人教版物理教材可读性不强,全是知识点的罗列,不够吸引人,和美国高中物理教材《principles and problems》相比,虽然两本教材都有例子,图片和数学分析,但是我们的课本总是将实物图片和数学分析分离开来,而美国高中的物理教材中的数学分析经常是建立在实物图片上的,以运动为例,如图,美国教材中的坐标系是建立在图片上的,而人教版必修一中的坐标系是抽象出来的。
我认为将实物图片和数学分析结合在一起,有助于学生从形象的运动往抽象的模型中转换,更容易接受这样的分析方法,帮助学生主动建模,第二,是将动态的运动转化为图片,但是图片也显示出运动的效果。根据上面的想法,我以平抛运动为例,做了如下的教学设计。
一、引入:
利用思维导图,复习运动的分类,给下面的课做铺垫
利用和学生之间抛接篮球,引入抛体运动的概念。
抛体运动:以一定速度抛出,在空中只受重力的运动。
提问:物体做抛体运动条件苛刻吗?为什么?
学生答:苛刻,不可能只受重力,有空气阻力
教师:所以抛体运动是一个理想模型,在阻力远小于重力时也可看做抛体运动。
实验:马格努斯滑翔机
提问:纸杯做的是不是抛体运动?
学生:不是,空气给的力不能忽略
教师:由于物体抛出时的速度方向不同,抛体运动被分为竖直上抛,竖直下抛,斜抛和平抛。
我们今天就来研究平抛运动。
二、认识平抛运动
速度与激情7片段播放,让学生感性的认识平抛运动,
让学生观察从视频中截下的图片,讨论能得到什么信息?
学生讨论回答:
曲线
车头方向在变化,速度方向在变化
只受重力,a不变
得到平抛运动的定义:以水平初速度抛出,只受重力的运动。(理想模型)
做平抛运动的条件:1、初速度水平,2、只受重力
速度方向:沿轨迹上该点的切线方向,方向始终在变,是变速运动
性质:匀变速曲线运动。
研究平抛运动
如何研究平抛运动的轨迹、位移和速度呢?
利用几何画板来看物体的位移,当移动B点时,物体的位移大小方向都在变化,移动C点时,速度的大小和方向也在变化,位移能直接用进行计算吗?速度能直接用进行计算吗?
学生:不能,分解成直线运动
提问:那平抛运动可以分解吗?
介绍物理学史:亚里士多德说过运动不能分解
提问:你觉得呢?如果可以分解,怎么分?为什么这么分解?
学生:可以,分解成水平方向的运动和竖直方向的运动,这样研究起来简单方便,因为汽车在向前运动的同时还在向下落。
猜想:汽车在水平方向做什么运动?在竖直方向做什么运动?说出你的理由。(讨论2分钟)
学生:水平方向不受力,因为惯性,做匀速直线运动
竖直方向受重力,做匀变速直线运动(自由落体运动)
实验验证,并且放慢动作视频,随时停止,看水平和竖直运动的同时性,并用几何画板模拟运动
水平方向:匀速直线运动
竖直方向:自由落体运动
假设汽车从A点到B点的时间为t,则B点位置坐标:
消去t,得到轨迹方程
得出轨迹是抛物线。
研究位移
研究速度
四、应用:自由落体炸弹
思考:
(1)若以地面为参照物,则这些炸弹做什么运动?
(2)飞机上的观察者看到炸弹做什么运动?
猜想:
(3)炸弹在空中的时间由什么决定?
(4)炸弹飞行的水平距离由什么决定?
