教学设计最新修改.docx
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教学设计最新修改
阜阳师范学院
全国首届大学生中学物理教学技能大赛
教学设计
教学课题：
探究弹性势能的表达式
姓名：
曹紫薇
学校：
阜阳师范学院
院系：
物理与电子科学学院物理系
专业班级：
物理学专业2006级
（1）班
二〇〇九年八月
“探究弹性势能的表达式”教学设计
一、教学课题
人民教育出版社普通高中标准试验教科书物理必修2（第2版）第七章“机械能守恒定律”第5节：
“探究弹性势能的表达式”。
二、教材分析
本节教学内容属于高中物理课程标准共同必修模块物理2下的第一个二级主题“机械能和能源”，新课程标准对该主题要求学生“认识功是能量变化的量度，理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系”，对弹性势能并未明确提出要求；但是，新课标同时要求学生“理解机械能守恒定律，了解自然界中存在多种形式的能量”；因此，对弹性势能的教学要求应该看作是新课程标准的隐性要求，因为了解弹性势能对于认识功能关系，理解机械能守恒定律是必要的。
当然，学习本节课时，重点是要让学生着重体会探究的过程和使用的方法，复习用到的知识，不要求掌握探究的结论，更不要求用弹性势能的表达式解题。
本节教学内容是新课程标准教科书物理2第七章第5节内容，之前的4节分别是“追寻守恒量”、“功”、“功率”和“重力势能”，之后的5节分别是“探究功与物体速度变化的关系”、“动能和动能定理”、“机械能守恒定律”、“实验：
验证机械能守恒定律”、“能量守恒定律与能源”。
从整章的知识结构体系看，学生是在了解重力势能和弹性势能的基础上，从实验和理论两方面引出动能和动能定理，为学习机械能守恒定律奠定基础。
教材的编排方式考虑到功能关系是逐步渗透的，因此，弹性势能的教学在章节中处于基础地位。
在上一节“重力势能”的学习中，学生对势能的概念有了一定的了解，教学中设计了探究重力势能的表达式这一环节，学生经过探究过程，了解到探究重力势能的表达式是通过分析重力做功得来的，体会了“功是能量变化的量度”这一重要物理思想。
本节课“探究弹性势能的表达式”是在上一节课学习的基础上，首先通过生活中的实例引出弹性势能的概念，丰富对势能概念和形式的认识；接着以弹簧为例定性讨论弹性势能表达式可能与哪几个物理量有关；然后利用功能原理，进一步将探究弹性势能表达式的问题转化到研究弹簧拉力做功的问题上来；在探究过程中巧妙的利用微积分思想计算拉力做的功，进而得到弹性势能的表达式，加深对“功是能量变化的量度”的理解。
【说明：
中学课程中的科学探究，是通过学生自己的探索性活动，变未知为已知的一类学习过程，其中是否包含实验，并不是它的本质特征，本节课的探究就是一个不包含实验的探究。
“探究弹性势能的表达式”在探究类型中属于逻辑推理型探究，学生的科学探究并不意味着只是动手操作，进行实验活动，凡是有利于学生“构建知识”、形成“科学观念”、领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。
】
在教材分析的基础上，依据新课程标准，确立如下的教学目标与教学重点：
（一）教学目标
1、知识和技能目标：
（1）了解弹性势能的概念，知道弹性势能的表达式跟哪些物理量有关。
（2）知道研究弹性势能的表达式与研究弹力做功之间的关系，加深理解“功是能量变化的量度”这一重要物理思想。
2、过程与方法目标：
（1）通过师生互动合作共同探究弹性势能的表达式，让学生经历一次逻辑推理型探究过程，体会逻辑推理探究与实验探究的差异。
（2）通过类比重力势能与弹性势能的概念建立、表达式探究，让学生体会物理学中类比迁移研究方法的重要性。
