體驗(yàn)探究邊程 領(lǐng)悟科學(xué)方法

華繼承

一、教材概述

第一章，我們學(xué)習(xí)了描述物體運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、時(shí)間、位移、速度、加速度，本章研究的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)中幾個(gè)物理量之間的定量關(guān)系，所以本章是上一章概念和方法的延伸應(yīng)用.

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生知道描述運(yùn)動(dòng)的物理量，理解勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其圖象表述，并能應(yīng)用運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解有關(guān)問(wèn)題.這些內(nèi)容是進(jìn)一步學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)和比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)，也為學(xué)習(xí)電荷在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容奠定基礎(chǔ).本章所用到的研究物理問(wèn)題的思想、方法，對(duì)以后的學(xué)習(xí)有指導(dǎo)作用.可見(jiàn)本章的知識(shí)在整個(gè)力學(xué)中具有基礎(chǔ)性地位.

本章在教學(xué)內(nèi)容的安排順序上，既注意了科學(xué)系統(tǒng)性，又注意了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，探究問(wèn)題從實(shí)踐生活和物理實(shí)驗(yàn)出發(fā).對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，運(yùn)用公式和圖象兩種數(shù)學(xué)工具，以便學(xué)生對(duì)比掌握，同時(shí)相對(duì)強(qiáng)調(diào)了圖象的作用和要求.確實(shí)，在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中，圖象的運(yùn)用隨處可見(jiàn)，無(wú)論學(xué)生將來(lái)從事何種工作，掌握最基本的應(yīng)用圖象的知識(shí)，都是必須的.教材開(kāi)設(shè)了“演示”、“實(shí)驗(yàn)”、“說(shuō)一說(shuō)”、“做一做”、“思考與討論”、“問(wèn)題與練習(xí)”等欄目，為學(xué)生提供一些具有探索性、拓展性和思想性內(nèi)容.通過(guò)觀察、設(shè)問(wèn)、留白等方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索活動(dòng)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)留下空間，在保證基礎(chǔ)的前提下為不同的學(xué)生提供了個(gè)性化成長(zhǎng)空間.例如，教材在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖象之后，在“說(shuō)一說(shuō)”欄目中就描繪出加速度不斷變大的加速運(yùn)動(dòng)圖象讓同學(xué)分析，加深學(xué)生對(duì)v-t圖象的理解.在推導(dǎo)出位移與時(shí)間關(guān)系式之后，教材在“思考與討論”欄目中就提出要求，讓學(xué)生描繪和分析x-t圖象，并對(duì)x-t圖象不是直線要求學(xué)生給出科學(xué)的解釋.在用光電計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求學(xué)生作出正確的的x-t圖象，并合理推測(cè)位移與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系等.這些都強(qiáng)烈的體現(xiàn)了教材的選擇性和拓展性.突出了在傳授物理知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)物理學(xué)研究的科學(xué)方法和思想的教育.

二、教材分析

第一節(jié)中，教材設(shè)置了探究小車勻變速直線運(yùn)動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)小車實(shí)際運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，畫(huà)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，要求知道它的基本特征是在相等的時(shí)間內(nèi)速度的變化相同.對(duì)有條件的學(xué)校，學(xué)生可借助Excel等計(jì)算機(jī)軟件來(lái)迅速、準(zhǔn)確的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而總結(jié)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.本節(jié)課是實(shí)驗(yàn)探究型課程，旨在引導(dǎo)學(xué)生研究小車在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，目的是讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)來(lái)完成，體驗(yàn)探究的方法，體會(huì)從實(shí)驗(yàn)得出規(guī)律的一般性過(guò)程，并提高數(shù)學(xué)圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力.這節(jié)的另一個(gè)重點(diǎn)是對(duì)v-t圖象的認(rèn)識(shí)，知道它能表示速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)圖象法在研究物理問(wèn)題中的作用.與數(shù)學(xué)公式相比，圖象顯得直觀、形象、生動(dòng)，讓人一目了然，從而使學(xué)生感受到圖象法的直觀美.

