第 6 期 设 计 思 想. 设 计 思 想 : 新 教 科 书 关 于 动 量 的 教 学, 与 过 去 相 比 变 化 很 大 突 出 了 两 点 : 体 现 学 习 中 的 探 究 精 神 ; 强 调 物 理 学 中 不 变 量 的 思 想 编 者 的 逻 辑 线 索 与 特 级 教 师 黄 国 龙 新 课 程 背 景 下 物 理 探 究 教 学 模 式 理 论 一 脉 相 承 基 于 学 习 并 体 会 科 学 探 究 与 实 验 探 究 这 两 种 教 学 模 式 相 结 合 的 实 践 活 动 通 过 实 验 情 境 从 特 殊 到 一 般 化 探 究, 让 学 生 体 验 碰 撞 中 不 变 量 的 猜 想 认 知 过 程 ; 让 学 生 在 实 验 探 究 引 导 和 实 践 中 收 获 不 变 量 的 猜 想 成 果, 体 验 学 习 探 究 过 程, 了 解 碰 撞 前 后 物 块 速 度 的 获 得 方 法, 发 展 对 学 科 的 兴 趣 与 热 情, 培 养 实 验 探 究 能 力 和 交 流 协 作 能 力. 设 计 元 素 : 尝 试 改 造 实 验 案 例 二 运 用 于 引 导 探 究 式 实 验 教 学, 改 进 了 实 验 教 材 书 中 学 生 定 量 探 究 实 验 的 数 据 记 录 方 法 教 材 分 析 课 标 学 科 教 学 指 导 意 见 对 本 课 教 学 内 容 的 要 求 基 本 要 求 : 猜 想 两 个 物 体 碰 撞 前 后 可 能 保 持 不 变 的 物 理 量, 写 出 相 应 的 表 达 式 知 道 碰 撞 的 不 同 类 型, 知 道 一 维 碰 撞 的 实 验 方 法 3 会 设 计 比 较 完 整 的 实 验 方 案, 知 道 实 验 需 测 的 物 理 量 和 所 需 器 材 4 知 道 质 量 改 变 的 方 法, 会 测 量 物 块 ( 小 球 ) 的 质 量 5 知 道 物 块 ( 小 球 ) 碰 撞 前 后 速 度 的 测 量 方 法 6 知 道 使 两 个 碰 撞 物 块 粘 连 在 一 起 运 动 的 操 作 方 示 能 合 理 安 排 操 作 步 骤 能 设 计 实 验 记 录 表, 并 记 录 数 据 分 析 实 验 数 据, 得 出 实 验 结 论 发 展 要 求 : 理 解 物 块 弹 开 的 情 形 也 相 当 于 碰 撞 了 解 实 验 误 差 产 生 的 原 因, 知 道 平 衡 摩 擦 力 的 方 法 选 修 3-5 动 量 守 恒 定 律 与 原 必 修 加 选 修 动 量 安 排 完 全 不 一 样, 动 量 概 念 的 引 入 与 过 去 也 不 同 教 学 中 如 何 引 入 动 量 概 念 并 对 动 量 概 念 的 教 学 是 需 要 研 究 的 一 个 问 题 原 教 材 通 过 具 体 碰 撞 实 例, 得 出 Ft v, 直 接 引 入 动 量 和 冲 量 概 念 教 师 一 般 也 受 束 缚 于 此, 常 常 设 法 通 过 学 生 生 活 中 的 经 验 和 生 动 的 实 验 得 出 : 力 的 作 用 效 果 与 质 量 有 关, 与 速 度 有 关 质 量 和 速 度 乘 积 越 大, 作 用 效 果 越 明 显 揭 示 动 量 的 概 念 正 是 描 述 力 的 作 用 效 果 的 物 理 量 达 到 学 生 方 便 快 速 理 解 动 量 概 念 的 目 的 而 新 教 材 显 然 不 仅 关 注 p v 的 定 义, 而 是 更 关 注 遵 循 科 学 史 的 发 展 轨 迹, 在 碰 撞 中 的 追 寻 不 变 量 的 实 验 基 础 上, 由 碰 撞 前 后 的 v 矢 量 保 持 不 变 引 出 动 量 的 概 念 过 程 在 认 知 逻 辑 上 表 明 了 动 量 的 来 龙 去 脉, 