基于物理模型的《单摆》教学设计-

基于物理模型的《单摆》教学设计

《普通高中物理课程标准（实验）》明确要求：学生要“通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法。认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”。由此可以看出，物理模型是学生高中物理学习的严重内容。在高中物理教学中重视物理模型的教学，引导学生建立清撤而恰当的物理模型，对学生知识掌握、思维能力培养，都具有严重的作用。

物理模型是为了研究物理问题的便当和探讨物理事物的本质，而对研究对象所作的一种简化的描述和模拟。其构成要素为思维方法、理论内涵、表征方式。因此物理教学设计遇到物理模型时，应该搞清楚该物理模型的三要素，才能做好教学设计。本文以单摆模型为例，在传授物理知识的同时结合高中学生认知规律，以显性方式传授了物理学中所用到的科学方法。

1、单摆在物理学知识体系中的地位

简谐运动是最简单、最基本的机械振动。单摆作为简谐运动的一个典型例子，是从生活实例中抽象出的物理模型，与人们的日常生活、生产实践、科学研究有着密切的关系。

2、课程标准的要求

《普通高中物理课程标准（实验）》中与单摆有关的教学目标有两条：

（1）通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。该目标提出的是过程要求——“实验探究”。

（2）知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。该目标提出的知识要求是“知道”的水平，技能要求是“会”的水平。

3、教学设计思路

单摆是用一根质量和伸长量可以忽略的细线系着一个质点的理想模型。

从构成物理模型的i要素来看，单摆这个模型的思维方法为忽略次要因素，抓住主要矛盾的理想化方法。

物理模型的理论内涵包括物理现象、概念和规律。单摆的运动规律是：在小角度下，单摆运动可以相似看为简谐运动。

由于单一的物理模型表征方式只能反映物理模型的一个侧面，不能表达物理模型的所有内容。因此，文字、数学表达式、图形被称为是三种典型的物理模型表征方式。单摆这个物理模型的表征方式为示意图：运动表征方式为受力图和数学表达式。

基于单摆的上述特点，在单摆教学的引入阶段，让学生从现实生活中列举摆动的例子，引出研究对象；在建立模型时，通过让学生自制一些单摆，通过分析比较，让学生明白单摆这个模型与客观原型之间的关系：在模型深化阶段，让学生学会用受力分析的方式表征单摆的运动，用实验的方式探究单摆周期的影响因素：在模型应用阶段，让学生运用单摆这个模型的三要素解决实际物理问题，提高运用模型解决问题的能力。4、学生情况分析

学生在学习本节课之前已经学习了简谐运动及其特征：通过质点、匀速直线运动等学习也具备了一定的物理建模能力以及受力分析和实验探究的能力。

本节课的小角相似处理物理问题的方法，学生在以前的学习中从未接触，因此，学习时会产生一定的困难。

5、教学目标

根据单摆的特点、学生的学情与课程标准的要求，设计如下三维教学目标：

（1）知识与技能

①知道单摆。

②了解摆角很小时，单摆的振动是简谐运动。

③理解单摆的周期公式。

（2）过程与方法

①在建立单摆这个模型的过程中，学习忽略次要因素、突出主要矛盾的理想化方法。

②在推导回复力表达式的过程中，学习处理问题的相似方法。

③在探究周期与摆长的实验中。进一步学习控制变量法。

（3）情感、态度与价值观

在建立单摆模型的过程中，树立利用模型法研究问题的意识。6、教学重点与难点

（1）教学重点

探究影响单摆周期的因素；单摆周期公式。

（2）教学难点

单摆做简谐运动的条件。

7、教具与学具

（1）教具

多媒体课件、电动沙摆、平面镜、细沙、钢球、细线、直尺。

（2）自制教具

蛇摆。

（3）学具

铁架台、大钢球、小钢球、塑料球、细线。

8、教学过程

（1）教学事件l（表1）

【教学设计说明】通过这些生活中摆动的实例，创设情境，增加学生对摆的感性认识，形成摆动的概念。为模型的建立奠定基础。

（2）教学事件2（表2）

【教学设计说明】让学生体会忽略次要因素，突出主要矛盾的理想化方法，体现了单摆这个模型建立的思维方式。

（3）教学事件3（表3）

【教学设计说明】在制作摆并判断是否相似看作单摆的过程中，学生加深理解作为理想模型的单摆与客观原型之间的区别。

（4）教学事件4（表4）

【教学设计说明】引导学生根据观察到的现象，依据单摆的受力特点，对单摆的运动特点进行有依据的猜想。

（5）教学事件5（表5）

【教学设计说明】引导学生根据观察到的现象，猜想单摆的运动类型，得出初步的结论——有可能是做简谐运动。

（6）教学事件6（表6）

【教学设计说明】受力分析图是物体相互作用模型的表征方式，也是高中生必须具备的能力。学生通过亲自进行受力分析，能提高多元表征模型的能力。

（7）教学事件7（表7）

【教学设计说明】在分析单摆受力情况时，以直代曲，让学生学习相似处理问题的思维方法，同时学会用数学表达式表征单摆模型。

（8）教学事件8（表8）

【教学设计说明】用教师自制教具创设情境、设置疑问，既吸引学生的注意力。又激发学生的学习兴趣和探索欲。

（9）教学事件9（表9）

【教学设计说明】在整个实验探究过程中，教师只是起到了引导的作用，从提出猜想到设计实验方案、进行实验、分析论证、得出实验结论，都由小组同学合作完成，提高了学生合作探究的能力。

（10）教学事件10（表10）

【教学设计说明】通过讲解物理学史引出单摆的振动周期公式，既培养了学生的科学素养，又引入了另一表征单摆模型的数学公式。

（11）教学事件1l（表11）

【教学设计说明】在模型应用的过程中，解决物理问题的思路总是先将生活中的原始物理问题抽象为相应的模型，再运用模型所蕴含的物理规律去解决原始物理问题，从而加深对模型的理解。从上述教学设计的过程可以看出：对物理模型的理论内涵、思维方法和各种表征方式的教学有助于学生形成物理概念、建立物理规律，正确理解物理知识的内涵与外延。实际物理问题大凡是受多个因素影响，现象错综复杂。教师需要通过突出研究问题的主要因素，略去次要因素，排除干扰，从而化难为易，将其转换成学生熟悉、简单的模型。让学生经历物理模型的建构过程，有助于学生深刻领悟如何建构物理模型，同时还能培养学生建立物理模型的能力。

综上所述。加强物理模型教学，既符合物理学发展的规律，物理学科的特点，以及物理课程标准的要求，也符合中学生全面发展的需要。