DIS实验探究教学初探--机械能守恒定律的教学设计王剑【专题名称】中学物理教与学【专题号】G36【复印期号】2010年04期【原文出处】《物理教师:高中版》(苏州)2009年11期第42~43,51页【作者简介】王剑,中山市中山纪念中学(广东中山528454)。新课程改革要求课堂教学能营造自主学习的情景、提供合作探究的机会、整合各种信息资源,教师能适时地对学生进行引导和评价。对于探究实验课的教学,在实验数据的收集量大、处理复杂的情况下,往往让学生课后自行处理实验数据和分析结论,这样教师就无法真实及时掌握实验的效果,也无法及时评价,甚至有时错过了学生在实验时闪过的思维的火花。如何在实验中提高数据收集的准确性,高效处理数据得出结论还能适时评价呢准确迅速采集数据,处理数据手段丰富形象是DIS(数字化??息系统)实验的特长,而网络互动又能即时反馈,由此笔者在平时的教学实践中尝试一种基于DIS和局域网互动评价的教学模式,并用于机械能守恒定律的教学设计。一、教材分析与教学设计思想通过先前的学习,学生已经具备了直线运动、曲线运动的规律及功能关系、动能、势能、机械能的基本概念。现行的高中各种版本的教材都采用了先进行实例展示,再进行理论推导得出机械能守恒公式和条件,最后用实验验证机械能守恒的教学顺序。这种"演绎"式的安排,教学思路清晰,教师可以从容组织课堂教学,然而笔者认为这种教学下使学生不免处于被动接受的地位,失去了探究的机会,验证实验也限制了学生的思路,难以发挥学生学习的主动性和积极性。如何更好地解决这个问题呢建构主义理论认为教学应从认知规律出发,设计适当的问题情景,??学生能协作地"做",在"做"中学,通过协作和互评对话,完成对知识的意义建构。如果能将机械能守恒的验证实验改为探究实验,先让学生从几种典型的运动形式(如自由落体运动、光滑斜面的匀加速直线运动等)中得到动能与重力势能在每个时刻的总量与各分量之间的定性关系。利用实验中的数据和图像先总结出守恒的形式,然后从理论上推导出守恒的对称式公式和改变量式公式,这样就完成了一个从实验到理论,再从理论到实验的科学探究的过程,帮助学生理解守恒的条件,完成对机械能守恒从形式到内容的意义建构。基于这一思想教学流程如图1所示。图1二、教学背景学生能够熟练掌握运动学、动力学、功能关系等知识,以及牛顿第二定律、动能定理等实验探究过程。同时,学生能够熟练应用运动传感器、图形数据采集器等仪器设备和在教师指导下会操作DataStudio软件,并且会利用局域网建立共享文件夹并且上传或下载文件。三、教学目标(1)知识和技能目标分析实际问题中物体运动过程中的动能、势能变化;能从物理现象及实验中归纳出机械能守恒定律,理解机械能守恒定律的含义及适用条件;学会在具体问题中判定物体的机械能是否守恒,以及应用能量转化和守恒的观点来理解物理现象、分析物理问题。(2)过程和方法目标通过分析物体运动状态,提出问题,自主设计实验探究的过程,拓宽学生的思路,培养学生的创造能力;在实验的过程中,培养学生的观察能力、推理能力、实验探究能力,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理研究中的作用;通过一次科学探究过程,初步认识科学探究的意义;在整个过程中通过小组交流、讨论,培养学生与人合作的能力??信息交流能力。(3)情感态度和价值观目标激发学生对科学的好奇心与求知欲,使他们体验探索自然规律的艰辛与喜悦,并能理解应用自然规律解决实际问题;在结论分析中使学生进一步认识突出主要矛盾的哲学思想;通过机械能守恒定律的教学,使学生认识到物理规律的对称美。四、教学过程(1)引出问题(生活体验)情景1:展示翻转过山车的视频,在学生们的惊叹声中引入本节课的内容:运动过程中物体的动能和重力势能怎样变化(2)课堂演示实验(观察与思考)情景2:沿倾斜的光滑导轨下滑的小车。猜想在下滑过程中的小车的位移、速度、动能、重力势能随时间分别怎样变化结合课前实验准备的实物装置(如图2所示),学生分组讨论分析如何设置小车在下滑过程中任一位置时位移、速度、动能与重力势能的表达式。图2小车在下滑过程中动能与重力势能相互转化,引导学生大胆猜想:动能的变化量和势能的变化量相等;动能与重力势能的总量即机械能不变。(3)陈述实验设计思路各小组讨论实验设计思路及实验仪器的选择,其他组学生可以提出建议和意见,本组学生修正自己的方案。方案1:探究小车在下滑过程中各个时刻动能、重力势能以及动能与重力势能之和(机械能)的变化关系。各量的表达式:,需要说明的是这里的位移与速度分别用x、v来代替,小车质量m=0.313kg,重力加速度取,h是指斜面长为50cm时的高度差,该值需要根据每组实验装置来测量确定。在DataStudio软件中的数据设置如图3所示。教师可以将这个文件设置后保存在共享文件夹中以"方案1"