从 而 让 学 生 不 易 机 械 的 认 为 物 理 概 念, 定 义 等 好 像 是 物 理 学 家 天 才 般 拼 凑 出 来 的 教 学 在 注 重 知 识 技 能 目 标 的 同 时, 更 关 注 物 理 科 学 的 过 程, 科 学 态 度 和 科 学 价 值 观 的 本 身 守 恒 不 但 包 含 了 不 变, 而 且 包 含 着 守 恒 条 件 和 讨 论 守 恒 的 必 要 性 新 课 程 教 学 用 书 一 再 强 调 不 变 量 并 不 是 守 恒 量 不 变 是 指 状 态 值 的 大 小, 守 恒 是 指 变 化 的 过 程 不 变 仅 仅 只 是 守 恒 中 数 量 关 系 的 一 种 表 达, 并 不 能 作 为 守 恒 的 等 效 表 述 保 持 不 变 才 意 味 守 恒 过 程, 而 要 在 课 堂 教 学 的 碰 撞 实 验 过 程 中 去 让 学 生 追 寻 始 终 的 不 变 量 是 不 现 实, 也 是 没 有 必 要 的 所 以 指 导 用 书 意 以 新 的 观 点 追 寻 不 变 量 的 过 程, 而 不 是 追 寻 保 持 不 变 量 的 过 程 可 以 看 出, 在 新 教 科 书 中, 动 量 守 恒 定 律 不 再 是 牛 顿 定 律 演 绎 的 结 果 学 生 通 过 教 师 的 实 验 引 导 和 自 己 的 实 验 体 验, 发 现 物 体 碰 撞 过 程 中 的 确 存 在 某 个 不 变 的 物 理 量 尽 管 这 个 想 法 是 朦 胧 的, 但 却 是 非 常 珍 贵 的, 这 是 探 究 精 神 的 体 现, 是 科 学 方 法 的 教 育
第 6 期 教 师 要 体 会 教 材 中 力 图 通 过 学 校 实 验 室 这 个 小 小 的 天 地 让 学 生 体 会 科 学 的 探 究 性 和 探 究 中 的 不 确 定 性, 使 学 生 对 科 学 的 本 质 的 认 识 能 够 稍 稍 深 入 一 些, 教 师 应 为 此 付 出 努 力 学 情 分 析 通 过 前 面 模 块 的 学 习, 学 生 已 经 知 道 物 体 通 过 相 互 作 用 而 产 生 的 运 动 类 型, 物 理 研 究 方 法 和 遵 循 的 一 般 规 律 ; 学 生 也 已 经 具 备 了 初 步 的 实 验 设 计 能 力 和 实 验 操 作 技 能 ; 学 生 对 物 体 通 过 碰 撞 这 种 相 互 作 用 从 而 产 生 的 运 动 类 型 也 有 生 活 感 性 认 知, 并 且 在 必 修 中 机 械 能 及 其 守 恒 定 律 一 章 中 有 过 类 似 的 探 究 经 历 和 体 验 学 生 可 能 遇 到 的 困 难 : 碰 撞 情 境 的 一 维 化 实 验 案 例 比 较 简 单, 设 计 和 操 作 也 较 泛 谈 化 使 得 学 生 的 追 寻 不 变 量 思 维 的 落 脚 点 很 抽 象 碰 撞 中 的 不 变 量 的 追 寻 是 学 生 陌 生 的, 并 且 p v 又 是 一 个 矢 量, 不 像 追 寻 机 械 能 及 其 守 恒 定 律 中 动 能 v, 势 能 gh 转 化 中 机 械 能 守 恒 学 生 有 基 础, 并 且 是 标 量 3 学 生 对 一 维 实 验 的 碰 撞 情 境 的 基 本 认 知 一 般 是 碰 撞 前 后 的 速 度 大 小 之 和 不 变, 或 碰 撞 前 后 的 速 度 存 在 某 种 数 学 关 系 没 有 这 样 的 逻 辑 递 进 过 程, 提 出 物 体 的 质 量 与 各 自 速 度 的 乘 积 是 不 是 不 变 量 的 猜 想? 