《自由落体运动》教学情境设计，本文主要内容关键词为：情境论文,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。
一、创设情境有利于概念和规律的建构
物理概念与规律是在实践中逐步形成和发展起来的，它是某类物理现象或过程所具有的共同本质在人们头脑中的反映，是观察、实验与思维的产物。因此物理概念和规律在形式上是概括、抽象、主观的，在内容上是具体、生动、客观的。
建构主义认为，知识的获取是学习者在与环境交互作用的过程中逐渐建构的结果，它强调学习的主动建构性、社会互动性和情境性，而“让学生在生动具体的情境中学习”是新课程倡导的理念之一。我们通过创设情境，引起学生认知的冲突，引导学生解决问题，促进学生解决问题，促进学生认知能力的协调发展，有利于学生对物理概念和物理规律的建构。
在开展物理概念和规律的教学过程中，教师可以考虑学生的先前知识，创设各种情境，如体验型情境、问题型情境和探究型情境等，让学生的思维在情景中受到激发，把学生原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学生从原来的知识经验中生长出新的知识经验，建构新的物理概念。学生理解物理概念与规律的内涵和外延时，我们又可以创设不同的拓展型情境，通过变式训练和伴随错误的反馈练习，疏通思维障碍，帮助学生建构知识网络。
二、创设情境，建构自由落体运动规律
（一）教学设计思路
对自由落体运动的研究一方面让学生体会如何用所学到的概念和规律来解决实际问题，另一方面让学生了解历史上人们对自由落体研究的智慧和思辨、了解人们追求真理的执着态度和严谨的科学精神。对于刚进入高中阶段学习的高一学生来说，从思维、数据结合及数据处理的角度去探究自由落体运动的规律是有难度的。故在教学过程中首先创设学生有体验的情景作为新内容学习的切入点，让学生兴趣盎然地进入科学探究的世界，再设计有层次的情景进入探究自由落体运动的特点和规律之旅，最后设计情景分析解决一些实际问题。
故本节课先设计体验型情境让学生充分体验实验探究的过程，感悟其中的方法；然后设计问题型情境在实验情境中切实提高学生的实验技能、培养学生的协作精神和实事求是的科学精神；最后设计拓展型情境拓宽学生的思维，培养学生的人文素养，开发新的研究课题。
（二）教学流程
（三）学习资源和器材准备
1.学生实验器材：电脑数台，打点计时器、纸带、重锤、铁架台、刻度尺等共25套。
2.学生演示用器材：羽毛、薄纸、塑料纸、硬币、钥匙、重锤等。
3.教师演示用器材：牛顿管、抽气机等。
4.自行开发的课件等。
（四）教学情境的层层创设
1.利用蹦极录像创设体验情境，激发兴趣，感受体验
教师先放一段蹦极的录像，让学生仿佛亲临其境，然后请学生设想：如果是你参加蹦极运动，请你描述参加蹦极的整个过程及其过程中的心理感觉。学生的兴趣瞬间提高，他们从不同的角度描绘自己的心理感受。然后教师提出下列问题：今天这一堂课我们将从物理的角度来研究其中的初速为零的落体运动。影响落体运动快慢的因素有哪些？那么，我们先来做一个小游戏。
2.利用游戏创设问题情境，层层深入分析
请同学将事先选好的参加比赛的器材取出，进行两项趣味比赛。
第一项进行比谁落得慢的游戏。游戏的规则是：让不同的物品（包含羽毛）从同一高度同时自由释放，从中选出落得最慢的物体，并请“慢冠军”的拥有者说明他挑选这一物品的理由（第一名为一根羽毛，理由为它最轻）。
第二项进行比谁落得快的游戏，规则是选择质量不同的钥匙、重锤、钢针等从同一高度同时自由释放，从中选出最快的（结果几乎同时落地，分不出高低）。
通过这一游戏，引起学生认知的冲突，引导学生思考：落体的快慢与物体的轻重有关吗？是什么因素影响物体运动的快慢？如何消除这些因素呢？
3.利用物理学史创设科学情境领略前辈的研究历程
古希腊学者亚里士多德从生活观察中提出“物体下落的快慢是由它们的重量决定”的落体观点。十六世纪末伽利略开始对该论断提出质疑，提出著名的“落体佯谬”，并传说他在比萨斜塔上做过落体实验。为了能击破“落体佯谬”，伽利略认为只有一种可能性：重物与轻物应该下落得同样快，之所以在平时可观察到轻的物体比重的物体落得慢，其中空气阻力起着不可忽略的作用。
教师给学生创设当年伽利略的历史背景以及伽利略对自由落体的研究的情景，通过这个情景让学生了解前辈大师怎样提出问题，遇到什么问题，如何解决，解决问题中曾经有过什么曲折和争论；让学生体会领悟前辈大师的科学精神、研究方法、物理思想，得其精髓，有所借鉴。
4.通过实验创设探究情境研究自由落体运动的特点和规律
(1)牛顿管实验
师生共同分析开始比快慢的游戏。通过分析，学生发现虽然羽毛和其他物体同时从同一高度自由释放，且都要受到空气阻力的作用，但羽毛的空气阻力与它受的重力相比无法忽略不计。教师进一步引导学生猜测不同质量的物体都在不考虑空气阻力的环境下自由下落，结果如何？
