高中物理探究教学案例呈现

问题探究教学的主要宗旨在于充分发挥学生的个性，引导学生获得解决问题的各种思维方式和方法，培养学生的创造力，推动学生知识和能力水平的提高。下面笔者以人教版高中物理必修1第二章第五节“自由落体运动”为例进行分析。

一、教材分析

本节课选自人教版物理必修1第二章第五节。自由落体运动是匀变速直线运动在自然界中最简单的体现形式。在章节安排上，是匀变速直线运动规律的知识迁移与实际应用，从简单问题入手，符合学生认知规律。

在内容安排上，首先，教材提出物体下落快慢是否相同的问题，引导学生实验，突破原有认识，体会并应用忽略次要因素，抓住主要因素这一科学思维方式。其次，教材虽然列举了实验，但直接给出了伽利略的研究成果，对于重力加速度的讲述，也是直接给出了g值，这就意味着实验探究和推理分析是本节课探究难点。

二、学情分析

首先，在本节知识之前，学生已经学习了匀变速直线运动的几条重要规律与利用纸带打点计时器来研究运动学的基础。其次，自由落体运动源于生活，却易于被忽视。学生具备一定的感性认识和模糊体会，学生可以通过自主探究的学习形式来完成本节课的学习内容。同时，高中物理的学习生涯刚刚开始，学生对更高层次的知识的探究欲望十分强烈，此时开展探究式教学，始于兴趣，赢在根基。但学生完全通过自主探究来掌握本节知识的能力还很欠缺，不同的学生，其学习方式的转变情况各不相同。因此，仍然需要教师的有效引导。

三、重难点分析

（1）重点：产生自由落体运动的条件、实质、重力加速度g的测量。

（2）难点：通过实验进行物体下落快慢影响因素与自由落体运动的运动性质的分析。

四、探究目标设计

（一）知识与技能

（1）理解自由落体运动和产生的条件。

（2）理解自由落体运动的加速度，知道其大小和方向。

（3）掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动的规律，并能应用所学规律解决实际问题。

（二）过程与方法

（1）在教师的启发引导下，通过实验逐步形成自主探究能力。

（2）引导学生把实验与逻辑推理相结合，使学生体会科学思维和科学方法的力量。

（3）利用现代互联网技术培养学生利用物理语言进行交流合作，以及学以致用的意识。

（三）情感态度与价值观

（1）通过自主探究使学生逐渐转变被动接受的学习方式，激发学生的探索与创新意识。

（2）培养学生实事求是的科学态度，不迷信权威，基于逻辑和证据发表自己的见解。

（3）培养学生的团结合作精神和合作意识，能够主动与他人合作，尊重他人意见，敢于提出与他人不同的见解。

五、教学方法

探究式教学。

六、教学用具

两端开口的牛顿管、磁铁、各种质量不同的小物件（小纸片、小石子、小铁环、羽毛等）、频闪相机、课件、多媒体。

七、教学过程

（一）探究问题的生成与形成假设

师：落体运动常见于我们的生活，同学们有没有仔细思考和观察过，树上的果子和树叶同时下落，谁先落地？

生1（基于生活经验回答）：果子先落地。

师：为什么？

生2：因为果子重。

教师用石子和纸片模拟，再次证实并得出结论，重的物体要比轻的物体下落得快。最早研究这一现象的是被称为“万学之祖”的亚里士多德。他认为，下落的快慢由物体的轻重决定，重的物体下落得快。此时，学生与该结论的认知是相同的。

师：按此结论可知，一枚硬币和装有相同硬币的信封在同一高度同时下落，装有硬币的信封总重量大应该先落地。

师（演示实验，结果恰恰相反）：这是为什么呢？

生3：是因为有空气阻力。

通过前后对比引起学生认知冲突，调动学生的探究欲望。

师：如果没有空气阻力，结果又如何？能否根据课前的预习设计一个实验来证实？

生4：可以用牛顿管实验验证。

然后进行整堂课的实验准备工作。

（二）探究方案的策划与设计

为了避免课堂的混乱、探究效率低下，以及减少时间的流失，将本节课的探究任务分成三个探究活动。探究活动按问题启发引导的顺序进行，每个探究活动完结后，小组展示探究结论和交流讨论，教师进行归纳总结，承上启下，引出后面的探究活动。

