摘 要：本文通过对新课程“探究外力做功与物体动能变化的关系”这一内容的教学设计，介绍了如何根据新课程的要求进行探究教学，对教学过程中的各个环节的作用进行了分析以及在教学结束后对本节课进行了总结和反思。
关键词：实验探究；设计实验；误差分析；理论推导
中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-61
48(2006)12(S)-0027-3
科学探究既是学生的学习目标又是重要的教学方式之一。通过探究式学习能让学生在自主学习的活动中通过自己“探索”物理规律的过程，把手、口、脑有机地结合起来，并在这个过程中对所得信息进行仔细筛选，使学生经历思维多样化的训练，使他们的思维得到进一步的提高，从而达到理想的教学效果。本人在新课程“探究外力做功与物体动能变化的关系”这节课的教学中，进行了实验探究课的尝试，取得了良好的教学效果，现就此课为例，与大家一起探讨科学探究在物理教学中的应用。
1 设计思想
动能定理是第四章《机械能和能源》第三节的内容，学生在前面第一、二节已分别学习过了做功和动能的概念。
动能定理常用于解决运动学问题，是力学中最重要的规律之一，它的应用贯穿于以后的许多章节，因此学习好动能定理非常重要。在学习过程中，学生已经知道实验探究和理论推导相结合的科学研究方法，在这里再次采用这种方法，通过实验设计、观察实验数据、分析、比较、归纳得出实验结果，再进一步通过理论分析、推导与论证，得到外力做功与物体动能的变化关系，体会科学探究的方法，使学生能够进一步提高自身的能力。
2 教学设计
2.1 教学目标
（1）知识与技能：知道外力对物体做功可以改变物体的动能；理解动能定理，会用动能定理进行计算；会用实验方法来探究物理定理或规律，理解动能定理的推导过程。
（2）过程与方法：通过探究外力对物体所做的功与物体动能的变化关系，学会获取知识与实验技能的方法；通过理论分析与论证的过程，使学生受到理性思维的训练；通过实践与拓展，使学生灵活迁移所学知识，解决实际问题；通过阅读资料活页，扩大学生的视野，丰富学生知识面。
（3）情感、态度与价值观：通过实验与探究，培养学生的探究意识与实践能力；经历讨论与交流，培养学生的语言表述能力与团结协作的精神；通过实践与拓展，培养学生灵活迁移能力和实际应用能力；通过阅读资料活页，培养学生的阅读、理解能力，使学生养成了解社会、关注社会的责任感。
2.2 教学重点
动能定理的推导过程、正确理解动能定理。通过让学生亲自动手进行实验探究和理论论证得出定理，使学生对定理有更深的理解。
2.3 教法与学法
通过实验与探究充分调动学生学习的积极性，培养学生的合作精神，探究意识，体现学生的主体作用和教师的主导作用，将实验与探究和理论分析相结合，体现教学和学习方式的多样化。
2.4 教学器材
电火花打点计时器（50Hz）、纸带、重锤（0.3kg）、刻度尺、计算机。
2.5 教学过程
（1）课前引入
通过两个演示实验引入：（1）小车的一端系着一跟细绳，绳的另一端跨过定滑轮系着一个重物，放开重物。（2）在桌面上铺一条毛巾，小车从斜面上滑下，在毛巾上运动一段路程后停下。请学生分析（1）、（2）实验中小车在水平面上的动能是如何变化的？
然后，利用实验引入新课，让学生在现象中总结原因，得到外力做功与物体动能变化的定性关系。让学生从直觉思维上对这两个物理量有个定性的理解，为接下来的探究过程埋下伏笔，这样既能达到巩固知识的目的，又能让学生在此基础之上对于功和能有更深的理解，把理论与实践结合起来。
（2）探究过程
①提出问题
在上述两个过程中小车的动能如何变化？为什么？(（1）中动能变大，拉力做正功；（2）中动能变小，阻力做负功)。可见，做功可以改变物体的动能，那么外力做功与物体动能的变化究竟有什么定量的关系呢？
②猜想与讨论
由学生提出各自的观点，有的认为外力做功与物体动能变化相等，有的认为外力做功比物体动能变化得更大或更小，观点不一……教师提议：下面我们就通过自己设计实验来探究外力做功与物体动能变化之间的关系。
③制定计划与设计实验
a、设计实验的目的