第二節(jié)，推導(dǎo)了勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度公式：v=v₀+ at，其物理意義是：勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，t時(shí)刻物體的速度v等于初速度v₀加上O-t時(shí)間的速度變化量at（加速度a等于單位時(shí)間內(nèi)速度的變化量）.

這公式不僅適用于勻加速直線運(yùn)動(dòng)，也適用于勻減速直線運(yùn)動(dòng).勻加速時(shí)，加速度a與初速度v₀同向，a取正；勻減速時(shí)，加速度a與初速度v₀。反向，a取負(fù).

本單元對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系式的探討，經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)研究中獲取數(shù)據(jù)一作出圖象一分析圖象一尋找規(guī)律-理解規(guī)律的過(guò)程.對(duì)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題卻不簡(jiǎn)約其研究過(guò)程，其實(shí)這就是新課程標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)調(diào)的.對(duì)剛剛跨人高中大門(mén)的學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和良好的研究態(tài)度具有重要的意義.

第三節(jié)，教材從勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移x=vt與v-t圖象下圍成的矩形面積vt的對(duì)應(yīng)關(guān)系出發(fā)，猜想勻變速直線運(yùn)動(dòng)是否也有類似的關(guān)系？

我們要仔細(xì)研讀教材中的“思考與討論”，細(xì)細(xì)品味老師與學(xué)生A、學(xué)生B之間的對(duì)話，為了提高估算的精確程度，時(shí)間間隔不是取0.1s，而是取0.04s，0.02s，甚至更小、更小.我們會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間分割得越細(xì)，速度的躍遷發(fā)生的越頻繁，其速度圖象就更接近于物體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)的圖象，階梯狀的折線與時(shí)間軸之間的面積就更接近于傾斜直線與時(shí)間軸之間的面積.當(dāng)時(shí)間間隔無(wú)限細(xì)分時(shí)，間斷的階梯線段就趨向于傾斜直線，勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度圖線與時(shí)間軸所圍成的梯形面積就可代表其位移，從而推導(dǎo)出位移公式X=v₀t+

上一章教材用極限思想介紹了瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度，這一節(jié)從勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象出發(fā)，采用“無(wú)限分割，逐漸逼近”的方法用速度圖象下面包圍的面積來(lái)推導(dǎo)位移公式.再次應(yīng)用了“極限”思維的方法，潛移默化中滲透著數(shù)學(xué)中微積分的思想，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).

第四節(jié)，教材這一部分是直接以實(shí)例形式出現(xiàn)，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中利用公式v=v₀+at和v₀t=

推導(dǎo)出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與速度的關(guān)系式：v²-v²₀=2ax.

上述三個(gè)公式中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，對(duì)于每一段選定的運(yùn)動(dòng)只能列出兩個(gè)獨(dú)立的方程，所以描述在每一段運(yùn)動(dòng)的v₀、w、a、t、x中，只要給出三個(gè)已知量，就能解出另外兩個(gè)量.從這一節(jié)開(kāi)始有較多的公式運(yùn)算，教師要培養(yǎng)學(xué)生用代數(shù)的方法求解未知量的能力，一開(kāi)始養(yǎng)成習(xí)慣，對(duì)以后的學(xué)習(xí)很有幫助.求解物理問(wèn)題的一般方法是先進(jìn)行文字運(yùn)算，得出未知量和已知量的關(guān)系式后，再代人數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，解題過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生著重分析其物理意義，防止只將公式變來(lái)?yè)Q去而忽略了對(duì)物理意義的理解.

落體運(yùn)動(dòng)是一種常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)，自古以來(lái)許多人都研究過(guò)，伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的研究意義巨大.

為了糾正學(xué)生中普遍存在的重的物體下落快，輕的物體下落慢的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，必須做好“牛頓管”的演示實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生觀察“牛頓管”抽真空與不抽真空兩種狀態(tài)下輕、重物體的下落情況.除了“牛頓管”的實(shí)驗(yàn)以外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生做一些簡(jiǎn)單易行的小實(shí)驗(yàn)，如讓兩張相同的紙，一張搓成紙團(tuán)，一張仍是紙片讓其從同一高度下落.使學(xué)生明確認(rèn)識(shí)，日常見(jiàn)到的所謂“重的物體下落快，輕的物體下落慢”的現(xiàn)象，是因?yàn)橄侣湮矬w受空氣阻力影響的緣故.通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)“如果物體只受重力作用，不同物體在同一地點(diǎn)下落的加速度相同”有深刻的印象.

