用落体法验证机械能守恒定律_“问题导学法”在机械能守恒定律教学中的应用实践
时间：2019-01-11 03:26:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 本文探讨了问题导学法在机械能守恒定律教学中的应用与实践。首先分析了教学内容，适宜采用问题导学法，其次描述了采用问题导学法的教学过程8个环节，最后对问题导学法在机械能守恒定律一节中的应用进行了总结。
关键词： 问题导学法 机械能守恒定律教学 应用
“学起于思，思源于疑”，“问题导学法”又称“设问教学法”，它是通过创设特定的问题情境，引导学生在解决面临的学习问题中，主动获取和运用知识、技能，发展其学习主动性和自主学习能力的课堂教学方法。课堂教学作为学校教育教学的中心环节和最基本的组织形式，是形成教学质量，达成教学目标的主要途径。学生不应是被动的、消极的知识的接受者，而应是主动的、积极的知识的探索者。因此，“问题导学法”在课堂教学中的过程应以问题为主线，从提出问题、分析问题到问题的解决与应用，逐步达到教学目标。在此过程中教师应充分体现其引导的作用，使学生真正成为活动的主体，使学生多动口、动脑、动手，提高课堂效率，做到事半功倍。
一、分析教材内容，选择合适教学方法
机械能守恒定律这节课内容主要是针对机械能守恒的理论推导和应用部分，大致分四步走：第一步，定性理解动能和势能之间可以相互转化；第二步，理论推导机械能守恒定律；第三步，通过实例分析机械能守恒定律的内容和条件；第四步，机械能守恒定律的应用。本节内容由定性分析动能和势能的相互转化，到结合自由落体运动过程作理论推导，然后总结出定律，阐释机械能守恒的实质，最后是实际应用，符合由特殊到一般的认识规律。在探究、推理过程中，有利于培养学生的演绎推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，有利于学生领悟物理学研究方法和提高创造性思维能力。教材的内容结构能较好地突出理论与实践的统一，使学生明白物理规律既可以直接从实验得出，又可以用已知规律从理论上导出。
因此，这节课的教学比较适宜采用问题导学法：首先，从生活实例启发学生发现问题，了解问题的实质；其次，通过实验分析再联系已学知识解决问题；最后，利用规律解决相关问题。以教师指导下的学生活动为主，使学生真正成为学习的主体，通过大量实例分析使学生更好理解地机械能守恒定律的条件，这样就在不知不觉中突破了难点。在细节处理上也可以利用层层设问较好地完成教学目标。例如：在引导学生利用自由落体运动推导机械能守恒的过程中，进行三步设问：1.用动能定理研究AB段运动得到什么方程？2.根据重力做功和重力势能的关系研究AB段运动得到什么方程？3.联立两个方程，从能量转化的角度得到什么结论？这样，学生就在教师的步步引导下得出了机械能守恒的结论。
二、问题导学法的教学过程
机械能守恒定律的教学过程可细分为8个环节：复习提问、导入新课→提出问题→分析问题→得出结论→知识深化→应用举例→练习巩固，问题导学法贯穿于整个教学过程，如图1所示。
1.复习提问、导入新课
在引入环节通过复习提问和图片展示、视频播放分析生活实例，为导入问题做准备。
（1）复习提问：①动能定理的内容是什么？重力做功与重力势能变化的关系是什么？②机械能的定义是什么？
（2）多媒体展示图片和视频（瀑布、荡秋千、过山车、撑竿跳高，等等），让学生分析这些运动过程中的共同特点，即动能和势能之间可以互相转化。
2.提出问题
如何创设问题情境是问题导学法的一个关键。通俗地讲，问题就是要求学生回答或解释的那些尚待解决或学生弄不明白的事。“问题”应该来源于学生的阅读、讨论、练习、实验等学习实践活动中，来源于学生认识的局限、思维的冲突、方法的错误、对象的模糊、观念的差异，等等方面。本节课通过实际生活实例分析动能和势能之间可以相互转化，从而提出问题：动能与势能的转化过程中可能满足什么样的定量规律？
3.分析问题
问题提出之后，接下来进行问题分析。问题分析时通过定性和定量逐步深入分析。
（1）通过实验定性分析
实验一：钢球用细绳悬起，请一个同学上来靠近，将钢球拉到同学鼻子处释放，让学生观察钢球摆回时同学的反应，钢球是否会撞到该同学以及原因，并分析出哪个过程是动能向重力势能转化，哪个过程是重力势能向动能转化。
