要因素。還可以思考得出: 如果設(shè)法消除空氣阻力，會(huì)怎樣？當(dāng)阻力很小，可以忽略時(shí)，物體下落是不是可視為自由落體運(yùn)動(dòng)？通過演示實(shí)驗(yàn)與物理教學(xué)的整合，用實(shí)驗(yàn)、觀察、推理、極端外推、悖論等研究方法創(chuàng)新模仿，加深了學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，加深了他們對(duì)這類問題的理解。
三、學(xué)科歷史
物理教學(xué)改革的目的之一，是對(duì)學(xué)主進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練科研人員應(yīng)具有的素質(zhì)和能力，要形成科學(xué)的思維方法。這就要求我們將物理教學(xué)和學(xué)科歷史結(jié)合，具體地講就是善于把學(xué)生推到若干年前讓他們從當(dāng)時(shí)的科學(xué)背景出發(fā)去重溫科學(xué)家們?cè)谑裁磫栴}上，什么環(huán)節(jié)中、什么情況下，用什么方法和思想作出了科學(xué)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的突破性步驟，從而把這些關(guān)鍵的步驟聯(lián)系起來。
例三
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之學(xué)科歷史：教材P70頁(yè)閱讀材料《伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》
問題導(dǎo)學(xué)：伽利略的研究方法是什么？
分析：這部分內(nèi)容應(yīng)以學(xué)生自學(xué)為主，老師適當(dāng)引導(dǎo)。關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，歷史曾經(jīng)出現(xiàn)過兩種截然不同的觀點(diǎn)。應(yīng)該闡明：歷史上，伽利略首先通過落體佯謬的思想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否定亞里斯多德的物體越重下落越快的結(jié)論；最后將斜面實(shí)驗(yàn)推廣，得出結(jié)論。伽利略開創(chuàng)的研究方法是提出假設(shè)--數(shù)學(xué)推理--實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-合理外推。這種方法對(duì)科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍是重要科研方法之一。今天我們就是要踏著歷史發(fā)展的腳印，研究一下落體運(yùn)動(dòng)究竟是什么運(yùn)動(dòng)，遵循什么規(guī)律，使教和學(xué)的思路去盡量接近科學(xué)家認(rèn)識(shí)的思路。通過對(duì)學(xué)科歷史的創(chuàng)新模仿，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)的思維方法，這也是物理教學(xué)實(shí)質(zhì)性改革的途徑和方向，是培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的一個(gè)有效途徑。
在組織創(chuàng)新模仿式教學(xué)時(shí)，應(yīng)將基于上述三個(gè)基礎(chǔ)的創(chuàng)新模仿活動(dòng)貫穿于課堂教學(xué)始終，尤其表現(xiàn)在以下四個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)中——
一、新課導(dǎo)入
例四
目的：物體下落快慢的因素分析
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之演示實(shí)驗(yàn)：取大小不同的兩張紙，將小紙片揉成一團(tuán)，從同一高處同時(shí)釋放。
問題導(dǎo)學(xué)：究竟是重的物體下落快還是輕的物體下落快呢？
分析：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明小紙團(tuán)先落地，這說明輕的物體比重的物體下落快。通過簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：通�？吹降南侣溆锌煊新�，是由于空氣阻力的影響。自由落體運(yùn)動(dòng)在地球大氣層里是一種理想運(yùn)動(dòng)，但掌握了這種理想運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也就為研究實(shí)際運(yùn)動(dòng)打下了基礎(chǔ)。
問題導(dǎo)學(xué)：如果完全沒有空氣阻力的影響，或者空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽略時(shí)，實(shí)際的落體運(yùn)動(dòng)可以近似地當(dāng)作自由落體運(yùn)動(dòng)。同學(xué)們猜想一下，那時(shí)，輕、重物體誰(shuí)下落得快呢？
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之演示實(shí)驗(yàn)：牛頓管實(shí)驗(yàn)