是 比 较 困 难 的, 而 且 很 唐 突, 容 易 进 入 验 证 性 实 验 的 教 学 循 环 4 学 生 设 计 用 实 验 方 法 测 量 碰 撞 前 后 物 体 的 速 度 时 会 遇 到 大 的 困 难, 设 计 不 出 5 学 生 需 要 的 学 习 策 略 : 教 师 设 计 由 浅 入 深, 设 计 符 合 学 生 认 知 水 平 的 逻 辑 猜 想 台 阶 和 必 要 情 境 数 据, 并 创 设 悖 论 实 验 情 景, 让 学 生 进 行 总 结 反 思 和 实 验 探 索 分 组 不 同 实 验 情 境 实 验 类 比 和 归 纳 教 学 目 标 一 知 识 与 技 能. 知 道 碰 撞 有 不 同 类 型, 知 道 一 维 碰 撞 的 实 验 方 法 选 择. 知 道 质 量 改 变 的 方 法, 会 测 量 物 体 的 质 量 3. 会 猜 想 两 个 物 体 碰 撞 前 后 可 能 不 变 的 物 理 量 4. 知 道 物 块 碰 撞 前 后 速 度 的 测 量 方 法 5. 知 道 两 个 原 来 连 在 一 起 的 物 体 相 互 作 用 而 分 开 也 是 一 种 碰 撞 6. 会 选 择 实 验 方 案, 安 排 操 作 步 骤, 知 道 实 验 所 需 物 理 量 的 测 量 和 器 材 操 作 7. 知 道 实 验 数 据 的 记 录, 合 理 分 析 实 验 数 据 与 猜 想 相 结 合, 并 得 出 结 论 二 过 程 与 方 法. 培 养 学 生 猜 想 能 力, 合 理 选 择 实 验 方 案 和 熟 练 操 作 的 能 力
第 6 期. 理 解 物 块 速 度 测 量 的 转 换 替 代 思 想 是 常 用 方 法, 会 用 转 换 方 法 测 碰 前, 碰 后 的 速 度 3. 经 历 实 验 探 究 过 程, 发 现 规 律, 让 学 生 认 识 到 科 学 探 究 的 意 义 ; 三 态 度 情 感 与 价 值 观. 运 用 实 验 方 法 探 究 一 维 碰 撞 中 存 在 的 不 变 量, 体 验 到 物 理 学 习 的 科 学 价 值. 通 过 科 学 探 究 教 学 培 养 学 生 的 科 学 探 究 兴 趣 和 热 情 体 验 到 探 索 自 然 规 律 的 艰 辛 与 喜 悦 ; 培 养 学 生 主 动 与 他 人 合 作 的 精 神 重 点 难 点 重 点 :. 猜 想 两 个 物 体 碰 撞 前 后 保 持 不 变 的 物 理 量 可 能 的 表 达 形 式. 如 何 合 理 测 量 物 块 碰 撞 前 后 的 速 度? 难 点 :. 如 何 创 设 从 特 殊 到 一 般 实 验 情 境 让 学 生 能 够 猜 想 两 个 物 体 碰 撞 前 后 保 持 不 变 的 物 理 量 表 达 形 式. 运 用 转 换 替 代 思 想 测 量 碰 撞 前 后 物 块 的 速 度 教 学 方 法 和 教 学 手 段. 教 学 方 法 : 运 用 物 理 科 学 探 究 和 实 验 探 究 相 结 合 的 教 学 模 式 实 施 教 学. 教 学 手 段 : 演 示 实 验 引 导 分 组 定 量 实 验 相 结 合, 多 媒 体 辅 助 课 前 准 备. 深 入 体 会 特 级 教 师 黄 国 龙 著 作 新 课 程 背 景 下 中 学 物 理 探 究 教 学 模 式 构 建 和 策 略 探 讨. 学 习 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 苗 元 秀 老 师 课 程 标 准 高 中 物 理 教 科 书 ( 人 教 版 ) 选 修 3-5 编 写 思 想 一 文 3. 教 学 环 境 : 物 理 实 验 室, 将 准 备 好 的 分 组 实 验 器 材 先 放 置 于 学 生 桌 下 4. 教 学 用 具 : 演 示 视 频, 自 制 半 定 量 研 究 一 维 碰 撞 实 验 装 置, 特 大 号 象 棋 四 个 ( 配 重 后 质 量 相 等 ), 用 光 具 座 纸 盒 子 填 细 沙 长 槽, 多 媒 体 课 件 教 学 过 程 3