猜想：动能与势能的转化过程中其总和保持不变。
（2）通过理论推导定量分析
在理论推导定量分析时，采用了另一种教学方法――对比教学法，如图2所示。通过层层设问，在教师的引导下，学生利用已学知识动能定理对三种运动模型进行对比分析，总结出物理规律，使学生充分理解机械能守恒定律的内容及条件。
模型一：自由落体运动是重力势能向动能的转化过程，我们应用学过的动能定理和重力做功与重力势能的关系等知识，可推导证明在这个过程中机械能守恒。
如图3所示，设一个质量为m的物体自由下落，经过高为h的A点（初位置）时速度为V。下落到高度为h的B点（末位置）时速度为V，
问题1：用动能定理研究AB运动段得到什么方程？
问题2：根据重力做功和重力势能的关系研究AB运动段得到什么方程？
问题3：联立两个方程，从能量转化的角度得到什么结论？
解析：在自由落体运动中，物体只受重力G=mg的作用，重力做正功。设重力所做的功为W，则由动能定理可得：
W=mV-mV①
①式表示，重力所做的功等于动能的增加。
另一方面，由重力做功与重力势能的关系知道：
W=mgh-mgh②
②式表示，重力所做的功等于重力势能的减少。由①式和②式可得：
mV-mV=mgh-mgh③
由③式可知，在自由落体运动中，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能。
通过对③式移项后可得：
mV+mgh=mV+mgh或写成E+E=E+E④
④式表明，在自由落体运动中，动能和重力势能之和即总机械能保持不变。
模型二：如果物体下落时空气阻力不可忽略，上述过程则有：
问题1：用动能定理研究AB段得到什么方程？
问题2：根据重力做功和重力势能的关系研究AB运动段得到什么方程？
问题3：联立两个方程，从能量转化的角度得到什么结论？
解析：由动能定理可得
W-W=mV-mV⑤
⑤式表示，重力和阻力的所做的功等于动能的增加。
另一方面，由重力做功与重力势能的关系知道：
W=mgh-mgh⑥
⑥式表示，重力所做的功等于重力势能的减少。由⑤式和⑥式可得：
mV-mV=mgh-mgh-W⑦
由⑦式可知，重力势能减少量大于动能增加量，表明机械能的总量减少，减少的机械能转化为其他形式的能，机械能不守恒。
模型三：斜抛运动，从高为h的塔上以速率v将一小球斜向上抛出，落地时速度为V，不计阻力。如图4所示，上述过程则有：
问题1：用动能定理研究CD段得到什么方程？
问题2：根据重力做功和重力势能的关系研究AB运动段得到什么方程？
问题3：联立两个方程，从能量转化的角度得到什么结论？
mV+mgh=mV+mgh⑧
由⑧式可知在斜抛运动中，动能和重力势能之和即总机械能保持不变。
通过以上三种运动模型总结得出：在只有重力做功的情况下，不论物体做直线运动还是曲线运动（如竖直上抛运动、平抛等），物体的机械能总量保持不变。
4.归纳总结，得出结论
（1）机械能守恒定律
内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
适用条件：只有重力做功。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 （2）机械能守恒定律适用条件拓展
播放多媒体动画：在光滑的水平面上，放开一根被压缩的弹簧，弹簧把跟它接触的小球弹出去。通过提问引导学生分析出：一、弹簧的弹性势能转化为小球的动能。二、在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。
所以机械能守恒的适用条件还有：在只有弹力做功的情形下，系统（弹簧和物体）的机械能也守恒。
我们进一步归纳出机械能守恒定律的内容：在只有重力或弹力做功的情况下，系统的动能和重力势能或弹性势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
5.知识深化
举出生活实例，通过教师引导，学生独立思考，判断物体在运动过程中是否满足机械能守恒，进一步加强对机械能守恒条件的理解，突破本节课重难点。实例如下：
a.跳伞员带着张开的降落伞在空气中匀速下降