分析：用牛頓管演示不同物體在沒有空氣阻力的影響下的下落情況。強(qiáng)調(diào)管內(nèi)空氣已被抽得很稀薄，空氣阻力的影響非常小�？梢姡喝绻麤]有空氣阻力的影響，不同物體下落的快慢是一樣的。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到空氣阻力的存在掩蓋了自由下落的物體的規(guī)律，需要排除空氣阻力的影響才能發(fā)現(xiàn)自由下落物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，很自然的引出了理想運(yùn)動(dòng)——自由落體運(yùn)動(dòng)，并為下面的研究做好鋪墊。這種創(chuàng)新模仿建立概念的程序，對(duì)中學(xué)生來說是比較容易接受的。
二、知識(shí)講解
例五
目的：科學(xué)方法教育
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之演示實(shí)驗(yàn)：取大小不同的兩張紙，將小紙片揉成一團(tuán)，從同一高處同時(shí)釋放。
問題導(dǎo)學(xué)：實(shí)際的落體運(yùn)動(dòng)可以近似地當(dāng)作自由落體運(yùn)動(dòng)，這種理想運(yùn)動(dòng)忽略哪些次要因素？
分析：在科學(xué)研究中，我們常常采取忽略一些次要因素，從最簡(jiǎn)的問題入手的方法。紙片受到的空氣阻力明顯地比紙團(tuán)受到的空氣阻力大，所以紙片下落較慢。排除空氣阻力的影響才能發(fā)現(xiàn)自由下落物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在落體運(yùn)動(dòng)中，先排除空氣阻力，研究物體在沒有空氣阻力條件下的運(yùn)動(dòng)，這就是自由落體運(yùn)動(dòng)。
知識(shí)擴(kuò)展：科學(xué)方法的教學(xué)是本節(jié)的一個(gè)重要教學(xué)內(nèi)容。通過對(duì)理想化方法的創(chuàng)新模仿，學(xué)習(xí)分析和處理表面現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)其掩蓋下的規(guī)律，再用規(guī)律解決實(shí)際問題的物理方法。引導(dǎo)學(xué)生通過討論學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，教學(xué)中可將自由落體運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到別的星球,還可引伸到豎直上拋,為學(xué)生活用知識(shí)奠定基礎(chǔ)，還有利于激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性和培養(yǎng)能力。
三、誤區(qū)排解
同學(xué)們經(jīng)常和物理現(xiàn)象打交道，在學(xué)習(xí)掌握其規(guī)律之前，已有許多感性認(rèn)識(shí)，如果能夠正確理解，那對(duì)學(xué)習(xí)物理將十分有利。遺憾的是，這些感性認(rèn)識(shí)往往會(huì)掩蓋住事物的內(nèi)在實(shí)質(zhì)，而給人以錯(cuò)覺。生活中有一些感覺不總是正確的，不能把生活中的經(jīng)驗(yàn)，感覺當(dāng)成規(guī)律來用。在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，要了解哪些日常觀念是不科學(xué)的，通過多個(gè)例子去證明它是錯(cuò)誤的，從而排除干擾，正確理解物理概念。要特別注意的是曾經(jīng)犯過錯(cuò)誤的典型例子，往往可以警示自己，碰到類似問題時(shí)不再或少犯同樣的錯(cuò)誤。
例六
目的：排除認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之生活事實(shí)：我們平時(shí)常見的現(xiàn)象是，重的物體下落快。
問題導(dǎo)學(xué)：我們是不是由日常經(jīng)驗(yàn)得出這樣的結(jié)論，重的物體比輕的物體下落快？
分析：學(xué)生由于受日常經(jīng)驗(yàn)的影響，對(duì)物體的墜落普遍存在重快輕慢的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。要消除學(xué)生的從生活中得來的錯(cuò)誤觀念，培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看到本質(zhì)的認(rèn)識(shí)觀，這是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)之一，關(guān)鍵在于說明不同物體下落的加速度都是重力加速度ｇ。由于對(duì)日常經(jīng)驗(yàn)印象很深，所以做好演示實(shí)驗(yàn)十分重要。除了牛頓管的實(shí)驗(yàn)之外，還可以做許多簡(jiǎn)單易行的小實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生明確認(rèn)識(shí)，日常見到的現(xiàn)象是因?yàn)槭芸諝庾枇Φ挠绊懙木壒�。引�?dǎo)學(xué)生建立正確觀念：任何物體的自由落體運(yùn)動(dòng)都是完全相同的，即無論何種物體、是輕是重，它們下落的速度都是相同的。
四、習(xí)題檢測(cè)
要真正理解掌握概念，只有通過實(shí)踐和應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)。
規(guī)律具有普遍性，因此可以直接模仿運(yùn)用，
我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在觀察分析現(xiàn)象、利用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)上，要把主要精力聚焦在加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解深度上，要養(yǎng)成定向思維的習(xí)慣。所謂科學(xué)的思維方法，淺顯地說，就是以客觀存在的事實(shí)作為出發(fā)點(diǎn)，經(jīng)過觀察分析、對(duì)比鑒別，利用綜合歸納或演繹推理，得出對(duì)事物規(guī)律的理解。