（3）通过定性实验讨论弹性势能表达式可能与哪几个物理量有关，让学生进一步体会控制变量法的重要性。
（4）通过应用分割、求和、逼近的方法求变力的功，让学生体会微积分思想在物理中的应用。
3、情感态度价值观目标：
（1）通过逻辑推理探究过程让学生体会物理学的逻辑之美和方法之美，体会数学与物理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。
（2）了解弹性势能在生活中的意义和应用，让学生体会物理学与生活的联系，进一步提高学生的应用意识，做到理论联系实际。
（二）教学重点
1、建立弹性势能的概念，加深理解“功是能量变化的量度”。
2、师生互动合作共同探究弹性势能的表达式的全过程及其所用到的思想方法。
三、学情分析
（一）思维基础
《高中物理新课程标准》把“科学探究及物理实验能力要求”、“共同必修模块”、“选修模块”并列，作为内容标准的三大部分，这表明科学探究在高中物理教学中的重要地位。
根据新课程教学理念，科学探究是一种学习方式，是学习目标，也是学习内容，从高一第一学期开始，在课堂教学过程中教师一直重视“过程与方法”的教学，学生已经初步掌握了科学探究的一般方法，即“是什么-怎么样-为什么”的思维方法。
同时，人们对未知事物的探究习惯上总是先从表面的、定性的考察开始，由此学生在探究弹性势能表达式时也应该能首先考虑弹性势能可能与哪几个物理量有关。
（二）知识技能基础
通过上一节《重力势能》的学习，学生对势能的概念有了一定的了解，已经初步体验到“研究重力势能是从重力做功入手”以及“功是能量变化的量度”，并且学生已具有一定的知识迁移能力，因此学生应该很自然的能想到通过弹力做功可以得到弹性势能的表达式。
当然，重力是恒力，恒力做功的问题学生已经能够熟练掌握，而弹力属于变力，变力做功问题学生尚未涉及，因此研究弹性势能关键如何研究弹力（变力）做功，研究该问题需要运用微积分的思想。
在物理必修1中，研究匀变速直线运动位移与时间关系的时候，曾经运用过微积分的方法，学生如果在学习匀变速直线运动的位移和重力做功与路径无关等课题时认真地体验所用的方法，这时应该可以在教师的引导下通过类比，将弹簧的形变过程分成很多小段，每一小段中近似认为弹力是不变的，从而得出弹性势能的表达式。
（三）教学难点
1、运用微积分思想求解弹力（变力）做功的表达式进而得到重力势能的表达式。
2、弹性势能的相对性的理解*。
【说明：
在本节教科书的“说一说”栏目中，提出“能不能规定弹簧的任意长度时势能为0势能”的问题，这一问题可以在物理兴趣小组中展开讨论，对一般学生可不作要求，这个问题同样可以让学生与重力势能参考面的规定做比较，初步了解弹性势能的相对性。
】
四、教学设计思路
本节课的重点是让学生经历一次逻辑推理型探究过程，并体会探究过程中运用的方法。
学生探究能力的提高不可能只通过理解就能实现，学生必须经历探究的过程，而且在这个过程中，学生要有相关的探究行为。
因此，在课堂教学中，学生探究行为的设计是提高他们探究能力的关键。
在弹性势能概念建立之后，“弹性势能大小跟哪些物理量有关”这个直接的问题应该由学生提出；在讨论弹簧弹性势能的相关因素时，应该鼓励学生大胆猜想；在用定性实验分析时，实验的方案应该由学生提出；对定性实验现象的分析以及实验结果的得出也应该鼓励学生自己说出。
学生探究活动某一方面的基本能力一定是和相关的行为联系在一起的，如果学生在探究过程中没有这些行为，相关探究能力的提高将是一句空话。
当然，在学生探究活动中，教师应起主导作用，探究活动中一些重要方法的归纳应由教师点出。
本节课的难点定在了弹力做功表达式的推导。
要想突破这一难点，类比和知识的迁移尤为重要，甚至决定着本节课的成败。
