1、4重力势能 教学设计 一、学情分析高一学生认识事物的特点是开始从具体的形象思维向抽象的逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象的图片、视频、画面来支持。学生在初中时已接触过重力势能的概念，学生已学习了功的概念和计算方法，使学生有能力通过重力做功的计算来判断重力势能的变化。学生有这样的生活经验:在峭壁上的石头掉下来能把树木压断；高处的水流下来可以推动水轮发电机发电；打桩机重锤落下来，可以把木桩压入地下，为学生定量的学习重力势能和判断重力势能的变化奠定了基础。本节讲述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系。重力做正功时，重力势能减少，克服重力做功(重力做负功)时
2、，重力势能增加。关于这个关系，由于与动能定理的表述不一致，学生往往不易理解。教学时最好能结合一些实例，从能量转化的角度分析，解开学生的困惑，例如可举在自由落体运动中，重力做正功，重力势能减少，同时由动能定理可知，动能增加.重力势能转化为动能，这样做，也可以为下一节讲解机械能守恒定律做好准备.二、学习内容分析本节首先提出，物体由于被举高而具有重力势能。在被举高过程中重力要做功，重力做功的过程也就是重力势能变化的过程，然后通过分析重力做功与路径无关的特点，推导得出重力势能的表达式。进一步讨论重力势能具有相对性及重力势能是物体与地球系统所共有的。与以往教科书不同的是，本教科书没有生硬地给出“功是能量
3、变化的量度”，而是在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化的关系的过程中，不断渗透这一思想的。在“追寻守恒量”一节中，给出了势能的涵义，“物体势能是物体凭借其位置而具有的能量”。重力势能的概念及重力做功与重力势能变化的关系是本节的重点。笔者将提供相关情景，如雪崩等景象，激发学生根据生活中的经验提出更多的相关实例，如蒸汽锤锤桩、打夯、陨石坑、大瀑布等景象。“势能的改变”是下节“能量守恒定律”的知识基础，是本章的一个重要知识点。本节进述重力势能及其相对性，重力势能的变化以及与重力做功的关系。由于与动能定理的表述不一致，学生往往不易理解，教学时最好能结合一些实例，从功能关系、能量转化
4、的角度分析，解开学生的困惑，为下节讲机械能守恒定律及能量转化和守恒定律做好准备。依据课程标准对教学内容作较全面梳理，分析本课所涉及的知识与前、后知识的联系；明确本节课学生要掌握的各知识点，合理选择教学内容；分析各知识点的讲解要点。与旧教材相比，“重力势能”一节分析了重力做功与路径无关的问题，分类剖析，比老教材更具有可信度，对于物体沿任意曲线运动的情况，又一次用到了极限的思想。根据重力做功特有的特点，引入重力势能的概念，对这一点学生会感觉比较困难，老教材回避了这一困难。新教材对这一认识是逐渐建立起来的，在“追寻守恒量”一节的势能前在知识上油然而生。与旧教材不同的是，新教材没有生硬地给出“功是能量
5、变化的量度”，而是借助事例在探究重力做功本节课的重点是重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系；难点是重力势能的相对性和系统性。为了突出重点，突破难点，安新课程标准“以学生为主体”设计本节课的教学，采用学生实际操作、推理和互动探究的方法，使学生理解和掌握本节的知识。教学中注意培养学生敢于探究、善于探究，并敢于承认自己的片面的观点，勇于接受别人意见，树立合作的思想，并使学生树立“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念。三、教学目标1. 认识重力做功与路径无关的特点。2. 理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。3. 理解重力做功与重力势能的变化的关系。4. 知道重力势能具有
6、相对性。5. 知道重力势能是物体和地球系统所共有。四、重难点分析教学重点：重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系。教学难点：重力势能的系统性和相对性。本节课的重点是重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系；难点是重力势能的相对性和系统性。为了突出重点，突破难点，按新课程标准“以学生为主体”设计本节课的教学，采用学生实际操作、推理和互动探究的方法，使学生理解和掌握本节的知识。五、信息技术及其他学习资源的应用利用多媒体,充分利用教学案进行一体化教学。六、教学流程图提供指导呈现刺激材料得出重力做功的特点这是本课的重点，从理论上推导重力做的功画知识结构得出重力势能的表达式这是本课的重
