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高中物理《自由落體運動》教學方案
【課標要求】
(1)通過史實，初步了解近代實驗科學產生的背景，認識實驗對物理學發(fā)展的推動作用。
(2)經歷勻變速直線運動的實驗研究過程，了解勻變速直線運動的規(guī)律，體會實驗在發(fā)現自然規(guī)律中的作用。
【教材分析】
選自人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理》(必修1)第二章《勻變速直線運動的研究》第四節(jié)《自由落體運動》。
落體運動是一種常見的運動，伽利略對自由落體運動的研究意義重大。關于自由落體運動的學習分成兩節(jié)來講授。本節(jié)按照伽利略對自由落體運動的研究過程和科學思維過程，使學生認識自由落體運動。下一節(jié)通過演示、實驗、分析得出自由落體運動的規(guī)律，明確重力加速度的意義，使學生對自由落體運動規(guī)律有具體、深入的認識。
【學情分析】
在前面的教學中，學生已經初步掌握了平均速度、瞬時速度、加速度的概念，并用電磁打點計時器研究過勻速直線運動和勻變速直線運動，同時對物理學中的理想模型有了一定的認識，具備了初步的邏輯思維能力和運用控制變量的研究方法。
【任務分析】
教學問題從生活中來(通過“測反應時間”的游戲，引起學生的興趣、質疑，引出課題)→運用合作學習方式展開討論(引導學生注意直覺經驗和邏輯推理的矛盾，使學生明確下一步要解決的問題)→利用分組實驗組織學生進行實驗探究(引導學生與情景對話，學生之間協商，積極主動的建構自己的知識和邏輯思維)→討論問題，回到生活中(利用錢毛管的演示，使學生認識到探究現象背后的實質原因是必須考慮外界因素的影響)→學生自主實驗探究自由落體運動(對物體情景的分析，實驗數據的處理，逐步引導學生探究物理情景之間的物理量的關系)
【教學目標】
1、知識與技能
(1)認識自由落體運動，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運動是在理想條件下的運動。
(2)能用打點計時器得到相關的運動軌跡，并能自主分析紙帶上記錄的位移與時間等運動信息。
(3)初步了解探索自然規(guī)律的科學方法，培養(yǎng)學生的觀察、概括能力。
2、過程與方法
通過對落體運動的實驗探究，初步學習使用變量控制法。
3、情感態(tài)度價值觀
(1)通過實驗探究落體運動的規(guī)律，激發(fā)學習興趣，增強求知的欲望。
(2)調動學生積極參與討論的興趣，培養(yǎng)邏輯思維能力及表述能力。
(3)滲透物理方法的教育，在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型──自由落體。
(4)培養(yǎng)學生仔細觀察、認真思考、積極參與、勇于探索的精神。
(5)培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度和實事求是的科學作風。
【重點難點】
1、對自由落體運動概念的認識和理解。
2、“觀念→思考→推理→猜想→驗證”是本節(jié)的重點思路，也是培養(yǎng)良好思維習慣的重要過程。
【設計思想】
現代學習理論認為學生進入課堂學習之前對世界和事物有先入為主的認識，教師的教學要引導學生闡發(fā)他們已有的理解，激起新舊知識的矛盾，進行有針對性的教學。
為了全面完成各項教學目標，本節(jié)教學設計以實驗探索為主線，充分展現隱含在本節(jié)內容中的科學探究方法和科學思維方式。首先，通過“測反應時間”的實驗游戲激發(fā)學生學習興趣，引出研究的問題──落體運動，接著從生活經驗和亞里士多德的觀點出發(fā)進行巧妙的推理，使亞里士多德的理論陷入自相矛盾的境地，引起學生探究的興趣。在此基礎上學生自主進行實驗探究，通過對實驗結果的分析和討論得出初步結論，提出物體下落快慢與質量無關的設想;再進一步通過教師演示“毛錢管”實驗進一步驗證設想。最后再由學生自主進行實驗探究，利用打點計時器，記錄自由落體運動的信息，為下一節(jié)定量地探究自由落體運動規(guī)律做好準備。
由于本節(jié)課學生自主實驗探究的活動較多，故采用學生分組實驗模式進行課堂活動，以小組為單位進行教師引導下的科學探究，加強小組同學間的討論與交流，師生間的相互反饋，培養(yǎng)學生合作學習的精神。課堂以問題和小組交流貫穿教學的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。
【教學方法】
教師演示、引導，學生實驗探究，討論、交流學習成果。
【教學過程】
一、引入新課
我們已經學習勻變速直線運動的規(guī)律，下面我們一起來研究我們常見的運動──落體運動。
二、進行新課
1.活動設計：測“反應時間”
教師活動：課前設計制作好“測反應時間尺”(在一約50cm長的尺的一面標記上自由下落對應長度所用的時間，以一面朝向學生)
引出問題：“一般刻度尺是用來測量什么的?”
