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将探究思想引入高中物理课堂教学的尝试
作者: 杨雄生 顾… 来源:《物理通报》 点击:25955次 评论:0
——谈高一“力的合成”教学改革试验    

摘 要:尚未实行《普通高中物理课程标准》之时,以高一“力的合成”课为例,探讨如何将探究思想引入高中物理课堂教学中.

关键词:普通高中物理课程标准 探究性学习 互成角度二力的合成平行四边形法则 创造能力

 

教育部颁布的《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《高中新课程标准》),对课程目标提出:知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维要求.《高中新课程标准》在课程实施上提出“应促进学生自主学习,让学生积极参与、乐于探究、

 

勇于实验、勤于思考.……  培养学生科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神.”希望用这种方法来培养具有创新能力的人才,落实素质教育.

 

我校尚未实行《高中新课程标准》及其教材,但在教学中,引人探究思想来优化课堂教学.我们不仅重视知识和技能的传授,同时创造条件进行探究性实验,让学生“经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证

 

物理规律.”从中学会获取知识和实验技能的方法,体验到探求知识的乐趣,同时培养科学态度和科学精神.

 

现以高一“力的合成”这堂课作一些尝试,谈谈笔者的作法和看法,和同行商榷.

 

高一“力的合成”传统的教法以及人教版教材的安排:由教师从演示实验总结出力的合成法则,再由学生做验证性实验.需要两节课才能完成这部分教学内容.

 

我们将这堂课作了改动:突出合力和分力的“等效代替”关系→用“等效代替”思想师生共同设计测定互成角度两个力合力的方法→再由学生测定互成角度两力的合力→师生讨论总结出力的合成法则.这样,用一节课就能完成这部分的主要教学内容.具体做法如下.

 

1 创设物理情景,为新课和探究实验铺垫

 

一堂优化的课,教师应该精心研究引人新课的教学,让学生兴趣盎然地开始学习.

 

好的引人新课教学应为学生创设物理情景,为新课和探究实验做好铺垫,使教师能顺利和谐地开始教学.本课一开始按顺序向学生展示图l(a)、(b)、(c)三幅图(*图1(a)、(b)、(C)中五幅取自现行人教版初中物理第一册,2001年5月版) ,让学生叙述三幅图各自的含意.

 

在学生叙述过程中,教师插话点明图(a)中两个桶表示同一个桶,图(b)中两个木箱表示同一个木箱,图(C)中两个夯表示同一个夯块.此中隐含着作用效果相同的启示.

 

师:从物理学角度看,这三幅图有什么共同点?

 

生:每幅图左侧都是两个力作用在同一物体上,右侧是一个力作用在该物体上,二者的作用效果相等.

 

师:生活中、生产活动中,这种情况很多,学物理

 

应重视这种情况.我们把它写下.

 

【板书l】如果一个力对物体作用产生的效果跟两个力(或几个力)共同作用产生的效果相同时,我们就可以用这个力来代替那两个力(或几个力).

 

教师指着板书l再读一遍,并说在初中我们也是遇到这种情况,我们把……(引导学生回答)

 

教师根据学生的回答,在板书l之后写上:

 

【板书2】这个力就叫做那两个力的合力,那两个力就叫做这个力的分力.

 

教师在板书l之上,边说边添上.

 

【板书3】合力与分力

 

2 突出合力和分力关系的实质—— 等效代替

 

师:大家一起找一找,在合力和分力的定义中,关键词是哪几个?

 

生:作用效果相同,可以相互代替.

 

教师在板书1和2之下的正中写上:

 

【板书4】等效代替

 

师:在物理学中,只有等效才能代替(在板书4的等效和代替之间,添上);要代替必须等效(在上述之下添上,使板书4成为等效代替).

 

师:求两个力的合力,叫做二力的合成;求几个力的合力,叫做力的合成.

 

【板书5】力的合成

 

3 以“等效代替”思想为指导,师生共同设计探究实验

 

师:在初中,我们曾用实验讨论同一直线上二力的合成,并得到相应的结论.

 

今天我们要用实验来讨论互成角度二力的合成规律.具体方法:先从实验求出互成角度两个力的合力,然后从实验结果再来讨论互成角度两个分力和它们合力有什么关系,从中找到它们的规律.

 

师:已知互成角度的两个力,如何找它们的合力呢?请同学和我一起想办法来设计一个求合力的实验.(让同学讨论几分钟)

 

教师在黑板上用两组“三根橡皮筋串联”之后再并联作为受力物体,再用两根细绳和两个5 N的弹簧测力计仿照人教版(2003年6月)高一物理教材“学生实验二:验证力的平行四边形定则”的实验方法.但教师不能把实验方法告诉学生,关键是由教师引导,由学生自己得出实验方法.

