“力的合成”的探究式教学设计_中学教育-教学研究.pdf

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1、 1“力的合成”探究式教学设计 探究式教学特别注重让学生经历探索问题的全过程，从中获得体验，培养学生科学素养,要求从日常现象着手，设置情景，引导学生围绕问题制定计划，设计方案进行实验，在收集数据并分析的基础上，提出假设并验证，形成结论，最后通过集体交流评估，不断完善方案，实现知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观三维目标。据此,“力的合成”教学要设法创设、模拟和再现类似科学探究的情境，使学生身临其境，以科学研究者的身份，采用“猜想推理验证”的研究方法，探索、发现和获取知识，并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐。在教学中侧重知识的形成，教给学生科学思维的方法，并激发探究意识，培养创新能力。这节课的

2、主线是：回顾旧知识提出新问题数学类比推理科学猜想分析归纳实验验证总结规律解决实际问题。一、设计思想 普通高中物理课程标准（实验）指出：“物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实践，勤于思考培养其科学探究能力，而焦点在如何让学生“猜想”。因此设计教学从日常生活中的提水开始，设置悬念，激活学生思维，发现并提出问题，经历科学探究的全过程,猜想、验证平行四边形定则，并解决问题，从生活走向物理，从物理走向社会，提高学生的科学素养。二、学情、重点、难点分析 等效观点、力的合成学生从未接触过，而这又是解决力学的基础和工具，如果掌握不了，后续的学习中，对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动

3、能定理的理解和应用以及运动的合成、电场磁场的叠加等都不能得心应手。这节前接三种常见的力，后启力的分解和力学的重要定律的应用，因此这节课在高中物理中的地位和作用至关重要，如何上好这节课决定了高中物理能否开门红？由于受代数运算定势思维的限制，对矢量运算总有畏难情绪。因此理解合力与分力的关系，理解平行四边形定则并加以应用，是教学的难点和重点；平行四边形定则的探索应用是教学重点，而实验设计和作图也是难点。所以，无论从课堂讲解，还是实验的设计操作、巩固练习、课后作业等，都应围绕平行四边形定则展开。三、教学目标 1、知识与技能 2 从等效性理解合力与合成的概念，会用作图法求合力；掌握平行四边形定则，知道合

4、力的大小与分力间夹角的关系；提高学生实验、应用数学知识，探究、解决物理问题的能力。2、过程与方法：学习物理中常用的实验探索、搜集数据、总结规律的研究方法。树立等效观点和思想,建立从特殊到一般的辩证统一思想。3、情感、态度与价值观 掌握正确的实验方法，探索、了解物理规律的形成过程，体会学习的乐趣和成功的快乐，使学生乐学、会学、学会。培养严谨、认真、实事求是的科学态度和良好的团结协作精神，坚持内容与形式统一的辩证唯物主义思想教育。四、方法分析 为了增加学生的感性认识，发展学生的感知能力，就要让学生亲自实验探索平行四边形定则，这是实践出真知的要求，也是突破重点和难点的关键，是接受物理知识最符合认识规

5、律的方法。选择探究教学，要求学生动手操作，记录数据，画出力的图示，归纳结论，既培养了学生的实验能力和严谨、认真、团结、协作的科学态度，也有效地突出重点，突破了难点。五、学法指导 鉴于高、初中学习方法的差异性，要教给学生科学实验、处理实验结果并得出结论的方法，如作用效果相同怎样显示，怎样确定力的方向，实验如何操作，怎样作图表示力的大小等。通过提问，以疑启思，激发兴趣，再由实验调动学生的积极性，开发潜能，体验平行四边形定则的得出过程，培养学生的思维能力。面向全体，分层调动学生的积极性。在实验、提问、练习中既要针对基础较差者，也要针对较好者。六、教学设计 、贴近生活 提出问题 科学探究（多媒体展示动

6、画、影片）复习引入、提出问题：3 牛和 4 牛的力同时作用在物体同一点的，从效果上看，是否相当于对物体施加一个 7 牛的力呢？从日常现象着手设置情景引导学生围绕问题制定计划设计方案进行实验在收集数据并分析的基础上提出假设并验证形成结论最后通过集体交流评估不断完善方案实现知识与技能过程与方法情感态度与价值观三维目标据此力的合成教索发现和获取知识并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐在教学中侧重知识的形成教给学生科学思维的方法并激发探究意识培养创新能力这节课的主线是回顾旧知识提出新问题数学类比推理科学想分析归纳实验验证总结规律解决实际勤于思考培养其科学探究能力而焦点在如何让学生想因此设计教学从日常生活中

7、的提水开始设置悬念激活学生思维发现并提出问题经历科学探究的全过程想验证平行四边形定则并解决问题从生活走向物理从物理走向社会提高学生的 3 两个人共提一桶水，手臂间夹角大些省力？还是小些省力？几个小孩共同推一辆小车上坡，一个大力士能代替吗？如图甲、乙，一个人用力F可以把一桶水慢慢提起，两个人用力F1、F2也可以提起，力F的作用效果与F1、F2的共同作用的效果相同吗？丙 用图丙过渡到生活实例，从等效性引入合力、分力、力的合成概念，并提出探讨的核心问题：合力与分力有什么关系呢？指导思想：通过现象、示意图及问题的呈现，使学生感受到物理就在身边，产生亲和力，萌发好奇心，激活思维，激发急于探究的冲动，这是