例七
目的：應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律解題
創(chuàng)新模仿基礎(chǔ)之生活事實(shí)： 前面學(xué)習(xí)過勻加速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
Vt=V0+at；S=V0t+0.5at2；Vt2 – V02=2as
問題導(dǎo)學(xué)：自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，是否可以直接創(chuàng)新模仿？
分析：直接創(chuàng)新模仿導(dǎo)出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律：Vt=gt；h=0.5gt2；Vt2 =2gh
知識(shí)擴(kuò)展：自由落體運(yùn)動(dòng)在地球大氣層里是一種理想運(yùn)動(dòng)，掌握了這種理想運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也就為研究實(shí)際運(yùn)動(dòng)打下了基礎(chǔ)。當(dāng)空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽略時(shí)，實(shí)際的落體運(yùn)動(dòng)可以近似地當(dāng)作自由落體運(yùn)動(dòng)。理解自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)，掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律運(yùn)用理想化方法，通過比較重力與空氣阻力的大小，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為自由落體問題。老師可以舉一些變式練習(xí)，讓學(xué)生當(dāng)堂完成。例如：通過石子下落測(cè)量井口到水面的深度；宇航員也可用此法，測(cè)算星球上一個(gè)深洞的深度。通過對(duì)例題的進(jìn)一步討論，把學(xué)生的認(rèn)識(shí)引向具體問題具體分析的更深層次，促進(jìn)知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能。
如上所述，本節(jié)課具有下述特點(diǎn)：
1、本堂課沒有回避問題，而是分析問題的困難，提出研究問題的方法是：讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際更好地理解自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理解自由落體的條件、空氣阻力的影響。整節(jié)課從實(shí)踐到理論分析，再到實(shí)踐，將實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)和歷史與課程很好的融為一體，體現(xiàn)了科學(xué)研究問題的全過程，邏輯推理清晰，步步深入。先讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到是空氣阻力造成問題復(fù)雜的原因。演示實(shí)驗(yàn)和伽利略的巧妙推理的介紹，為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究創(chuàng)造條件，真實(shí)、直觀、生動(dòng)、形象，抓住了關(guān)鍵，給學(xué)生留下深刻印象，激發(fā)了學(xué)生探究的積極性。
2、本節(jié)課采用現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的教學(xué)理論設(shè)計(jì)，利用了創(chuàng)新模仿方式進(jìn)行教學(xué)，充實(shí)了內(nèi)容，騰出了時(shí)間，讓學(xué)生充分地、獨(dú)立地積極思維，能較好體現(xiàn)物理思想和物理方法。課堂創(chuàng)新氛圍濃郁，抓住教學(xué)的某些環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生創(chuàng)造意識(shí)的培養(yǎng)。學(xué)生相互探討、交流、學(xué)習(xí)，思維活躍，體驗(yàn)研究問題、尋求規(guī)律的科學(xué)研究過程，抓住課堂教學(xué)的制試點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性運(yùn)用，使學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)，創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力得到發(fā)展。
值得進(jìn)一步研究的問題是：在用創(chuàng)新模仿啟發(fā)學(xué)生討論分析得出結(jié)論，如何更好地引導(dǎo)、啟發(fā)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、獨(dú)立思考能力，需要更深入地研究。總之，希望在教學(xué)過程中有更多更好的教法和學(xué)法創(chuàng)造出來。
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