教师应事先建议学生在这节课之前要复习一下物理1中关于匀变速直线运动中位移时间公式的推导方法，因为有些知识的迁移学生并不能一下子想到，这时候学生的自主探究和教师的合理指导要结合，探究学习虽然强调学生的自主性，但并不忽视教师的指导，应该特别强调教师适时的、必要的、谨慎的、有效的指导，以追求真正从探究中有所收获，因此教师需要提出有引导性的问题把学生引导到要达到的方向上来。
（一）教学方法
本节课主要教学方法是启发式教学思想指导下的探究法，在教学过程中以知识迁移法和类比法为主，突出逻辑推理的思路与方法；同时，讲授法和实验观察法也在适当的时候运用。
教师在教学中应该尽力营造探究为主，讲授为辅的教学氛围，教师首先复习回顾重力势能，将势能的概念合理迁移，引出弹性势能的概念，然后利用定性实验研究跟弹性势能表达式有关的物理量，其中采用控制变量的方法。
接着根据功能原理，将探究弹性势能表达式转化为研究弹力做功，类比匀变速直线运动中求位移的方法分析计算弹力做功。
在利用微积分思想求解无限项和的表达式时，采用讲授法。
（二）学法
本节课的主要学法是类比分析法和数理演绎法。
类比分析法主要用于弹性势能概念的构建，数理演绎法主要用于弹性势能表达式的逻辑推理过程。
为了建立弹性势能的概念，需要类比重力势能的概念；为了探究弹性势能表达式，同样需要类比重力做功，研究弹力做功，整个类比过程贯穿着功能原理的运用。
在探究过程中教师需要充分调动学生的积极性和主动性，鼓励他们主动提出问题，主动交流讨论，积极配合老师的教学活动和提示，进行类比分析和数理演绎。
（三）教学手段
弹簧（两根，劲度系数不同），细线、小物块，多媒体（PPT课件、图片、视频）等。
五、教学过程和时间分配
（一）教学时数
1课时（45mins）
（二）教学流程
（三）教学过程设计
【新课导入】
师：
同学们，2008年对中国来说是极具意义的一年，我们伟大祖国成功的举办了奥运会。
在所有的运动项目中你们最喜欢看哪个啊？
生：
羽毛球，跳水，乒乓球，击剑，女排，网球……
师：
好的，同学们这么关心体育运动老师很欣慰，那么对于“梦之队”你们一定也不陌生了，他们承载着国人的梦想共夺得八枚金牌，今天老师就带着你们再次重温当时激动人心的时刻，大家看的时候要注意，老师待会儿有问题要问你们。
视频播放：
奥运健儿跳水场景。
（说明：
引起学生兴趣，把学生的好奇心引导到教师设计的物理情景中。
）
【弹性势能概念建立】
师：
大家刚刚看到运动员在起跳的时候都要在跳板上上下颠几下，然后就能跳的很高在空中做优美的动作，为什么他们能跳那么高呢？
我们在平地上能不能也跳这么高？
你们能不能从用物理语言说说为什么。
生：
在上下颠动的过程中跳板发生形变，产生了弹力，存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了。
师：
同学们的意思也就是变形的跳板存储了能量，我们上节课才学过重力势能是物体凭借其位置而具有的能，那同学们刚刚说的这种能量是不是也是因此而产生的呢？
生：
是，是因为跳板的位置发生变化而产生的
师：
对，但是这种能量又不是重力势能，因为物体在向下运动的时候重力势能是减少的。
而且在本章第一节追寻能量守恒中我们已经了解到“相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能”，也就是说我们今天要研究的这个新的能量，同样也是一种势能，同学们知道是什么吗？
生：
弹性势能。
师：
对，弹性势能就是发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的作用具有的势能。
板书：
弹性势能就是发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的作用具有的势能。
（说明：
通过类比重力势能与弹性势能的概念建立，让学生初步体会物理学中类比方法的重要性）