 

具体方法如下:

 

师:合力和分力关系的实质是“等效代替”,如何利用“等效代替”的关系来求互成角度两个力的合力呢?

 

(教师在黑板上,用两个5 N弹簧测力计通过两细绳,并让两细绳成较大角度拉并联橡皮筋)

 

师:橡皮筋受互成角度两个力的作用而伸长.这两个力或几个力作用在同一点上,这样的力就叫做共点力.如何知道互成角度两个力的大小和方向呢?

 

生:两个力的大小由两个测力计读出来.两个力的方向沿两细绳的方向,画出细绳的方向就是两力的方向.

 

师:(保持两力拉橡皮筋的位置不变)找合力必须保证合力的作用效果和两分力共同作用效果相同.因此,我们非常关心这两个互成角度力的作用效果如何.

 

在实验中,如何知道这两个力的作用效果呢?

 

生:在橡皮筋伸长的端点做个记号.

 

(请一位同学到黑板上演示)

 

师:如何根据“等效代替”来找合力呢?

 

(教师用一个弹簧测力计通过细线拉橡皮筋,故意让橡皮筋的端点一次在所做“记号”的上方,另一次在“记号”的下方)

 

师:这个力的作用效果和两个分力作用效果相同吗?

 

生:不相同.

 

师:如何才能保证两次的作用效果相同?

 

生:把橡皮筋的端点拉到刚才所做“记号”处.

 

(教师在黑板用弹簧测力计演示,并保持测力计不动)

 

师:现在作用效果相同了.如何知道这个力,也就是合力的大小和方向呢?

 

生:由弹簧测力计读出力的大小,画出细绳的方向就是这个力的方向.

 

师:这样我们就求出互成角度两个力的合力了.

 

今天我们不仅要求出合力,而且要找到两个分力和合力有什么关系,即它们之间的规律.

 

怎样找这个规律呢?我们规定:从同一个作用点出发,按同一个标度画出两个分力和合力的大小和方向,然后从图上找出它们之间有什么关系.

 

请注意,今天是研究互成角度两个力和合力的关系,所以实验时,两个力之间的角度应该大些,效果才明显,最好角度大于

 

学生实验过程从略.

4 重视“交流-评估-总结”过程

 

师:合力求出来了,力的图示也画好了.我们找一找它们有什么关系.

 

生:合力好像是两个分力的角平分线.

 

师:你只说合力和分力方向的关系,这种关系正确吗?它们的大小有什么关系呢?

 

生:为什么两个分力之和不等于合力呢?

 

师:互成角度两力的大小之和不等于它们的合力的大小!互成角度两个分力和合力有什么关系?

 

生:……

 

师:同学们可以把合力的端点跟两个分力的端点用虚线连接起来,看看我们所作的力的图示像什么图形?

 

生:像棱形. .

 

生:像正方形.

 

生:像平行四边形.

 

生:是普通四边形.

 

师:平行四边形包含正方形和棱形.从你们实验的图示看,同意合力和分力的关系组成一个平行四边形的同学,请举手.(大约有1/3的同学举手)

 

师:我们暂时认定互成角度两个分力的大小和方向与合力的大小和方向组成一个平行四边形,再做一次实验看看这个结论是否正确.

 

学生再次实验过程略.

 

师:再次实验,看看两个分力和合力的图示像什么图形.

 

众生:像平行四边形.

 

师:今天我们通过实验找到了互成角度两个力和它们合力的关系.

 

【板书6】力的平行四边形定则

 

如果用表示两个力的线段作为邻边画平行四边形,那么合力的大小和方向就可以用这邻边间的对角线表示出来.这种方法叫做力的平行四边形法则后面的教学过程从略.

 

5 几点说明

 

(1)在合力与分力的定义中,我们自己加了“我们就可以用这个力来代替那两个力”这几个字.这是为了突出合力和分力的“等效代替”关系,我们也是以“等效代替”关系为基础,师生共同设计测定合力的实验.这样才能让学生逐步理解合力与分力的关系是“等效代替”关系.

 

(2)为了在45分钟内,完成上述的探究任务,因此在本课探究活动中,学生大胆猜想结论和自己设计验证猜想的实验这两个过程,改由教师引导、师生共同设计实验所代替.可见,本课不算严格意义上的探究性教学,只能算作将探究思想引入高中课堂教

 

学的一种尝试.

 

(3)2004年9月16日在本校进行了一堂本文介绍的研究课,校外有20多位物理教师参加.在课后的评议会上,大家对本课给予肯定,认为这样的课有新意,符合新课改精神.课后学生反映,愿意上这样的课,希望多上这样的课.

更新:2006/9/30 4:32:35 编辑:fengyefy
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