“自由落体运动”的教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,自由落体运动论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2002年10月26日，我参加了第五届全国中学物理青年教师教学大赛，获得一等奖.授课的内容是：人教社高一物理课本（试验修订本）第二章第八节——“自由落体运动”，这节课的教学设计思想主要体现在以下四个方面：
一、重视科学方法教育
伽利略开创了研究自然规律的科学方法——抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法，在其后的几百年时间里，物理学逐渐发展成为科学知识与科学方法相结合的自然科学.因此，在物理教学中，指导学生学习科学知识的同时，还应当重视科学方法的教育.
“自由落体运动”这节课的教学中，有两段教学内容都体现了对学生进行科学方法教育：
1.物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的
启发学生观察思考：落体运动很常见，你们仔细观察过落体运动吗？
演示：从同一高度同时释放石头和羽毛，再释放金属片和纸片.可以看到：石头比羽毛下落得快，金属片比纸片下落得快.类似的现象在生活中很常见.早在公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快.
[提出问题]是不是重的物体一定比轻的物体下落得快？
[实验研究]利用面积相等的金属片和纸片，设计小实验，动手做一做，并对看到的现象进行说明.
学生的实验方案可能有：将纸片团成纸团，纸团、金属片同时释放；将纸片团成纸团，纸团、纸片同时释放；金属片、纸片呈竖直同时释放；纸片放在金属片上，释放；等等.
实验方案虽然不同，但是，通过观察、分析实验现象，得出的结论是相同的.
[得出结论]重的物体不一定下落得快.
[逻辑推理]意大利的物理学家伽利略有一个很巧妙的推理：假设“重的物体下落得快”是正确的，那么大石头要比小石头下落得快.把两块石头用绳拴在一起下落，大的就会被小的拖着减慢，整体比大的单独下落要慢.可是，两块石头加起来比那块大的还重，由此我们得出的结论是：重的物体下落得反而慢.可见，结论与假设相矛盾.所以，重的物体不一定下落得快.
显然，轻的物体也不一定下落得快.
[得出结论]物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的.
2.自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
初步观察小球做自由落体运动，可以知道：自由落体运动是加速直线运动，而且初速度为零.
[提出猜想]自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动吗？
指导学生回顾初速度为零的匀加速直线运动的规律：
速度V[，t]=at，位移s=1/2at[2]，其中s∝t[2].
[实验验证]利用自由落体仪、光电计时装置和计算机进行实验研究，通过实验研究知道：s∝t[2].
[得出结论]大量的实验可以证明，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
二、渗透人文教育
物理学史是一部人类的进步史，每一项重大的发现，都联系着社会，联系着人.许多物理学家的治学态度、研究方法，以及他们的人格、品行，都是我们学习的榜样.因此，物理学史中蕴藏着极其丰富的人文思想.在指导学生学习物理知识的同时，适当进行一些学史的介绍，就能潜移默化地对学生进行人文教育.
在进行“自由落体运动”的教学前，教师应当指导学生课前预习：阅读课本上的阅读材料——伽利略对落体运动的研究，还可以阅读伽利略的传记.号召学生不仅要学习伽利略研究自然规律的科学方法，还要学习他尽管身处逆境却始终不屈不挠地探求真理的精神.
教师还应当指导学生正确评价亚里士多德在科学发展史上的地位：亚里士多德是古希腊的圣人，恩格斯称他是最博学的人.他的著作很多，对西方的哲学和自然科学的发展都有很大的影响.限于当时科技发展的水平，他在物理方面的论述，今天看来很多是不恰当的.但是，在两千多年前他能够通过观察、归纳，形成自己的一套理论体系，已经很不简单了.
三、引入新的教学理念
新的教学理念明确指出了三个维度的教学目标：知识和技能；过程和方法；情感、态度和价值观.因此，在设计教学时，不能只考虑知识目标，还应兼顾另外两方面的教学目标.
在“自由落体运动”这节课中，“测定反应时间”的教学使这三个维度的教学目标融于一体：
1.师生合作做一个小游戏
教师出示一枚金属小书签，用两个手指捏住书签上端.请一位学生，伸出拇指和食指，在书签下端做捏书签的准备.告诉学生，如能捏住，就送给他做纪念.
在学生注意力不集中时释放书签（措施：教师若无其事地对学生说：这枚书签漂亮吧.说的同时，松手），学生一般捏不住.可鼓励该生再捏一次，这次教师要有意识地让他捏住（措施：书签的下端距学生的手远些）.
然后，教师指出这个小游戏能检验人反应的灵敏程度，引出“反应时间”的概念.
2.指导学生设计一个测定反应时间的实验
看到桌上的直尺（带刻度、长30cm），联想到刚刚做过的小游戏，多数学生已经有了一些想法.
请一组学生谈谈他们设计的方案：原理、器材、怎么操作、怎么读数、怎么计算出反应时间.其他组学生不断补充.最后，形成完整的实验方案：
[原理]人的反应时间等于直尺下落的时间.
[器材]直尺、计算器.
[操作]一人捏住尺子的上端，保持直尺竖直不动.另一人两手指呈捏的姿势，在直尺的下端零刻度处等待.前者释放，后者捏住（注意后者要紧盯着前者的手，且在捏的过程中后者的手不能向下移动）.
[读数]测出直尺下落的距离s，即后者捏住处的刻度值.
[处理数据]根据位移公式s=1/2gt[2]可计算出直尺下落的时间，即人的反应时间t=
.
学生分组做实验，测定自己的反应时间.
3.教师用一根“神秘”的尺子检测学生，直接读出反应时间
让学生猜一猜这根尺子的奥秘.