（目标实现：
通过类比重力势能与弹性势能的概念建立，让学生初步体会物理学中类比方法的重要性。
）
【探究弹性势能表达式】
一、提出问题
师：
同学们，在认识一个新概念的时候，你们想知道些什么呢？
（找几个学生回答）
生：
弹性势能是怎么产生的；弹性势能是谁发现的；跟什么物理量有关；它的表达式是什么呢？
我们为什么要研究它？
弹性势能有什么用；它跟重力势能有什么关系……
（说明：
提出问题是学生需要培养的一项基本能力，教师需要创设情景，合理引导，才能提高学生提出问题的能力。
）
师：
同学们提问的很好。
板书：
同学刚刚提出的问题。
师：
我们说一个科学概念的力量就在于它具有解释和概括一大类自然现象的能力，能量概念就是这样，我们在学习过重力势能之后再学习弹性势能，就是希望能够尽量让我们的知识体系更加完备，而在你们刚刚提出的想了解的诸多问题中，我们首要解决的一个就是：
弹性势能跟哪些物理量有关……
二、猜想与假设
师：
上节课我们学过的重力势能的表达式大家一定还记忆犹新，E=mgh，大家很容易就能看出重力势能是跟物体被举的高度有关的，并且是成正比的关系，那么对于今天新接触的弹性势能，情况也会是这样吗？
我们今天以弹簧为例来进行探究，同学们可以思考一下，老师待会儿提问大家。
学生讨论后回答：
可能与弹簧被拉伸的长度有关；弹簧还有劲度系数，可能跟弹簧的劲度系数也有关。
师：
同学们刚才提到两个物理量，它们到底跟弹性势能有没有关系或者有什么样的关系我们现在还不得而知。
同学们的猜测是值得肯定的，可是我们应该怎样去验证它们的正确性呢？
你们能不能利用弹簧设计出一个实验？
学生设计实验方案。
（说明：
激发学生的探索心理，为定性实验打下基础。
）
三、定性实验
师生合作实验：
四名同学分成两组，每组两人，展示两个长度一样，劲度系数不一样的弹簧。
第一组先将同一根弹簧用细绳捆住压缩到一定长度x1，然后压缩到更短的长度x2，在相同的桌面上，让两者在同一刻度线上同时烧断细线，看哪个弹簧能把木块推出的更远。
第二组将两根劲度系数不同的弹簧一起压缩到同样的长度，同时烧开细线再比较哪根弹簧能把木块推出的更远？
（把木块推出的远说明弹簧的弹性势能较大）
（说明：
鼓励学生参与到探究活动中去，真正做到学生探究。
）
师：
根据这四位同学的实验现象，我请一位同学来总结一下你得到的结论。
生：
弹性势能与劲度系数、形变量有关。
（目标实现：
通过定性实验讨论弹性势能表达式可能与哪几个物理量有关，让学生进一步体会控制变量法的重要性。
）
四、逻辑分析
师：
这位同学总结的很好，那我们就可以说弹性势能同重力势能一样，也是跟它拉伸的长度l和劲度系数k成正比的……
预测学生行为：
老师，不对，我们现在研究的弹簧跟上节课的情况不同，对于一个弹簧拉的越长所用的力就越大，而要举起同一个重物，所用的力并不随高度变化
（1）假如同学发现老师语言中的错误：
师：
对，这位同学很善于思考，大家要向他学习，他考虑问题很周到，这确实是我们不能忽视的一个重要问题……
（2）假如同学没发现老师的错误，教师也应及时引导：
同学们来看这两幅图：
PPT显示图片并提问：
在物体升降的过程中，重力是否发生变化？
PPT显示图片并问：
而弹簧的拉力在拉伸过程中是否发生变化？
（说明：
引发矛盾，使学生好奇心被调起，努力寻求解决方法）
师：
同学们很容易就知道在弹簧变形过程中拉力是变力！
与重力是不同的！
两种不同的力，产生的势能表达式会一样吗？
生：
应该不一样吧
师：
物体由于被举高而具有重力势能。
物体的高度发生变化时，重力要做功：
物体被举高时，重力做负功;物体下降时，重力做正功。
因此，认识重力势能，不能脱离对重力做功的研究。
这是我们上节课所学的内容，我们在研究弹性势能时能不能同样从这点入手呢？
同学们思考一下。
