运用DIS探究“动能表达式”教学设计

张建国

摘 要：本教学设计利用数字化实验系统的高效率，适度增加教学内容，实现高效课堂；利用数字化实验系统数据采集和数据处理自动化、实验结论定量化的优势，实现实验探究与理论探究的融合，使学生既能经历科学探究的全过程，又有足够的时间进行理论探究和理论知识的系统归纳学习；采用小组合作形式，通过多媒体教学网络广播系统共享实验结果，享受分享和成功带来的喜悦，提高学生的合作共享意识。

关键词：动能；动能定理；探究教学；教学设计；传感器；DIS

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0028-5

【教学内容分析】

人教版高中物理必修2第七章《机械能守恒定律》相对于传统教材，最显著的变化就是多出了《追寻守恒量——能量》《实验：探究功与速度变化的关系》两节内容。按传统的处理手法，很多教师会删掉“追寻守恒量”，把“探究功与速度变化的关系”错误解读为“探究动能定理”。

人教版《机械能守恒定律》的核心是认识各种形式的能量，它是一个“守恒量”。所以，教材先有《追寻守恒量——能量》一节。

“能量”是一个非常抽象的概念，而我们早早地就认识了形象的“功”。做功的过程就是能量转化的过程，功是能量变化的“量度”——功能关系。

所以，本章教材的第2、3节安排了功、功率，第4节定量探究重力势能的表达式，第5节定性探究弹性势能的表达式，第6节探究动能与速度的定量关系，第7节定量推导出能量的表达式。这几节内容一气呵成，使学生既系统认识了几种能量形式，又系统领悟了科学探究的过程与方法。

【教学对象分析】

1.学生通过本章第4、5节的学习，初步掌握了“用形象的‘功量度抽象的‘能量”这种思维方法，已有相关知识储备。

2.学生具备一定的实验探究能力、逻辑思维能力和归纳演绎能力。

【教学目标】

1.知识与技能

（1）明确动能的决定因素及表达式，理解动能概念；

（2）理解動能定理；

（3）会用动能、动能定理解释生活和生产中的现象。

2.过程与方法

（1）通过亲历实验“探究动能与速度、质量的关系”的全过程，进一步熟知科学探究的各环节；

（2）通过理论探究，明确动能的表达式及动能定理，使学生认识到科学探究不一定都要做实验；

（3）初步掌握传感器、DIS（数字化信息系统）的操作和使用方法。

3.情感、态度与价值观

（1）通过使用传感器和DIS，增强数字化、信息化科学意识；

（2）采用小组合作形式，通过多媒体教学网络广播系统共享实验结果，提高学生的合作共享意识。

【教学重点】

1.动能的概念和表达式。

2.动能定理的理解与简单应用。

【教学难点】

1.DIS的使用。

2.探究动能与速度、质量的关系及对相关实验原理的理解。

3.实验器材的操作、实验数据的采集和处理。

【教学策略设计】

1.采用传感器和DIS定量获取动能与速度、质量的关系，找寻出动能的表达式，导出动能定理。

2.重探究，巧串联。将“动能与速度、质量的关系”的实验探究与动能表达式、动能定理的理论探究巧妙串联起来。

3.采用小组合作形式，通过多媒体教学网络广播系统共享实验结果。

【教学设备】

25组友高“探究动能量度公式实验仪”，友高数字化实验系统，多媒体教学网络广播系统，多媒体课件展示。

【教学过程】

情景引入

视频：《特种部队2》“上帝之杖”天基动能武器系统摧毁伦敦的震撼画面。

“上帝之杖”天基动能武器系统：该系统由位于太空轨道的两颗卫星平台组成，一颗负责通信和锁定目标，另一颗则搭载有大量被称为“上帝之杖”、用于打击地面目标的长杆型金属棒“动能弹”。该金属棒由钨、钛或铀金属制成，直径30 cm，长6.1 m，重量可达几吨。

教师：动能是物体由于运动而具有的能量。动能武器为什么威力巨大呢？分析天基动能武器系统的部署方案，请同学们猜测物体动能的大小是由哪些因素决定的呢？

学生：“上帝之杖”重达几吨，部署在太空，由太空进入大气层时速度巨大，所以威力巨大。由此推测，质量越大，物体动能就越大；速度越大，物体动能就越大。所以，物体的动能大小是由物体的质量和速度决定的。

【设计说明】 震撼情景引入，激发学生研究动能表达式的兴趣。

新课教学

一、探究物体动能与速度的关系

（一）提出问题

教师：

（1）今天我们首先实验探究物体动能与速度、质量的关系；

（2）划分6个研究小组，每组4套实验器材和友高数字化实验系统。

学生：熟悉小组成员，选出小组长。

【设计说明】 小组合作

（二）设计实验

1.方案设计

教师：请各实验小组根据各自实验台上的友高“探究动能量度公式实验仪”（如图1所示）和实验手册设计实验方案。

注意解决三个问题：

（1）如何探究小车动能与速度、质量两个物理量的关系？

（2）如何测量小车的速度和质量？

（3）如何测量小车的动能？

学生：分组讨论。

【设计说明】

（1）提高学生的实验设计能力；

（2）利用学生前两节“用形象的‘功量度抽象的‘能量”这种相关知识储备。