试着用吸管和电池来证明你的猜想
男生:第一次用力吹,第二次轻轻吹,看哪次电池飞得远
男生:第一次站在桌子上用力吹,第二次半蹲着用力吹,看哪次电池飞得远
女生也来尝试
小结
本节课的主线就是那张图片,整节课始终都在研究图片中汽车的运动轨迹,从现象中寻找知识,理论分析内在原理,实验验证理论猜想,并且将规律运用于现实,利用做简单但是学生没有见过的实验吸引学生的注意,用学生感觉震撼的图片,用学生感觉壮观的视频,来吸引学生,抓住学生的兴趣点。
一、变静为动
我将动态的视频截成了很多张图片,然后将这些图片合成为一张,将静态的图片做成了动态的效果,很好地还原了视频中汽车的运动轨迹,视觉效果很震撼,整节课都以这张照片为主线,研究汽车的运动,从图片中能清楚地看出汽车在向前运动的同时还在向下落,所以根据等效性原则,可以将这样的运动进行分解。
在研究平抛运动的位移和速度时,我也用了几何画板形象直观地描述了物体的位移和速度,发现在移动B点时,位移和速度的大小方向都在变化,那就不能直接使用在必修一中学过的位移随时间变化公式以及速度随时间变化公式了,从上面的运动分解引出位移也可以分解,最后速度的分解。
二、变抽象为形象
在平抛运动的教学中,教师一般都用如图的方式讲授平抛运动,但是我认为光秃秃的图像让学生感觉到枯燥乏味,太抽象了,所以我用上面的图为背景,在图上描出运动轨迹,从而进行研究,将抽象的平抛曲线形象的表现了出来,便于学生的理解和接受。
反思:这节课从一开始就能够通过视频中非常壮观的现象吸引学生的眼球,并且将视频中的图截取出来做成图片,整节课都是以这张图片为主线,对图中汽车的运动进行了分析,先从图像中寻找有用的信息,然后整合成为平抛运动的定义,条件和性质。
在分析平抛运动的过程中,我利用了几何画板,当移动B点时,位移和速度的大小和方向都发生了变化,因此不能够直接运用之前学过的匀变速直线运动位移随时间变化的关系和速度随时间变化的关系。因此想到上节课学过的运动的分解,然后让学生思考应该怎么分,为什么这么分,提出物理研究的简单性原则。将平抛运动分解为水平方向运动和竖直方向运动之后,再让学生思考汽车在这两个方向分别做什么运动,说出理由。学生很容易想到,因为惯性,水平方向速度不变,竖直方向受到重力作用,速度增加,做自由落体运动。
实验验证猜想,在实验的过程中,我分别做了平抛运动水平方向与匀速直线运动的同时性,竖直方向与自由落体运动的同时性的实验研究,并且通过视频慢动作,观察到了它们的确是同步的。得到水平方向做匀速直线运动和竖直方向做自由落体运动的规律后,我让学生自己推导和板书得到平抛运动的轨迹方程,位移和速度,体现了学生的主观能动性。最后给学生介绍了自由落体炸弹,让学生思考以不同的参考系看炸弹的运动轨迹是否一样,并且猜想炸弹在空中运动的时间由什么决定,水平距离又由什么决定。并且利用吸管吹电池的实验进行了猜想的验证。学生自己上讲台来吹电池,表现得很积极。
整节课氛围很好,但是我有一个问题始终没搞明白,究竟应该先讲速度,然后位移,再然后轨迹方程,还是应该先讲位移,然后速度,再然后轨迹方程,还是应该先讲轨迹方程,然后再讲位移,再讲速度。在必修1学习直线运动的过程中,我们是先确定的轨迹,然后建立坐标系,然后讲位移,最后讲速度,这是符合人的认知顺序的,一个运动,首先你关注的应该是轨迹,然后是位移,最后是速度。但是在必修2第一节运动的实例中书上先讲了位移,再讲了速度,最后讲轨迹方程,而在第二节平抛运动中,书上是先讲了速度,再讲了位移,最后讲的轨迹方程。教科书想要交给我们的究竟是什么呢?我认为在知道两个方向的分运动之后,无论先研究什么都是可以的,都是应用已经掌握的知识,这边的梯度应该是水平的,没有什么梯度。
究竟是先猜想还是先实验,我认为应该是先猜想,后实验,可能有人会说先实验让学生看现象可以降低难度,但是我认为这是错的,先猜想后实验,这是物理学研究的规律,没有猜想,实验究竟看什么,猜想是为了提供实验的目标,有了猜想才有了实验的目的,是为了验证猜想,所谓的探究实验根本就不符合物理研究的规律,物理大多数都是验证性实验,基本都是根据猜想设计实验,然后在验证实验结果和猜想是否一致。