第 6 期. 关 注 自 然, 观 察 实 践, 提 出 探 究 问 题 情 境 [ 观 察 视 频 图 像 ] 日 常 自 然 现 象 和 社 会 生 活 中 的 各 种 碰 撞 现 象 :. 汽 车 相 撞 ;. 体 育 项 目 台 球 比 赛 ;3. 天 体 星 体 碰 撞 ;4. 微 观 粒 子 碰 撞 ( 强 子 对 撞 机 宇 宙 大 爆 炸 试 验 模 拟 动 画 );5. 实 验 室 碰 撞 球 等 [ 课 堂 互 动 演 示 ]: 学 生 观 察 如 图 所 示 的 碰 撞 球 现 象 这 个 实 验 一 上 来 就 能 吸 引 学 生 眼 球 分 别 拉 起 个, 个,3 个,4 个 放 开 后 让 其 相 碰 撞, 观 察 碰 撞 前 后 的 对 称 运 动 现 象 可 以 让 学 生 用 自 已 的 物 理 语 言 来 描 述 以 上 现 象 学 生 会 提 出 运 动 小 球 的 速 度, 运 动 小 球 的 动 能, 运 动 小 球 的 高 度, 运 动 小 球 的 能 量 可 能 不 变 的 想 法 引 入 新 课 : 揭 示 自 然 生 活 中 的 各 种 碰 撞 现 象 的 普 遍 性 学 习 和 探 究 并 且 发 现 这 类 碰 撞 中 蕴 涵 的 物 理 规 律 是 很 具 有 科 学 价 值 和 社 会 意 义 的 () 从 实 际 碰 撞 到 一 维 碰 撞, 简 化 研 究 模 型 [ 师 生 对 话 ] 与 实 际 碰 撞 现 象 相 比 较, 一 维 碰 撞 是 简 单 的, 基 本 的 4
第 6 期. 一 维 碰 撞 : 两 个 物 体 碰 撞 前 沿 同 一 直 线 运 动, 碰 撞 后 仍 沿 这 条 直 线 运 动 () 利 用 对 比 实 验, 结 合 物 理 学 的 研 究 方 法, 揭 示 碰 撞 中 运 动 状 态 变 化 的 特 点, 提 出 猜 想 课 题 [ 对 比 性 实 验 ] [ 师 生 对 话 ] 通 过 对 比 实 验 发 现 : 现 象 : 质 量 相 等 的 A B 球 (A=B),B 球 静 止, 拉 起 A 球, 放 开 后 A 与 B 碰 撞,A 球 静 止,B 球 差 不 多 以 A 球 的 速 度 摆 起, 摆 到 与 A 初 时 等 高 现 象 : 质 量 不 等 的 A B 球 (A>B),B 球 静 止, 拉 起 A 球, 放 开 后 A 与 B 碰 撞,A,B 球 以 不 同 速 度 摆 起 现 象 3: 乒 乓 球 A 与 铁 球 B 球 (A<B),B 球 静 止, 拉 起 乒 乓 球 A, 放 开 后 A 与 B 碰 撞, 乒 乓 球 A 差 不 多 以 等 速 反 弹 摆 起,B 球 仍 静 止 [ 提 出 问 题 ] 两 个 物 体 碰 撞 前 后 速 度 都 发 生 变 化, 变 化 的 情 况 却 又 各 不 相 同 现 象 现 象 3 提 示 我 们 碰 撞 前 后 有 什 么 物 理 量 保 持 不 变? 现 象 更 加 一 般 性, 是 否 也 具 有 共 同 的 不 变 量 呢? [ 分 析 讨 论 ] 学 生 可 能 提 出 运 动 小 球 的 速 度, 运 动 小 球 的 动 能, 运 动 小 球 的 高 度, 运 动 小 球 的 能 量 保 持 不 变 教 师 运 用 感 性 实 验 现 象 引 导 学 生 由 感 性 到 理 性 的 思 考, 关 注 碰 撞 问 题 所 表 现 出 的 物 体 运 动 状 态 的 改 变 并 能 结 合 学 生 的 认 知 逻 辑 水 平, 引 导 学 生 提 出 合 理 的 猜 想. 