8、科学探究顺利进行的良好开端。2、制定计划 设计实验 多媒体展示要解决的问题 （1）以两个共点力合成为例，组织学生讨论，主要解决以下问题：力作用在物体上产生什么效果？（形变和改变运动状态。）一个力可以让物体形变，多个力也可以让物体产生同样的形变，这一个力能代替多个力吗？一个力可以让橡皮条发生形变，两个力能达到同样的效果吗？如何测力的大小？能用作图表示力的大小吗？若这两个力互成角度，则两个力的合力与分力的大小、方向有什么关系？能用实验去研究吗？指导思想：这实质上为学生有针对、有目的设计方案，明确待测量，选择器材，进行大胆猜想创设了情境，为验证猜想创造了条件，提供了想象的空间和解决问题的依据，避免了

9、漫无边际的乱猜，符合从简单到复杂的认知规律。（2）展示学生集体讨论的结果，并选择最佳方案总结、补充、分析，提供相应的器材（图 1、2）：木板、白纸、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳两条、三角板、刻度尺、固定夹。FF2 F2 F1 F1 F2 从日常现象着手设置情景引导学生围绕问题制定计划设计方案进行实验在收集数据并分析的基础上提出假设并验证形成结论最后通过集体交流评估不断完善方案实现知识与技能过程与方法情感态度与价值观三维目标据此力的合成教索发现和获取知识并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐在教学中侧重知识的形成教给学生科学思维的方法并激发探究意识培养创新能力这节课的主线是回顾旧知识提出新问题数学类比

10、推理科学想分析归纳实验验证总结规律解决实际勤于思考培养其科学探究能力而焦点在如何让学生想因此设计教学从日常生活中的提水开始设置悬念激活学生思维发现并提出问题经历科学探究的全过程想验证平行四边形定则并解决问题从生活走向物理从物理走向社会提高学生的 4（3）多媒体展示实验方案及步骤：把方木板、白纸固定在台面上。把橡皮条一端固定在“M”点，结点系上细绳套。用两弹簧秤分别勾住两绳套，互成角度拉橡皮条，记下结点“O”的位置、细绳的方向和F1、F2的大小。再用一只弹簧秤，把橡皮条的结点拉到“O”，记下F的大小和细绳的方向，从“O”起按同一标度作出F1、F2和F的图示。用三角板连接 F1、F2、F，观察构成

11、的图形。3、分八个大组实验 收集数据 引导学生分工协作 五个组分别作夹角 30、60、90、120、150的情况。六、七两组各完成任意锐角、任意钝角的情况。为避免出现两个力相等的情况，第八组用弹簧秤沿竖直方向用5牛的力拉橡皮条，记下细绳的方向、结点位置“O1”，从“O1”起向两边分别作与竖直方向成530和370的两条直线，再用两只弹簧秤沿两直线方向把结点拉到“O1”，作F、F1、F2的图示，连接F1、F2、F，观察构成的图形满足勾股定理。4、教师指导分组实验 怎样确定 F、F1、F2的大小、方向呢？引导学生：分力的方向沿细绳方向；确定分力的大小和方向时，一位同学用互成角度的两个力沿规定的方向拉

12、两只弹簧秤使橡皮条伸长到 O点；另一位同学记下分力的方向和两个弹簧秤的读数，这就是分力的大小和方向。用一只弹簧秤把橡皮条拉到“O”位置，细绳的方向就是合力的方向。确定合力的大小和方向时，一位同学用弹簧秤把橡皮条拉到“O”位置，另一位同学记下细绳的方向和弹簧秤的读数，这就是合力的大小和方向。两次实验“O”或“O1”应该重合，拉弹簧秤时尽量让读数为整数，保证弹簧秤水平,使作图快捷、准确。5、大胆猜想 谨慎验证 根据实验和图示，许多同学已经激动的发现自己的作图是、或很象平行四边形，分力是邻边，合力是对角线；这时引导各组以任意数据为例，再作图示验证是否还是平行四边形。从日常现象着手设置情景引导学生围绕

13、问题制定计划设计方案进行实验在收集数据并分析的基础上提出假设并验证形成结论最后通过集体交流评估不断完善方案实现知识与技能过程与方法情感态度与价值观三维目标据此力的合成教索发现和获取知识并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐在教学中侧重知识的形成教给学生科学思维的方法并激发探究意识培养创新能力这节课的主线是回顾旧知识提出新问题数学类比推理科学想分析归纳实验验证总结规律解决实际勤于思考培养其科学探究能力而焦点在如何让学生想因此设计教学从日常生活中的提水开始设置悬念激活学生思维发现并提出问题经历科学探究的全过程想验证平行四边形定则并解决问题从生活走向物理从物理走向社会提高学生的 5 指导思想：猜想尽管带有