我们以前就知道：
功是能量变化的量度，即：
W=EP1－EP2，若令EP1=0，则W=－EP2，也就是说我们要知道弹性势能的表达式同样也是要从弹力做功来入手的。
（目标实现：
知道研究弹性势能的表达式与研究弹力做功之间的关系，加深理解“功是能量变化的量度”这一重要物理思想）
五、理论推导
师：
在地球附近，重力是恒力。
而在拉伸弹簧的过程中，拉力是随弹簧的形变量的变化而变化的，拉力还因弹簧的不同而不同，因此拉力做功不能直接用功的公式
W=Flcosα来计算，那么，如何求出拉力的功呢？
生：
讨论
师：
大家可以回忆一下我上节课结束时让你们回去复习的必修一中的关于匀变速直线运动中的内容，看能不能得到灵感。
学生回忆：
老师，我们研究匀变速直线运动时把运动过程细分为很多小段，这时候是不是也应该这样做？
师：
同学们说的很对，说明你们课后确实认真按老师说的去做了。
那同学们说对于今天的问题如果交给你们自己去处理，你们会怎么解决。
生：
我们也可以把弹簧被拉伸的部分也分成很多份，那么在每一小段上的力就可以近似认为是不变的。
师：
对，我们可以把每一小段的力近似认为是不变的，记做F1，F2，F3，……那么在每一小段上拉力做的功就可以表示为F1l1，F2l2,F3l3,……
拉力在整个过程中所做的功可以用它在各小段做功之和来表示了，即
F1l1+F2l2+F3l3+…
这样我们就求出了拉力做的功了。
（目标实现：
通过逻辑推理探究过程让学生体会数学与物理的巧妙结合，激发学生的求知欲和学习兴趣）
生：
老师，这个式子只是个求和表达式，我们还不知道弹性势能的表达式具体是什么？
师：
好，这位同学的疑问非常的好，那大家就计算一下这个式子的结果。
学生演算将近一分钟不知从何入手
师：
有同学计算出来的吗？
（大家没反应）
师：
大家也都看出来了，这个式子如果直接计算依目前我们的知识还有一定的难度，但是就说我们对这个问题束手无策了吗？
那肯定不是，同学们不妨再想一想我们刚才说到的关于匀变速直线运动求位移问题的计算方法，看看能不能试着自己解决
生：
老师，我们求匀变速直线运动的位移时用的是图像法求的，现在是不是也可以用图像法求？
师：
想到这说明你们回去都认真按老师吩咐的做了，没错，我们在求这类问题时确实还是用图像法，那下面你们就试着自己在草稿纸上把匀变速直线运动中位移时间的关系画出来（教师巡视）
学生行为
（目标实现：
通过师生互动合作共同探究弹性势能的表达式，让学生经历一次逻辑推理型探究过程，体会逻辑推理探究与实验探究的差异）
师：
大家画的很认真，说明同学们为了这节课准备了不少，我们同样可以利用图像法来解决弹力做功的问题。
我们知道弹力与拉伸量的关系是F=kl，
师：
当我们把拉伸量分为两份三份四份的时候可得到
此时弹力的功分别为：
W2=F1l1+F2l2
W3=F1l1+F2l2+F3l3
W4=F1l1+F2l2+F3l3+F4l4
每一次更多的细分我们的结果就离准确值更近，当我们无限细分下去：
得到W=F1l1+F2l2+F3l3+F4l4+…
（目标实现：
通过应用分割、求和、逼近的方法求变力的功，让学生再次深入体会微积分思想在物理中的应用。
）
大家看一下，无限的细分之后我们得到的每一小份都可以认为是恒力，那我们就可以把下面的三角形的面积当作是弹力做功计算，由此我们就把上面复杂的问题解决了。
同学们现在可以计算出弹力的功是多少？
生：
师：
根据前面的分析，我们已经知道求出弹力做功就可以确定弹性势能的表达式，因为
W=－EP2，所以我们就确定了：
（目标实现：
通过逻辑推理探究过程让学生体会物理学的逻辑之美和方法之美，享受成功的乐趣。
）
【巩固评价】
1、关于弹性势能，下列说法中正确的是：