灵 活 优 化, 充 分 结 合 运 用 物 理 实 验 探 究 和 科 学 探 究 教 学 模 式 开 展 教 学 () 创 设 感 性 实 验 猜 想 情 景, 引 导 学 生 进 行 猜 想 [ 引 导 猜 想 ] 碰 撞 前 后 物 体 质 量 是 不 变 的 显 然 并 不 是 我 们 追 寻 的 不 变 量 根 据 猜 想 的 一 般 原 理 由 简 单 到 复 杂, 由 单 一 到 多 样, 由 数 学 表 达 语 言 对 称 和 谐 出 发 一 个 物 体 的 速 度 在 碰 撞 前 后 是 变 化 的, 二 个 物 体 的 速 度 之 和 在 碰 撞 前 后 是 不 是 不 变 呢? 即 : v v v v [ 实 验 验 证 ] 引 导 性 提 问 : 猜 想 不 变 量 表 达 中 与 碰 撞 物 体 的 质 量 可 能 无 关 出 发, 符 合 猜 想 的 一 般 原 理 由 简 单 到 复 杂, 由 单 一 到 多 样, 符 合 科 学 语 言 对 称 和 谐 美 如 何 改 进 对 比 实 验 情 境 设 计 定 量 实 验 来 验 证 猜 想? 5
第 6 期 分 析 讨 论 : 实 验 中 如 何 保 证 碰 撞 是 一 维 的? 怎 样 测 量 两 个 物 体 的 碰 撞 前 后 速 度? 学 生 得 出 : 由 v gh 转 换 测 量 A,B 物 块 碰 撞 前 后 的 摆 起 的 高 度, 计 算 碰 撞 前 后 物 块 的 速 度 即 : h h h h 教 师 提 出 这 个 引 导 问 题, 是 发 挥 教 师 的 主 导 作 用, 引 导 研 究 方 法, 有 利 于 探 究 过 程 的 体 现, 避 免 课 堂 探 究 教 学 转 变 为 验 证 性 实 验 实 验 方 案 的 设 计 注 重 基 础 性, 继 承 性 和 迁 移 性, 避 免 学 生 实 验 设 计 的 形 式 化 [ 实 验 设 计 ]:( 参 考 案 例 二 学 生 提 出 交 流 完 善, 确 定 设 计 ; 改 进 的 装 置 如 图 所 示 ) 说 明 : 迁 移 和 继 承 引 课 实 验 的 情 境, 用 生 活 化 的 素 材 参 与 设 计, 体 现 碰 撞 的 一 般 性 和 情 趣 性, 激 发 学 生 实 验 探 究 的 动 机 和 创 造 性 思 维 的 火 花 单 线 摆 不 稳 定, 对 心 碰 撞 困 难 用 光 滑 图 板 限 定 和 大 号 象 棋 可 以 保 证 碰 撞 的 一 维 性, 通 过 对 象 棋 配 重 可 以 容 易 改 变 质 量 大 小 [ 实 验 操 作 ]: 说 明 : 通 过 贴 金 属 片 ( 元 硬 币 ) 或 打 孔 { 填 铁 砂 } 方 法 制 成 两 个 质 量 相 近 的 大 号 象 棋 控 制 条 件 (A =B=4.8g v=0) 用 天 平 测 量 将 A 拉 起 h 后 释 放,B 竖 直 静 止 悬 挂 A 摆 下 和 B 发 生 碰 撞 用 逐 次 逼 近 法 确 定 A,B 上 升 的 最 高 位 置 : 先 用 目 测 确 定 摆 上 升 的 最 高 位 置, 做 出 标 记, 然 后 再 重 复 碰 撞 几 次, 逐 次 修 正 出 准 确 位 置 从 图 纸 上 测 量 出,h h, h 的 数 值 数 据 记 录 :A =B=4.8 g 由 v gh 6