为了探究空气阻力对物理运动快慢的影响，利用牛顿管创设情境，引导学生观察三种情况下的物体运动的快慢：不抽出玻璃管中的空气、抽出玻璃管中部分气体、抽空玻璃管中的气体。对比实验证明了不同质量的物体在只受重力作用下由静止开始的落体运动快慢是一样的，从而引入自由落体的定义。
其实航天技术的发展，使我们能够将实验室从地球搬到月球，实现无空气阻力的落体运动的研究。
(2)学生分组实验，体验自主、探究与合作的学习方式
用打点计时器研究自由落体运动，其中一半学生用比较重的重锤、一半学生用稍轻的重锤来做自由落体实验。实验后，用不同质量重锤做实验获得的纸带创设情境，引导学生分析纸带呈现的数据特点及数据后面隐藏的规律。
根据纸带发现，大多数同学的纸带上的记录的点比较相似，但少数同学的纸带上的记录的点与其他同学的纸带上的点有比较大的差别。引导学生得出自由落体运动的快慢确实与物体的轻重无关。接着引导学生记录数据，分析数据，画出图像，分析图像，归纳总结，表述规律。学生用刻度尺测量出不同时间内的位移，列出s-t表格，并利用Excel软件做出s-t图像，从图像上发现自由落体运动的s-t图像是抛物线，并可用电脑拟合出这一抛物线的函数方程式。根据实际情况修正拟合的方程，结果发现这一方程与初速为零的匀加速直线运动的位移公式相吻合，说明自由落体运动的特点是初速为零的匀加速直线运动，同时可以从公式的对应关系读出自由落体加速度的大小。
以少数不同的同学的纸带创设新的情景，引导学生的猜测不同的原因，引导学生从理论上探究原因。通过分析，学生得出结论：用打点计时器研究自由落体运动时纸带与限位孔及打点计时器间存在摩擦，故测出的加速度肯定要比实际的自由落体加速度小；如果同学在做实验时，纸带不平或纸带在释放前不竖直，将会给该实验带来很大的摩擦，从而导致实验误差加大，这也是少数同学的纸带上的点与其他同学有比较大差别的原因。
进一步引导学生怎样改进实验方案来减小实验误差呢？老师提出还可以对自由落体的小球进行频闪照相的方法来研究，这一实验方案中的小球在自由下落过程中只受重力（在可忽略空气阻力的情况下），没有受到其他不必要因素的干扰，可以减小实验的误差。
为了帮助同学建立频闪照相的概念，教师用自由落体频闪照相的仿真实验课件创设情境，并与同学讨论如何用频闪照片来研究自由落体运动。
(3)根据教材提供的自由落体重力加速度的内容创设情境，培养数据分析的能力
学生能力的培养需要有载体，教材提供的自由落体重力加速度的内容正好用来培养学生数据分析的能力。通过学生的阅读，引导学生认识到：科学家使用不同的物体进行反复实验表明自由落体的加速度都相同，同一地点的重力加速度大小相同，其方向为竖直向下；通过对课文中列出的不同地点的重力加速度值的分析，使学生了解到重力加速度的大小与纬度的关系。
(4)利用学过的知识创设情境得出自由落体运动的规律
匀变速直线运动的规律已经学过，可以以此为情境，建构自由落体运动的规律。引导学生根据自由落体运动是初速为零的匀加速运动，其重力加速度通常取
，可以利用初速为零的匀加速直线运动的速度公式和位移公式，得出自由落体运动的速度和位移公式。
(5)回归蹦极情境，提高迁移的能力
回归到一开始提出的蹦极运动的情境，引导同学分析蹦极运动全过程的运动情况：同学们讨论后发现当弹性的绳处于无形变状态时，人做的运动可视为是自由落体运动；当弹性的绳处于有弹力的状态时，人的运动就是变速运动了。当人到最低点时，速度为零，但不会停在最低点，会继续上下往返运动，那么这一过程又将如何分析和描述呢？这里又产生了一个新的探究点，告诉学生这将在以后学习中继续探究。
5.通过实际问题创设人文情境，巩固规律
(1)自制测定反应时间的尺
自制测反应时间的尺，一方面可巩固所学的规律，另一方面也可培养学生的创新能力。教师进一步用测定反应时间的尺创设情境，引导学生拓展思路、开展研究性学习活动，如可用该尺去研究不同年龄的人的反应时间，并研究反应时间与年龄间的关系；可研究同一年龄不同性别的人的反应时间之间的差异；可研究同一人在一天的不同时间的反应情况；还可研究从事不同工作的人的反应时间之间的差异等，为人们的工作、学习和生活提供一些参考。
(2)撰写小论文
课本拓展介绍了伽利略对自由落体运动的研究，他的思辨过程及科学研究方法推动了物理学的发展。老师通过推荐课内外读物及网络资源，可以布置同学开展一些研究性的活动，如研究伽利略对物理学发展作出的贡献；从伽利略的一生看科学与社会；逻辑思维的力量等；同学还可以写成科幻类、诗歌类等的文章。通过布置这类开放式的作业，可以拓展学生的思维空间，丰富学生的学习内容。
三、情境教学的反思
创设情境的目的是为了学生容易掌握知识、方法与技能，使学生更好地体验教学的过程，让所学的知识变得生动。通过创设生动的情境，让学生充分体验研究问题的过程，学生的兴趣和内在的学习动力被激发出来。在教与学的过程中，教师组织课堂教学的时候可以多创设一些情境，通过这些情境让学生切身体验教学过程、让学生表达自己的思想、让学生暴露自己在思维上的问题，这样使我们在教学中有的放矢，不被教案束缚，因材施教，解学生之惑。同时，情境的建立可以为不同层次的学生提供不同的体验，为探究过程提供“支架”，化解探究的难点，引领学生逐步解决问题。