探究外力做功与物体动能变化之间的关系。
b、让学生思考
我们要设计一个过程，这个实验过程可以研究外力做功与物体动能变化的关系，那么在设计实验的过程中我们需要什么样的一个思路呢？
c、总结思路
（1）、做功需要知道哪些物理量（力和力方向上发生的位移）？（2）、要知道物体动能变化又需要知道哪些物理量（初、末位置的速度和物体的质量）？
d、实验器材
电火花打点计时器（50Hz）、纸带、重锤（0.3kg）、刻度尺。
e、要求
根据已学过的知识，结合提供的实验器材，在小组讨论的基础上，写出实验方案。
④进行实验与收集数据
学生开始动手实验，并将数据记入表格（表一）。（结果保留3位有效数字）
表一 功能关系表
重锤质量m=0.3kg速度v/ms-1g=9.8m/s�2
位移s/mv1v2外力做的功（J）动能变化量（J）ΔEk=12mv�22- 12mv�21
⑤数据分析与结论
在实际操作中，由于学生个体存在差异，学生设计的实验方案有的不够完美，有的甚至是错误的。但由于每个学生都积极参与了建立物理规律的全过程，所以同学们对整个过程十分熟悉，感到自然真切，通过教师对误差的分析能让学生对所得的结论理解透彻，尤其是变被动地接受知识为主动去探究新知。其兴趣、注意力和科学态度就在无意识中得到了增强。
⑥理论论证
教师引导学生思考：从上面的实验中我们可以知道，外力做的功等于物体动能的变化量，那么我们能不能从理论上进行论证呢？请学生通过前面所学的牛顿运动定律和运动学知识从理论上推导动能定理，提高学生实践与理论相结合的能力。
理论推导时，学生根据课本提供的问题情景，运用牛顿第二定律公式和运动学公式独立推导出外力做功与物体动能变化的关系。这样做可以加深学生对功能关系的认识，提高学生的推导能力。并且，通过推导使学生真正做到了实践与理论相结合。
⑦理解公式并总结
教师对学生的探究过程和理论论证过程进行激励，并进一步总结公式中各个物理量的含义，对本节课的内容进行提炼，从而达到更好的教学效果。
⑧自我提高
让学生课后思考：你还有没有其它的方法可以探究外力做功与物体动能变化的关系？并提供参考网站，发挥学生的积极性和主动性，让学生在课后能对所学的知识有更深的理解。
3 教学反思
本节课的教学采取的是实验与探究的教学模式，通过学生的合作探究、自己动手、自我总结，充分调动学生学习的积极性，培养学生的合作精神，探究意识，体现了学生的主体作用和教师的主导作用，将实验与探究及理论分析相结合，并充分利用多媒体的辅助，体现了教学和学习方式的多样化。另外，通过阅读资料活页，培养了学生的阅读、理解能力，使学生养成了了解社会、关注社会的责任感。因此，探究式教学会为学生智能的锻炼与开发创造了良好的条件。
利用探究式教学法能够让学生在学习课本知识的同时发展自身的思维和创新能力，但在实际的实施过程中由于学生的个体差异，教学中出现了一部分学生的实验方案不够合理的现象。例如：学生不会从减小摩擦的角度来考虑如何放置打点计时器，有些学生受《测定匀变速直线运动物体的加速度》实验的影响，把打点计时器平放在桌面上；有些学生没有从稳定性的角度加以考虑，不是把打点计时器侧放在桌面上，而是用手去帮忙……但由于每个学生都通过动手和讨论，积极参与了建立物理规律的全过程，所以同学们对整个过程十分熟悉，感到自然真切，对所得结论理解透彻，记忆持久，尤其是变被动地接受知识为主动去探究新知。其兴趣、注意力和科学态度就在无意识中得到了增强，这正是新课标的要求之一。
另外，在理论推导的过程中，部分学生不能很快地从牛顿第二定律以及运动学的公式中推导出外力做功与物体动能变化的关系，例如有的学生可能不会一步到位而是经过比较复杂的过程才能得到结果，所以在这个地方教师应该适当的引导学生的思路，以提高教学的效率。
参考文献：
［1］束炳如、何润伟.普通高中课程标准实验教科书《物理2》.上海:上海科技教育出版社, 2005年
［2］廖伯琴.《物理探究式教学设计与案例分析》.北京：高等教育出版社 ，2003年
(栏目编辑邓 磊)
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