第 6 期 得 : h h h 碰 撞 前 碰 撞 后 h v h v h v h v 0 0 v+v v +v h h h [ 分 析 讨 论 ]: 猜 想 成 立 吗? 如 果 成 立, 是 否 具 有 普 通 性 呢? 从 特 殊 到 一 般 引 导 学 生 理 解 科 学 实 验 规 律 的 一 般 性 原 理 [ 实 验 操 作 ]: 说 明 : 改 变 A,B 物 体 的 质 量 关 系 通 过 贴 金 属 片 ( 元 硬 币 ) 或 打 孔 { 填 铁 砂 } 方 法 制 成 两 个 质 量 相 近 两 倍 的 大 号 象 棋 控 制 条 件 (A =50.0g B=4.8g v=0 个 元 硬 币 质 量 6.0g) 数 据 记 录 :(A =50.0g B=4.8g v=0) v gh 碰 撞 前 碰 撞 后 h v h v h v h v 0 0 v+v v +v h h h [ 分 析 讨 论 ]: 猜 想 v 并 不 是 普 通 成 立 二 个 物 体 的 速 度 之 和 不 是 不 变 量 在 A,B 碰 撞 中, 两 v v v 物 体 的 速 度 碰 撞 前 后 是 变 化 的, 发 现 二 个 物 体 的 速 度 之 和 与 碰 撞 物 体 的 质 量 是 有 关 的 质 量 是 不 变 的, 但 碰 撞 物 体 的 质 量 大 小 却 会 影 响 碰 撞 前 后 的 运 动 状 态 证 伪 了 猜 想 后 又 如 何 修 正 猜 想 呢? 猜 想 的 表 达 式 中 可 能 包 含 量 () 铺 设 证 伪 实 验 情 景, 引 导 学 生 进 行 猜 想 [ 引 导 修 正, 提 升 猜 想 ] 由 引 导 实 验 的 观 察 和 以 上 证 伪 过 程, 由 运 动 小 球 的 能 量 可 能 保 持 不 变 猜 想 : 二 个 物 体 各 自 质 量 与 自 己 的 速 度 平 方 乘 积 之 和 碰 撞 前 后 是 不 是 不 变 呢? 即 : v v ' v v ' v v v ' v ' [ 分 析 讨 论 ]: 由 : v gh 并 应 用 [ 实 验 操 作 ]: [ 实 验 操 作 ]: 的 数 据 记 录 可 以 发 现 只 要 验 证 : h h h h h h h 是 否 成 立? 7
第 6 期 碰 撞 前 碰 撞 后 h h h h 0 h +h h 学 生 : 猜 想 成 立 吗? 如 果 成 立, 是 否 具 有 普 通 性 呢? 从 特 殊 到 一 般 继 续 引 导 学 生 理 解 科 学 实 验 规 律 的 一 般 性 原 理 [ 实 验 操 作 3]: 说 明 : 通 过 在 象 棋 相 碰 的 侧 面 贴 上 强 性 的 双 面 胶, 如 图 所 示 控 制 条 件 (A = B=4.8g v=0) 将 A 拉 起 h 后 释 放,A 摆 下 和 B 发 生 碰 撞 使 A B 相 碰 后 粘 合 在 一 起 向 上 摆 用 逐 次 逼 近 法 确 定 A,B 上 升 的 最 高 位 置, 测 出,h h,h 的 数 值 数 据 记 录 :A =B=4.8g v gh 碰 撞 前 碰 撞 后 h h h h 0 (+)h [ 分 析 讨 论 ]: 发 现 当 A B 碰 撞 前 后 如 果 是 分 离 的 情 况 能 量 损 耗 较 小, 而 A B 碰 撞 后 粘 合 成 一 起, 这 样 的 相 碰 撞 过 程 中 能 量 明 显 有 较 大 的 损 耗 那 么 碰 撞 前 后 的 动 能 也 并 不 是 要 追 寻 的 不 变 量 通 过 在 前 面 的,,3 实 验 操 作 中, 引 导 学 生 由 简 单 到 复 杂, 由 熟 悉 到 继 承, 由 关 联 到 创 新 已 经 猜 想 证 伪 了 v v v v, 后 来 发 现 碰 撞 中 的 运 动 状 态 改 变 与 质 量 是 有 关 的, 又 证 伪 了 v v v v [ 修 正 提 升 猜 想 ] 那 么, 两 个 物 体 各 自 的 质 量 与 自 己 的 速 度 的 乘 积 之 和 是 不 是 不 变 量 呢? 