本節(jié)后面的小實(shí)驗(yàn)“測(cè)定反應(yīng)時(shí)間”，要引導(dǎo)學(xué)生都動(dòng)手做一做，鞏固學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的理解.教材在“做一做”、“問(wèn)題與練習(xí)”中安排了照相機(jī)曝光時(shí)間與頻閃攝影的問(wèn)題研究，有條件的學(xué)?？砂才艑W(xué)生親歷研究，要很好利用，可激發(fā)學(xué)生興趣，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，

第六節(jié)介紹了伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思.我們應(yīng)該從方法論層面加以仔細(xì)琢磨，更要從物理文化、科學(xué)思想的高度加以深刻體會(huì).

伽利略是近代科學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者，他的科學(xué)思想和科學(xué)方法，不僅具有科學(xué)進(jìn)步的意義，更對(duì)方法論理論領(lǐng)域作出了不可磨滅的貢獻(xiàn).伽利略用觀察和實(shí)驗(yàn)的方法尋找科學(xué)定律，糾正了亞里士多德以來(lái)一直普遍采用的理性追求原因的方法，使近代科學(xué)研究方法應(yīng)用于力學(xué)研究，他的科學(xué)方法論表現(xiàn)出科學(xué)是對(duì)人和自然的認(rèn)識(shí)和思想.伽利略的科學(xué)思想在人類思想史上完成了一次重大飛躍，他的科學(xué)精神促成了“哥白尼革命”的完成，他的科學(xué)方法推動(dòng)了科學(xué)認(rèn)識(shí)的飛速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)世有著重要的啟發(fā)和指導(dǎo)意義.伽利略一方面堅(jiān)持亞里士多德的歸納——演繹方法，一方面又不迷信亞里士多德的結(jié)論，他在對(duì)物理，特別是對(duì)力學(xué)的研究中，將數(shù)學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合，創(chuàng)造了近代實(shí)證科學(xué)的研究方法，被稱為“實(shí)證科學(xué)之父”、“實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)的先驅(qū)”.從某種程度上說(shuō)，沒(méi)有科學(xué)方法論就沒(méi)有真正意義上的科學(xué).科學(xué)方法論是對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)和科學(xué)知識(shí)反思的產(chǎn)物.同時(shí)，科學(xué)方法論也是科學(xué)的一個(gè)重要因素，它的發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展.因此，可以認(rèn)為科學(xué)與科學(xué)方法論相互促進(jìn)、相互制約、相互影響，伽利略對(duì)科學(xué)方法論獨(dú)特的貢獻(xiàn)是確立了實(shí)驗(yàn)方法論.這對(duì)科學(xué)進(jìn)步產(chǎn)生了推動(dòng)作用，并具有重大意義.他復(fù)興了古希臘的數(shù)學(xué)方法論，為實(shí)驗(yàn)科學(xué)向精密科學(xué)發(fā)展提供了準(zhǔn)備，而且他是最早自覺(jué)地提出實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)方法論并努力實(shí)踐，從而留下了許多寶貴的實(shí)驗(yàn)方法論成果.可以說(shuō)，從伽利略開(kāi)始，大師輩出，經(jīng)典如云，近代科學(xué)的大門(mén)從此打開(kāi).

“物理學(xué)是一門(mén)具有方法論性質(zhì)的科學(xué)”，這一學(xué)科特點(diǎn)讓我們?cè)谖锢斫虒W(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中要充分重視方法的教學(xué)和學(xué)習(xí)，正如趙凱華先生所指出的那樣：“物理學(xué)中有一套獲得知識(shí)、組織知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的最有效的方法，通過(guò)物理課程學(xué)習(xí)和掌握物理學(xué)的研究方法，對(duì)于科學(xué)素質(zhì)、人生智慧的培養(yǎng)有積極意義?！眅ndprint