學生活動：學生習慣性回答：測長度。
教師活動：老師手中的這把尺很神奇，它不僅能測量長度，還能測量時間，并且能測出同學們的大腦反應時間，誰想知道自己的大腦反應時間是多少?可以用我的這把尺來測量。(選3～4名學生上來玩“測反應時間”的游戲。)
學生抓住尺的同時就報出其反應時間，可采用“比比誰的反應時間短”的方式調動學生積極性。(實際教學效果表明學生對這一活動非常感興趣，踴躍參與)
設計說明：在此將教材中的“做一做”欄目中的“測定反應時間”改為放在課前引入，目的是通過這一游戲產生“驚奇”效果，激發(fā)學生探究的興趣，增強學生的感性認識，激發(fā)學習物理的興趣，活躍課堂氣氛。
2.引入課題
教師活動：同學們一定想知道這把尺為什么能測出你的反應時間。它的“奧秘”與我們今天要認識和研究的一種運動密切相關。
錄像演示：
a.石頭從空中落下
b.重力使屋檐下的雨滴下落
c.樹葉從樹上豎直飄落
教師引問：觀察并指出以上物理情景中物體相似的運動特點。
學生活動：觀察，思考，總結。
教師活動：教師在學生表述的基礎上總結：畫面中的物體都是從高處落到地處，這類下落的運動稱為落體運動，這節(jié)課我們一起來研究落體運動是否具有一定的規(guī)律。
設計說明：從生活中構建物理情景或模型，以培養(yǎng)學生在生活中聯系物理知識的好習慣。
3.關于落體運動的進一步思考
A.提出問題
落體運動的快慢與什么因素有關?(可以用觀看賽跑的生活情景來說明我們研究物體運動往往首先關心的是物體運動的快慢，從而直接引入該問題)
(1)提示學生想象生活中經常見到的落體運動(或具體舉例)。
提出疑問：以經驗來看是否重的物體一定下落得快?
(2)直接經驗：重得物體下落快──也是歷史上亞里士多德認可的觀點(簡介亞里士多德)。
學生小組內相互交流對落體運動快慢的經驗感受。
設計說明：此環(huán)節(jié)將對落體運動的研究落實在其運動的快慢上，直接問“是否重的物體一定下落得快”是為了更易進入主題。
B.引導學生從亞里士多德的觀點進行邏輯推理，得出矛盾。
相互矛盾的結論既是對學生頭腦中錯誤概念的震撼，也是激發(fā)學生進一步學習的手段，學生進行邏輯推理，可相互討論，然后小組代表舉手發(fā)言，其余傾聽、思考。
邏輯推理為后面的研究指明了方向，使學生明確下一步要解決的問題。
C.組織學生進行實驗探究
(1)教師引導學生設計實驗，分別用一枚硬幣(一元的效果不錯)、兩枚和硬幣大小面積相同的硬紙片、一枚粘有硬紙片的硬幣、一粒小塑料球，一團棉花(質量要比小塑料球的大)來比較輕重不同或相同的物體下落快慢。
�、僖幻队矌排c一枚與硬幣面積相同的紙片等高同時下落，比較下落快慢。
�、谝幻队矌排c一枚粘有面積相同的紙片的硬幣等高同時下落，比較下落快慢。
�、蹖⒁幻队布埰瑘F成團，與另一枚大小面積相同的硬紙片等高同時下落，比較下落快慢。
�、芤涣Ｐ∷芰锨蚺c一大團棉花等高同時下落，比較下落快慢。
設計說明：學生實驗過程中教師在各個小組間巡視，收集學生實驗過程中會出現的問題，引導學生在實驗操作時如何創(chuàng)設實驗條件(如怎樣保證等高同時釋放等);啟發(fā)學生注意總結實驗現象中兩物體下落快慢與物體輕重進行關聯比較。
學生準備材料：硬幣、紙片。課前要求學生準備材料時并沒有告知學生具體用途，學生對此充滿好奇，這也從一個側面調動了學生的學習興趣。
(2)學生進行實驗與探究，小組成員分工進行實驗操作、觀察記錄，在實驗現象的基礎上進行分析、討論，得出本小組的結論。
結論一般有三種情況：
A.重的物體下落快;B.輕重不同而下落快慢相同;C.輕重相同而下落快慢不同。
考慮到如果能有與直覺經驗完全相反的現象出現，學生的認識會更明確，故增加了“一粒小塑料球與一大團棉花下落快慢比較”的實驗設計，體現“輕的物體可以比重的物體下落快”。
(3)分析小節(jié)
(a)選小組代表描述所觀察的實驗情景及小組的討論。
(b)在學生探究的基礎上教師講解，引導學生明確：實驗結果顯示出物體下落快慢與其質量沒有必然聯系。
設計說明：教學的重心應放在精心準備的語言講解上，歸納、認識、分析、發(fā)現。作出科學猜想，然后驗證猜想，對學生進行科學方法教育，強化學生對自行探究問題的過程與方法的理解。此處由學生做結論時可以的，但學生的結論不應是最后結論，最后結論應是教師給出的，以加深學生的認識。
4.進一步探究影響物體下落快慢的因素
(1)引問：既然物體下落快慢與其質量沒有必然聯系，實際生活中物體下落快慢不同可能是受什么因素的影響。
學生從實驗現象和生活經驗可以猜想到是空氣阻力影響。
(2)猜想：影響物體下落快慢的因素是空氣阻力嗎?