b.抛出的手榴弹或标枪做斜抛运动（忽略空气阻力）
c.拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升
d.物体沿光滑曲面自由下滑
6.应用举例
应用举例要有针对性，抓住机械能守恒定律的基本思想和解题方法。要抓住典型性、灵活性、多解性的典型问题，特别是对具有典型性和多解性的题目，尽量做到一题多解、一题多变、多题归一、触类旁通、举一反三，通过这样的思维聚合训练，能够脱离题海，达到事半功倍的效果。
比如例题：一物体从光滑斜面顶端由静止开始滑下，斜面高1m，长2m。不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大？拓展：若上题中把斜面改为光滑曲面，结果又会怎样？
通过牛顿力学知识和机械能守恒定律两种方法对比解题，总结出机械能守恒定律解题步骤、特点和优势。另外再通过精选练习题，重视理论联系实际，努力尝试解决新情景问题，提高学生的知识和方法迁移能力。
7.课堂小结及巩固训练
通过设问引导学生对本节课主要知识点进行归纳总结，如机械能守恒定律的内容、机械能守恒的条件和应用机械能守恒定律的基本思路，完善学生的知识结构，培养学生整理归纳的能力。教师精选练习题，让学生进行针对性训练，比如在完成机械能守恒定律的新课教学后，再通过习题课对机械能守恒的练习题进行分类型训练：1.机械能守恒条件的判断；2.单个物体机械能守恒的简单计算；3.机械能守恒与圆周运动的结合；4.匀质连续体中的机械能守恒；5.多个物体组成的系统机械能守恒，等等。让学生通过一定量的练习，对题型进行分类归纳，总结所用的知识点、解决问题的思路和物理模型，实现由知识向能力的转化，使学生的思维得到有效的锻炼和发展。
8.布置作业
在课堂教学尾声阶段，即是布置作业。教师可选择少而精的作业题，如本节课后练习第4、5题交给学生去解决，去巩固提高，去体会“渔鱼”之乐。
三、问题导学法在机械能守恒定律中的应用总结
问题导学的教学模式从培养学生能力出发来组织教学过程，它不是由教师先讲，而是让学生在问题导引下先进行自学和探索，然后教师再进行评述性讲解。这就把以教为重心转移到以学为重心，把单纯传授知识转移到打好基础，发展智力，培养能力的轨道上来。在机械能守恒定律教学中，我从分析生活实例入手，以问题为主线，层层设问，使学生在教师引导下，分析实验现象，并且根据相关知识完成机械能守恒定律的推导。通过机械能守恒定律课堂教学实践证明：用“问题导学法”教学，体现了教师的主导地位，发挥了学生的主体作用。教师的主导作用表现为教师是教学的组织者、参与者和引导者，创设能吸引学生主动参与的教学环境，为营造自主探究、交流合作的学习气氛。学生的主体作用表现为：学生自主分析、解决问题，激发了学习兴趣，培养了自主学习和自主探究的能力，有利于扩大学生视野，开发智力，培养分析、归纳、解决物理学习中的实际问题的能力，势必对学生的终身学习起到重大影响，也利于学生适应将来的学习型社会。这摈弃了传统教育思想，把知识看作一种教育结果，主要向学生传授知识，关心传授了多少知识；而是采用现代教育思想，把知识看作一种过程，除了关心传授的知识的量外，还关心获得知识的过程，更强调学习自主能力的培养过程。
四、结语
物理作为一门自然学科，它可以把课内知识与课外知识融为一体，采用问题导学法，让学生始终带着问题去学习，带着问题去探究，在开放的学习过程中发现、分析、解决问题，体会物理与自然社会的联系。这为学生的创造、物理知识的应用创造了广阔的空间。问题导学式教学法只是众多教学方法中的一种，在课堂教学中应根据具体情况灵活选择教学方法，甚至综合应用多种教学方法，如本节课虽以问题教学法为主，但也融入了对比法、启发式教学法，等等。
参考文献：
［1］广东基础教育课程资源研究开发中心物理教材编写组.物理教学用书［M］.广东教育出版社，2004，12，1.
［2］高中数学教学中的问题导学法探究［J］.沙棘（科教纵横），2010，10.
［3］“问题导学法”在生物教学中的实践［J］.广东教育（教研版），2007，11.
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