A、任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B、任何具有弹性势能的物体，都一定是发生了弹性形变
C、物体只要发生形变就一定有弹性势能
D、弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量有关
答案为（A）、（B）
2、在一次“蹦极”运动中，人由高空跃下到最低点的整个过程中，下列说法正确的是：
A.重力对人做正功
B.人的重力势能减小了
C.“蹦极”绳对人做负功
D.“蹦极”绳的弹性势能增加了
答案为（A）、（B）、（C）、（D）
（说明：
通过第一题在概念基础上的练习加深对于弹性势能产生条件的理解；第二题中不但有关于本节内容的知识更对上节课学习的重力势能知识进行巩固，同时也让学生对自己提出的问题“弹性势能和重力势能的关系”有一定的认识）
【课堂总结】
师：
我们现在已经得出了弹性势能的表达式，大家现在回头想想我们这节课从开始到现在我们是循着怎样的一个路线找寻到我们需要的结果的？
生讨论后回答：
提出问题，猜想与假设，定性小实验，然后是分析推导
师：
对，这个过程正是我今天希望大家能体会并从中受益的过程，也就是科学探究的过程，今天我们推导出的结果虽然不要求你们以后在计算中使用，但是老师是想借由今天这堂课使你们明白学习这种科学方法，你们以后就会用比较高的观点处理问题，也许一段时间之后你们已经记不清课本所写的内容了，但这样走过的路会在你们的心中留下印记，形成你们的“科学素质”。
今天的作业是：
你们回去后每人写一篇关于本节课探究过程的感想；有能力的同学再思考一个问题：
我们在今天的探究中实际上无形中就规定了弹簧的原长处势能为零，那么我们能不能规定弹簧的任意长度时的势能为0势能。
六、板书设计
七、教学反思
这是节没有实验的逻辑推理探究课，所以在组织上课之前对于学生能不能适时的提出问题和进行知识间的迁移很是担心，因为任何一个问题的断口都有可能影响整节课进度的顺利性。
但是在真正上课的时候发现，学生的水平完全在意料之外，他们不但思维跳跃性强，而且积极配合完成了本节探究课，但是因为其探究本性，又因为是第一次组织这样的探究课，所以课堂环节的发展难免有不在控制之内的情况出现，因此在整堂课的逻辑和连贯性上可能存在不足，有待以后改进。
教师在组织探究课时应注意并非只有好学生才有能力展开科学探究，应该给每一个学生参与探究的机会，尤其是那种在班级和小组中较少发言的学生，应给予他们特别的关照和积极的鼓励，使他们有机会、有信心参与到探究中来，要防止一部分优秀的探究者控制和把持着局面，当然对于这些有特殊才能的学生可以在课下组织兴趣活动给予他们一些专门适合他们水平和需要的探究任务。
教师在指导学生探究时，不必追求科学家探究的水平，不能向博士生导师指导研究生那样去强调一些操作方法和操作技能，这并不是高中物理开展探究活动的重点，当然也不能满足儿童自发探究的水平，而应该着眼于学生“基本科学素养”的提高。
教师要注意充分地倾听学生，李政涛先生在《倾听着的教育――论教师对学生的倾听》中写道“教育的过程是教育者与受教育者相互倾听与应答的过程”，在探究课的进行中，教师的倾听就显得尤为重要，教师只有通过认真地倾听学生，关注学生的即时表现、观点和发言，通过关注学生的兴奋与疑惑，才能对自己何时参与、如何参与做出决策。
八、参考资料
1、人教版高中物理2（必修）《物理》，人民教育出版社。
2、人教版高中物理2（必修）《教师教学用书》，人民教育出版社。
3、人教版高中物理课程标准教科书《教材分析和教学建议》。
4、《探究弹性势能的表达式》教学设计，银川二十四中，彭晓忠，
5、教育理论与实践，22卷第1期，《探究式学习：
十八条原则》，任长松，人民教育出版社课程研究室。
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