即 : v v v v 说 明 : 学 生 对 碰 撞 问 题 既 熟 悉 又 陌 生, 要 求 学 生 直 接 猜 想 v v v v 是 困 难 的, 要 设 计 符 合 学 生 认 知 水 平 的 猜 想 情 境 和 台 阶 环 节 是 必 要 的 再 进 行 针 对 性 强 的 引 导, 在 猜 想 环 节 设 置 演 示 实 验 ( 有 一 定 半 定 量 性 质 的 ), 学 生 熟 悉 并 操 作 简 洁, 数 据 处 理 方 法 创 新 的 实 验 情 境 中 ( 而 不 是 复 杂 的 实 验 测 量 装 置 如 气 垫 导 轨, 光 电 门 等 ) 发 挥 教 师 的 主 导 作 用 再 给 定 器 材 的 实 验, 设 计 方 向 明 确, 可 以 降 低 难 度 也 容 易 让 学 生 理 解 猜 想 的 理 性 思 考, 从 而 实 现 过 程 探 究 的 教 学 过 程 8
第 6 期 [ 实 验 操 作 和 讨 论 整 合 ]: 结 合 实 验 操 作 3 三 次 实 验 数 据 记 录 环 节 [ 分 析 讨 论 ]: 发 现 当 A B 碰 撞 前 后 是 分 离 的 还 是 A B 碰 撞 后 粘 合 成 一 起 的,A B 质 量 相 等 的 还 是 A B 质 量 不 相 等 的 在 师 生 互 动 协 作 过 程 中 初 步 验 证 猜 想 是 否 具 有 普 通 性 呢? 从 特 殊 到 一 般 继 续 引 导 学 生 理 解 科 学 实 验 规 律 的 一 般 性 原 理 在 学 生 进 行 分 组 实 验 之 前, 继 续 创 设 悖 论 实 验 情 景, 铺 设 不 变 量 矢 量 性 内 涵 (3) 创 设 悖 论 实 验 情 景, 铺 设 不 变 量 矢 量 性 的 内 涵 [ 新 的 问 题 情 境 ]: 在 对 比 实 验 中 乒 乓 球 A 摆 起 后, 碰 撞 原 来 静 止 的 铁 球 B, 我 们 发 现 乒 乓 球 A 反 方 向 弹 回 来, 铁 球 B 几 乎 保 持 静 止 一 个 小 质 量 的 物 块 去 碰 撞 一 个 大 质 量 的 物 块 会 发 生 反 方 向 弹 回 的 现 象 这 也 是 一 种 碰 撞 现 象, 在 这 种 碰 撞 现 象 中 两 个 物 体 各 自 的 质 量 与 自 己 速 度 的 乘 积 之 和 是 不 是 不 变 量 呢? 即 : v 仍 成 立 吗? v v v [ 实 验 操 作 4]: 控 制 条 件 A =4.8g B=50.0g v=0 碰 撞 前 碰 撞 后 h v h v h v h v 0 0 h h + h [ 分 析 讨 论 ]: 我 们 发 现, 实 验 数 据 的 正 值 代 入, 对 于 上 述 过 程 碰 撞 前 后 h 和 h + h 并 不 相 同 这 是 为 什 么 呢? 这 里 创 设 一 个 悖 论 实 验 现 象, 为 理 解 这 个 不 变 量 的 矢 量 性 作 一 个 铺 垫 [ 渗 透 科 学 史 教 育, 理 解 不 变 量 的 矢 量 性 ] 笛 卡 尔 被 这 一 问 题 也 难 住 了 很 长 一 段 时 间, 直 到 被 荷 兰 物 理 学 家 惠 更 斯 解 决 在 牛 顿 所 著 的 自 然 哲 学 的 数 学 原 理 一 书 中 这 样 描 述 : 推 论 : 由 指 向 同 一 方 向 的 运 动 的 和 以 及 由 相 反 方 向 的 运 动 的 差 所 得 的 运 动 的 量, 在 物 体 间 相 互 作 用 中 保 持 不 变 引 导 学 生 发 现 如 果 引 入 方 向 的 正 负 性 的 话, h 与 h - h 具 有 相 等 性 的 特 征 (4) 进 行 分 组 实 验 实 践 将 学 生 分 成 3 大 组, 每 种 方 案 都 安 排 6 个 小 组 进 行 实 验, 拿 出 事 先 准 备 好 的 仪 器, 学 生 进 行 实 验 实 验 主 要 器 9