14、一定想象、推测成分，具有偶然性，但它是学生依据客观事实和科学理论进行思辨的结果，是创造思维的体现，也是科学家研究中产生新想法、新发现途径之一；鼓励学生科学探究需“大胆猜想，小心验证”；也要鼓励探究中求新、求异的创造热情，了解猜想在科学探究中的重要意义。6、交流评估 形成结论 在猜想得到验证的基础上，展示各组有代表性的作图（图 3），由学生集体归纳出平行四边形定则，形成结论：求互成角度的两个力的合力，可以用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。前人正是用类似的实验多次、精细研究，确认互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则，我们正是模拟了前人的研究

15、过程。7、回归生活 引导学生思考课前的问题，待学生基本完成后，利用多媒体动画，直观清晰地展示出力的合成知识在这些问题中的具体应用。同时让学生思考：实际中物体往往受到多个力，怎样求多个共点力的合力呢？指导思想：在解决问题时发现新问题，使学生感受到科学探究是在不断解决又不断提出问题的过程中逐步深入的；最后让学生带着问题，带着探究的冲动离开课堂，为进一步探究留下拓展的空间。六、思考与讨论 小结 大屏幕展示 1、两个力的合力与分力的大小、方向是否有关？2、用平行四边形定则演示器演示（图 4）。（提醒学生可自行设计：把四个边用螺丝钉住，中间用一个有长度单位的硬尺连接对角线，随着形状的改变，对角线的长度也

16、随着改变。）图图 4 图 5 从日常现象着手设置情景引导学生围绕问题制定计划设计方案进行实验在收集数据并分析的基础上提出假设并验证形成结论最后通过集体交流评估不断完善方案实现知识与技能过程与方法情感态度与价值观三维目标据此力的合成教索发现和获取知识并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐在教学中侧重知识的形成教给学生科学思维的方法并激发探究意识培养创新能力这节课的主线是回顾旧知识提出新问题数学类比推理科学想分析归纳实验验证总结规律解决实际勤于思考培养其科学探究能力而焦点在如何让学生想因此设计教学从日常生活中的提水开始设置悬念激活学生思维发现并提出问题经历科学探究的全过程想验证平行四边形定则并解决问题从

17、生活走向物理从物理走向社会提高学生的 6 3、多媒体进一步演示在直角坐标系下，两个分力与合力的关系。大小和角度可以人为设定，电脑自动画出合力大小及角度，并且三个力可以自动转动 3600，并模拟多个力的合成（图 5），由此总结更精细的结论这都给学生一个直观的“刺激”。4、学生会惊奇的发现结论 展示在大屏幕上|F1-F2|F|F1+F2|，夹角为 0、180时，为代数运算。5、进一步留给学生思考的问题：合力一定大于分力吗?两分力大小一定夹角变化时，合力如何变化?作用在不同物体上的两个力能进行力的合成吗?七、巩固探究方法 强调探究意识 大屏幕再次展示新的探究问题 1、两个 5 N 的共点力的夹角分别

18、为 450、900、1200时合力是多少？2、两个共点力的合力的最大值为 7 N，最小值为 1N，这两个力分别为 N和 N；若夹角为 900，则合力的大小为 N 3、两个 5N 的共点力，彼此间夹角 1200，它们的合力多少？若三个 5N 的共点力，彼此间夹角 1200，它们的合力又是多少？指导思想：再一次利用前面的探究方法解决问题，强化了探究思想，为应用平行四边形定则求解合力奠定了坚实的基础。八、总结提高 作业布置 1、平行四边形定则：两个力合成时，以表示两个力的线段为邻边作平行四边形，两个邻边之间的对角线代表示合力的大小和方向。2、平行四边形定则是矢量运算普遍遵守的法则。3、两个力的合力与

19、分力的大小、方向有关：|F1-F2|F|F1+F2|，夹角为 0时，F=F1+F2，F的方向与 F1及 F2同向。夹角为 180时，F=F1-F2，F的方向与较大的力同向。两个大小不变的共点力的合力随夹角增大而减小，随夹角减小而增大。从日常现象着手设置情景引导学生围绕问题制定计划设计方案进行实验在收集数据并分析的基础上提出假设并验证形成结论最后通过集体交流评估不断完善方案实现知识与技能过程与方法情感态度与价值观三维目标据此力的合成教索发现和获取知识并亲身体验科学探究中的艰辛和欢乐在教学中侧重知识的形成教给学生科学思维的方法并激发探究意识培养创新能力这节课的主线是回顾旧知识提出新问题数学类比推理科学想分析归纳实验验证总结规律解决实际勤于思考培养其科学探究能力而焦点在如何让学生想因此设计教学从日常生活中的提水开始设置悬念激活学生思维发现并提出问题经历科学探究的全过程想验证平行四边形定则并解决问题从生活走向物理从物理走向社会提高学生的