将学生分成探究小组，五人一组，分工要明确。本节课所进行的探究实验全部由小组独立完成。教师现场布置任务，明确探究目的，除了必要的指导，要流动观察，珍视学生在探究过程中的独特感受、理解和感悟，不做过多干涉。创设情境引发学生认知冲突，提出所需要探究的问题，用时三分钟。三个探究活动用时三十分钟，每个探究活动的时间由教师掌控。剩余时间进行交流与评价。如果在规定的时间内没有完成探究任务，可适当调整以满足学生的探究欲望，也可课后继续进行。(www.xing528.com)

（三）探究方案的实施与开展

师：当进行牛顿管验证猜想时，能否同时得到在近乎真空情况下不同物体下落的轨迹？（留时间思考）

师：那如何记录物体的运动呢？

学生利用频闪相机记录物体随时间变化的图像。

师：如何使上述问题既简便又节省时间？（留时间思考）

生5：可以尝试同时进行。

1.探究活动一

（1）影响落体运动快慢的因素

学生活动：选取两端开口的牛顿管，用磁铁将纸片、羽毛、小铁片吸在上端盖子上，将盖子盖紧，抽空牛顿管。牛顿管背面用背景板遮挡，以便拍照清晰。

教师活动：流动观察、指导；可指导操作或做演示；分析“牛顿管”实验特点，展示频闪效果。

结论：没有空气阻力时，仅在重力作用下，不同质量的物体下落快慢相同。

（2）自由落体运动的特点

学生活动：频闪相机选好角度将整个牛顿管放入屏幕中，磁铁与快门同时进行，然后将选取的照片插入PPT中，将照片对齐拉开观察。

教师活动：流动观察、指导，进而引出自由落体运动的定义，形成板书。

结论：自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。

师：实验时管内真的达到完全真空吗？对实验是否有影响？可以忽略吗？实验结果表明，自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。

师：加速度是矢量还是标量？

生6：矢量。

师：加速度的大小和方向如何？请同学们运用所学知识通过实验探究得出。

2.探究活动二

（1）自由落体的加速度

学生活动：利用打点计时器记录重物下落过程，分析纸带，利用匀变速直线运动规律计算加速度。利用逐差法求重力加速度，以减少实验误差。实验在同一点，多次测量求平均值。

教师活动：流动观察、指导。

结论：自由落体加速度也叫重力加速度，通常用g表示，计算结果大约取g=9.8m/s2。

（2）加速度的方向

学生活动：使用不同重物，利用打点计时器多次实验。

教师活动：流动观察、指导，掌控实验时间，形成板书。

结论：同一地点，物体自由下落的加速度相同，方向始终竖直向下。

让学生总结自由落体运动规律。

师：教材44页下方给出了一些不同地区的重力加速度的数值，你从表中发现什么规律了吗？不同地区的g值真的不同吗？同学们可否有兴趣与不同地区的同学交流一下？

3.探究活动三

探求不同地区重力加速度g不同以及表中蕴藏着什么规律。

学生活动：整理探究活动二的有效数据，推选学生代表发言。大胆尝试。

教师活动：教师通过互联网视频直播接通不同地区的课外兴趣小组。

教师要提前搭建平台，为学生提供对外交流合作的机会。不需要太多地区，意在为学生提供交流的机会。

结论：不同地区g值与书本给出的数据基本一致，重力加速度的数值随纬度增高而增大。

师：至此，本节课的知识我们就学完了，同学们能否根据今天所掌握的知识和技能课后扩展一下，探究测量重力加速度的方法，完成课后做一做和课后习题并做好今天的探究实验报告。

（四）探究结论的交流与评价

这是一节紧张而有序、兴趣与挑战并存的一节课。学生各方面的能力都得到了充分的展示与锻炼。教师应在最后交流与评价环节，积极鼓励学生，教师要表扬出色完成探究活动的小组，针对出现失误和没有完成探究任务的小组，教师要给出指导意见并积极鼓励。同时，教师要让学生积极发言，表达自己在这种探究式课堂当中的收获与成长，也要倾听学生的困惑。课后要求学生形成探究报告，教师要根据探究式教学评价量表记录学生的成绩。

八、板书设计（如图3-1所示）

图3-1　板书设计