第 6 期 材 如 下 图 甲 图 乙 图 丙 图 丁 说 明 : 如 图 甲 原 装 置 水 平 要 铺 设 白 纸 和 复 写 纸, 关 键 是 碰 撞 小 球 要 反 复 弹 跳, 落 点 不 清 晰, 影 响 集 体 实 验 效 率 和 精 度 改 变 为 用 光 具 座 纸 盒 子 填 细 沙 长 槽 来 替 代 小 球 一 落 就 陷 下 细 沙 里, 落 点 单 一 清 晰 准 确, 非 常 利 于 测 量 而 且 小 球 在 实 验 室 里 也 不 会 到 处 乱 滚 这 个 填 细 沙 长 槽 还 可 以 用 于 如 图 丙 的 爆 炸 类 碰 撞 的 实 验, 实 验 简 便, 效 果 也 是 非 常 突 出 的 [ 探 究 结 论 小 结 提 高 ] 碰 撞 中 的 不 变 量 是 : 两 个 物 体 各 自 的 质 量 与 自 己 速 度 的 乘 积 之 和 即 : v v v v 并 且 碰 撞 中 的 不 变 量 v 具 有 矢 量 性 知 识 结 构 与 板 书 设 计 0
第 6 期 作 业 设 计. 利 用 其 余 时 间, 每 位 同 学 到 实 验 室 尝 试 再 做 一 种 不 同 方 案 的 实 验. 这 本 节 课 程 中 的 实 验 方 案 设 计 里, 关 于 两 个 物 体 碰 撞 前 后 的 速 度 测 量 方 法 有 哪 些? 你 觉 得 哪 种 测 量 方 法 对 你 有 所 启 发? 3. 某 同 学 选 取 了 两 个 体 积 相 同 质 量 不 等 的 小 球, 按 下 述 步 骤 做 了 如 下 实 验 : 用 天 平 测 出 两 个 小 球 的 质 量 分 别 为 和, 且 >. 按 照 如 图 所 示, 槽 的 末 端 切 线 水 平 将 另 一 木 条 竖 直 固 定 在 右 侧 图 3 先 不 放 小 球, 让 小 球 从 斜 槽 顶 端 A 处 由 静 止 开 始 滚 下, 在 竖 直 面 上 的 落 点 位 置 E 4 将 小 球 放 在 斜 槽 前 端 边 缘 处, 让 小 球 从 斜 槽 顶 端 A 处 滚 下, 使 它 们 发 生 碰 撞, 记 下 小 球 和 小 球 在 斜 面 上 的 落 点 位 置
第 6 期 5 找 出 小 球 放 在 斜 槽 末 端 时 小 球 球 心 对 应 的 木 板 上 的 等 高 点 C 6 用 刻 度 尺 量 出 各 落 点 到 C 位 置 的 距 离, 图 中 D E F 点 记 下 的 三 个 落 点, 到 C 点 的 距 离 分 别 为 LD.LE LF 请 回 答 下 列 问 题 : () 小 球 与 发 生 碰 撞 后, 的 落 点 是 图 中 的 点, () 用 测 得 的 物 理 量 来 表 示 碰 撞 中 的 不 变 量 的 等 式 图 (3) 如 果 实 验 的 装 置 改 变 为 如 图 所 示 的 情 境 时, 用 测 得 的 物 理 量 来 表 示 碰 撞 中 的 不 变 量 的 等 式 说 明 : 利 用 学 生 实 验 情 境 产 生 变 式 和 学 生 对 碰 撞 物 体 速 度 测 量 的 转 换 思 想 理 解 水 平 出 题, 检 验 学 生 的 实 验 操 作 感 受, 深 化 学 生 对 实 验 过 程 和 内 涵 的 理 解 参 考 资 料 :. 黄 国 龙, 新 课 程 背 景 下 中 学 物 理 探 究 教 学 模 式 构 建 和 策 略 探 讨, 上 海 科 学 普 及 出 版 社,005 年 月. 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 苗 元 秀 老 师 课 程 标 准 高 中 物 理 教 科 书 ( 人 教 版 ) 选 修 3-5 编 写 思 想 3. 物 理 选 修 3-5 教 师 教 学 用 书 人 民 教 育 出 版 社 4. 王 海 岳 动 量 概 念 教 学 的 思 考 物 理 教 学 005.4