学生经过思考能够明白，教师事先完成了时间和位移的转换，把时间标在了尺子上.
这样就制成了一把“反应时间测量尺”.
4.提出一个研究性学习小课题
建议学生在课外动手做一把“反应时间测量尺”，用它跟踪检测自己的反应时间；检测不同人群的反应时间（性别、年龄、职业等）.研究采集到的数据，总结出反应时间跟哪些因素有关？等等.
四、应用现代信息技术
以计算机和互联网为代表的信息技术，正以惊人的速度改变着我们的生存方式和学习方式.为适应数字化生存新环境，我们在物理教学中应当积极探索应用现代信息技术，提高教学的效率.
在“自由落体运动”这节课的教学中，现代信息技术的应用体现在两方面：
1.用Microsoft PowerPoint编制了计算机教学软件，将文字、表格、图片、动画等投影到大屏幕上，替代了板书.
2.用自由落体仪、光电计时装置和计算机（硬件、软件）研究自由落体运动的位移s和时间t的关系，测定重力加速度g。
自由落体仪如附图所示，立柱的上端有一个电磁铁，通电，小钢球就被吸引住，断电，小球做自由落体运动.在立柱上有四个可移动的光电门，当小球经过某一光电门时，利用光电计时装置就能测出小球下落到这个光电门所用的时间.
从刻度尺上读出小球末端的位置和四个光电门的位置，输入计算机，就能得到小球下落到四个光电门时经过的位移s，相应的时间t由光电计时装置测出后直接传送给计算机.
这样，小球下落一次，就能得到四组实验数据.
编制的计算机软件不仅能记录实验数据，还能处理实验数据：
建立一个坐标系（纵轴s，横轴t），在坐标平面上描点，让学生看看这四个点在排列上有什么特点（看不出它们在怎样一条曲线上）.换一个坐标系（纵轴s，横轴t[2]），能够看出四个点差不多在一条直线上.
根据这四个点拟合一条s—t[2]图线：差不多是过原点的一条直线.
改变光电门的位置，多做几次.大量的实验可以证明：自由落体运动的位移s与所用时间的平方t[2]成正比.所以，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
根据实验数据还可以计算出重力加速度g的数值s—t[2]图线斜率的两倍）.
附：“自由落体运动”教案
[教学目标]
理解什么是自由落体运动，知道它的运动性质；
理解什么是自由落体加速度，知道它的方向和大小；
掌握自由落体运动的规律，尝试规律的简单应用.
[教学方法]
体现新教材的特色，指导学生在参与和合作中学习，并体验简单的科学研究过程和方法.
[教学仪器]
石头，羽毛，金属片，纸片；牛顿管，抽气机；自由落体仪，光电计时装置；金属书签，30cm刻度尺，计算器.
[教学过程]
1.自由落体运动
启发学生思考：你们看见过落体运动吗？你们仔细观察过落体运动吗？
演示：从同一高度同时释放石头和羽毛，再释放金属片和纸片.观察现象.
公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快.
提出问题：是不是重的物体一定比轻的物体下落得快？
学生分组进行实验探索，最后请学生演示（不同方案），并说明实验现象，得出结论：重的物体不一定下落得快.
介绍意大利物理学家伽利略的推理.
得出结论：物体下落的快慢不是由物体的轻重决定的.
进一步思考：如果没有空气阻力的影响，物体下落的图景是什么样子呢？
教师演示牛顿管.
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动.
如果空气阻力的影响很小，物体的下落也可以近似看作自由落体运动.
不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是相同的.
教师讲有关落体运动的物理学史，正确认识从亚里士多德到伽利略的科学发展历程.
2.自由落体运动的性质
初步观察小球做自由落体运动，可以知道：自由落体运动是加速直线运动，而且初速度为零.
提出问题：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动吗？
指导学生回顾初速度为零的匀加速直线运动的规律：
速度v[，1]=at，位移s=1/2at[2]，其中s∝t[2].
教师简单介绍伽利略对自由落体运动的研究.然后，介绍自由落体仪、光电计时装置，并演示.
通过实验研究得出：s∝t[2].
大量的实验可以证明，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
3.自由落体加速度
在同一地点，一切物体做自由落体运动的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示.
重力加速度g的方向总是竖直向下的，它的大小可以用实验的方法测定.
利用自由落体仪测出当地的重力加速度.
指导学生看课本第37页的表格，请学生说说获取到的信息.
国际上取北纬45°海平面上的重力加速度值作为标准值，g=9.80665m/s[2]通常的计算中，可以把g取作9.8m/s[2]，在粗略的计算中，述可以把g取作1Om/s[2].
提出继续研究的问题：为什么不同地点的重力加速度g的数值不同？
4.例题：
从楼顶释放一个铅球，请你估算：从开始运动起，它在1s内、2s内、3s内下落的位移分别是多少？在0.1s内、0.2s内、0.3s内下落的位移又是多少？
通过这道例题，教师指导学生联系实际，建立自由落体运动的图景.
5.小实验
师生合作做一个小游戏.
这个小游戏能检验人反应的灵敏程度.人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间.
学生分组做实验——测定反应时间：
（1）读一读：阅读课本第38页的“做一做”，弄清楚实验原理、器材、步骤、数据的采集和处理、结论.
（2）做一做：两人一组，测出各自的反应时间.
（3）想一想：如何制成一把直接测量反应时间的“尺子”？
（4）继续研究：跟踪检测自己的反应时间；检测不同人群（性别、年龄、职业等）的反应时间；研究反应时间跟哪些因素有关？等等.
6.作业：阅读课本第二章第八节，并把练习八（1）至（4）题做在作业本上.
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