教師演示實驗，驗證猜想：毛錢管實驗。(可考慮用電腦課件，老師同步講解。)
(3)引導學生從觀察到的實驗現象得出結論。猜想、觀察、思考、理解、體會。學生在教師的引導下可以從實驗中得出結論：物體下落受到空氣阻力的影響。沒有空氣阻力時，物體下落過程中運動快慢與質量無關。
通過毛錢管實驗使學生認識：(1)探究現象背后的實質原因必須考慮或排除外界因素干擾。(2)科學實驗是科學探究的有效方法。
5.自由落體運動的概念
(1)概念引入
引問：由于落體運動受到空氣阻力影響，要想研究落體運動就必須排除空氣阻力，那么，如果物體在下落過程中忽略空氣阻力，物體的受力有什么特征。
學生以原有的力學基礎可以很快答出：忽略空氣阻力，則物體只受重力作用。
(2)自由落體運動
物體僅在重力作用下，從靜止(即初速度為零)開始豎直下落的運動，叫做自由落體運動。
學生思考，聯想，答問。概念認識強調自由落體運動實際上是一種理想條件下的運動，實際生活中物體受到空氣阻力，但一般重力大于空氣阻力。
6.學生自主實驗探究自由落體
(1)引問：若要研究某種運動規(guī)律，我們可以采用怎樣的方法和器材?
學會回顧前面學習勻變速直線運動的體驗，可想到：利用打點計時器采用示蹤(軌跡記錄)法研究。
(2)組織學生分組實驗：利用打點計時器記錄重物的下落過程。(提醒學生操作注意事項)
(3)引導學生思考、討論如何合理利用紙帶記錄的信息作初步分析：
A.軌跡──直線 方向──豎直向下
B.變速──速度越來越大──比較相等時間內發(fā)生的位移。
小組實驗、操作、記錄、思考、交流討論，
(可提醒學生課前復習打點計時器的工作原理，重點強調任意兩個相鄰點(無論勻速或變速)的等時性。)
7.引導思考討論
引導學生認識到研究運動規(guī)律的方法之一為尋找位移與時間的關系，故可以想到做s-t圖象，分析推測自由落體運動規(guī)律。
基于本實驗的特點，不容易確定起始點，故不方便準確測出s，從而給s-t圖象的得出帶來一定難度，這一點可在下一節(jié)課探究自由落體運動規(guī)律時解決。
三、課堂總結、點評
教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。
學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。
設計說明：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力。讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架
【板書設計】
2.4自由落體運動
一、測“反應時間”
二、生活中的落體運動
三、關于落體運動的進一步思考
1.落體運動的快慢與什么因素有關?
2.實驗探究
四、進一步探究影響物體下落快慢的因素
五、自由落體運動
【教學后記】
本節(jié)課從學生的“測反應時間游戲”引入，創(chuàng)設問題情景，建立問題期待，有效的激發(fā)學生學習的動機。從生活情景中構建物理情景或模型，有利于學生將所學的科學知識與社會，生活實際相聯系;在教學中，學生經歷的實驗探究全過程就是一個學生充滿興趣和動力去不斷解決問題的過程，學生從中能體會逐步解決問題的方法，提高解決問題的能力，小組內的討論與交流活動能有效的培養(yǎng)學生的合作學習能力。
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