荡秋千中的奥秘----《机械能》物理教学案例评析

2019-08-20 15:10

摘自:《坎门中学》

案例:

在高一物理第七章《机械能》中,机械能守恒定律是力学中一个很基础、很重要,学生必须掌握的知识点,那么如何才能把机械能守恒定律的应用这节课上好呢?我想到了小时候经常玩的 “荡秋千”游戏,于是我带着学生到了公园,首先我让学生自己玩亲自领略一下荡秋千的快乐和其中蕴含的科学道理,同学们非常活跃,争先恐后的玩起了游戏,然后我让他们比赛,游戏规则是:在开始时,给秋千一个同样的力,之后就不再给力了,看谁荡的时间最久。同学们一听是比赛一个个更加来劲了,纷纷在秋千上荡寻找让秋千荡的时间久一点的方法。比赛开始,3个学生一组,同学们动作各不一样,其中林杰的动作最为搞笑,只见他使劲挪着屁股、两手使劲拉着绳子想利用自己的能量给秋千增加能量使秋千摆高点,但不管他如何努力秋千摆动的幅度就是越来越小,很快就停下来。其他同学结果也都差不多。唯独陈伟同学跟其他同学不一样,只见他坐上秋千开始摆动后,有规则地在最高点起立和在最低点下蹲,有的同学看了都笑他,说他动作好奇怪,荡秋千还一下站一下坐的。可后来大家都看到秋千摆动的幅度非但不会越来越小,反而逐渐增大,越荡越高,其他同学都看的目瞪口呆。

最后陈伟同学获得本次比赛的冠军,陈伟同学脸上露出了胜利的笑容。于是我问陈伟知道为什么他的这个方法能使秋千越荡越高吗,他不好意思的摇摇头说不知道他只是无意中发现这个奥秘的,于是我又问了其他同学,他们均说不清楚。接着我叫同学们分组讨论两个问题: 1、荡秋千时秋千的哪一些能量发生了变化?怎么变?2、陈伟同学的方法是如何做到使秋千越荡越高的(从能量角度去思考)?

于是同学们对这两个问题开始了激烈的讨论,并不时的在秋千上做实验。不久各组都有了结论,首先发言的是第一组,他们回答了第一个问题:荡秋千时秋千的动能、重力势能、均发生变化。在最高点时,动能最小,重力势能最大;在最低点时,动能最大,重力势能最小。第二组成员还补充说如果不计阻力的话,动能和重力势能相互转化,机械能总量不变,也就是机械能守恒。但在这里有阻力,所以机械能不守恒,机械能越来越小,秋千也就越荡越低,最后停下来。以上结论大家一致赞同。

对与第二个问题,他们先总结了一下秋千越荡越高的方法:每当秋千升高的时候,人从秋千上站起来,达到最高点时,恰好是站立姿势;而当秋千下降下去的时候,人就从秋千上蹲下去,大到最低点时,恰好是下蹲姿势。第三组成员代表这样解释:当秋千升高时,人站立重心升高重力势能增加了,当秋千下降时,人下蹲重心下降重力势能减小了。我首先肯定了他们又告诉他们这样解释不是很全面,关键要知道秋千后来的能量哪里来,经我这提醒第二组有同学发言了他说人是利用站立和下蹲来做功把自己的化学能转化给了秋千的机械能。这样秋千的机械能就会越来越大。我听了连连点头称赞,同学们得到鼓励后讨论的更加积极了,最后第二组成员代表做了最好的总结:当秋千升高时,他依靠自己的体力做功,使自己站起来,提高自己的重心,增大势能;当秋千下降的时候,他从秋千上蹲下去,将重心降低。就在蹲下去的过程里,它给秋千提供了一部分能量,这些能量就是由于他的重心下降所减少的势能来提供的。听到这个完整的答案我给予了肯定和表扬,还补充说人下蹲的作用跟请人推动一下的作用是完全类似的,所不同的只是提供的方式略有差别而已。

在不知不觉中下课了,同学们都异常兴奋,他们不仅学会了如何把秋千荡的越来越高,而且知道了其中的奥秘。

评析:

在过去的课堂教学中,主要是以单一的教师讲授形式进行的。这种传统的授课形式虽然便于管理知识的系统传授和学习,但也造成诸如 “理论与实际脱节”,学习者参与感不强、学习积极性不高等一系列众所周知的问题。在近几年推行的新课程的理念下我大胆的把学生带出教室,让学生亲自领略荡秋千的快乐和思考其中蕴含的科学道理。在整个教学过程中,同学们怀着极大的兴趣完成了科学研究的整个步骤:猜想、实验、讨论、概括总结。首先我不同与以往教师直接提出问题学生回答的教学形式而是先安排比赛调动学生的积极性,让他们自己先摸索、猜想一下荡秋千的秘诀,果然陈伟同学在一番实验下得出了结论胜利获得冠军。这样的做法不仅培养学生猜想、探索的思想也让他们体会到通过自己的努力获得胜利的快乐。然后我提出问题组织学生讨论为什么只有这样的方法秋千才能越荡越高。在我的适当引导下,同学们一步步探究,带着“秋千的运动过程中哪些物理量发生变化”、“分别怎么变”、“站立和下蹲的作用是什么”等问题不断地去思考、总结荡秋千的奥秘,用自己学过的知识去解释得出结论。最后我叫学生来总结发言既培养他们的语言组织能力又锻炼他们的胆子。通过这节课的学习,我感到这节课这样的教学效果比平时常规教学好很多。因为在整个教学过程中是讨论对话的而非灌输“独白”的,是集体合作的而非个体“单干”的,是批判反思的而非结论教条的。把学生引入“荡秋千”这样一个特定事件的真实情境中,通过师生、生生之间的双向和多向互动,积极参与,平等对话和研讨,从而重点培养了学生的批判反思意识及团体合作能力,并促使学生充分理解、掌握这个知识点。