7、点，重力做功与重力势能的关系播放雪崩视频投影学习目标提醒注意，巩固提升结束提供预览提供小结和回顾引起注意激活对习得的先决技能的回忆告知学习目标引出行为表现复习旧知提供学习指导提供学习结果反馈提供记忆术测量行为表现尝试练习，学以致用知识总结，谈收获促进保持和迁移七、教学过程 1.引起注意（播放雪崩视频）教师：播放雪崩视频。蓬松的白雪给人以恬静、美丽的感觉。然而雪崩爆发时，以时速250英里的急速狂奔的大雪崩，摧毁所到之处的一切。学生：先看到的是一个冰天雪地、广袤无垠的银色世界，内心感到圣洁、平和、宁静，洗涤心灵。突然，一面面白茫茫的雪墙排山倒海而来，学生将感受到大雪崩所带来最令人惊心动魄的白色恐惧
8、，将对人们的生命与财产带来灾难。设计意图：只有学习者以某种方式定向并接受输入的信息时学习才能发生，引起该注意显然就是在教学中必须出现的第一个事件。开始教学之前，教师利用合理的结构、恰当的材料、精练的语言提出令学生困惑或感兴趣的问题，激起他们探索未知的兴趣和求知的强烈欲望，引起学生对探索问题的关注，形成鼓舞人心、令人兴奋的课堂气氛。2.告知学习者目标（幻灯片投影）教师：为什么这么漂亮的雪花有如此大的破坏力？是因为它们具有潜在能量。只要一有机会，就会通过做功把这种能量释放出来。我们将这种能量叫重力势能。这一节课我们定量地研究重力势能，为此首先要确定重力势能的表达式。同时，投影本节课的三维教学目标。
9、（渗透：功是能量变化的量度，能量的变化通过做功来实现。为下面探究重力的功和重力势能的关系做铺垫。）学生：思考重力势能和哪些因素有关？重力势能的表达式应该符合这些特征。学习目标：1. 认识重力做功与路径无关的特点。2. 理解重力势能的概念，会用重力势能的定义式进行计算。3. 理解重力做功与重力势能的变化的关系。4. 知道重力势能具有相对性。5. 知道重力势能是物体和地球系统所共有。设计意图：给学生呈现学习目标，传达对学习者表现的一种期望。使学生对本节课要学的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观有了初步的了解。知道学习的重点是什么？学习的难点是什么？如果不告知，学生设定的目标可能和教师心中的目
10、标不一致，并可能导致错误的交流。告知学习者目标只需要很少时间，而且至少可以起到防止学生完全脱离轨道的目的。告知目标看来还是一种与一名好教师的率直和诚实相一致的行为。此外，陈述目标的行为可能有助于教师把教学维持在教学目标上。3. 激活对习得的先决技能的回忆（复习旧知）教师：投影学生的学案，检查学生复习旧知部分完成的情况。并对学生的答案进行更正。学生：拿出自己的学案，订正学案上复习旧知部分的内容。复习旧知1功的定义式： 2功能关系： 设计意图：就物理学习而言，大部分新学习是建立在学生已知内容的基础上。在学习时，这些先前获得的技能必须能很容易地提取出来而成为学习事件的一部分。其实，这些内容往往就是我
11、们学习本节课内容的先行组织者。4.提供预览（自学课本）教师：引导学生互相欣赏对方画出的本节课的知识结构。学生：交换学案，相互欣赏。自学课本自主粗读教材P6367，感知学习目标，理清知识脉络，画出本节知识结构。设计意图；提供预览就是将这节课的程序提供给学习者。教师可以用组块的方式呈现概览。也可以采用摘要的方式或提纲或图式的方式来组织学习者预览课的内容与要求，使学习者对学习活动有一个预先的了解。对学习什么和如何学习什么有一个大体的了解。同时，在教师给学生提供预览的同时，自己也明确了这节课将要进行教学的步骤，便于教师很好地把握课堂教学进度。5 .呈现刺激材料（重力做的功）教师：当物体的高度发生变化时
12、，重力要做功：物体下降时重力做正功；物体被举高时重力做负功。因此，认识重力势能不应脱离对重力做功的研究。学生：完成学案上情境1的内容：情境1重力做的功：如图，一个质量为m的物体，从高度h1位置，竖直向下落到高度为h2的位置计算这一过程中重力所做的功如图，质量为m的物体从高度h1的A点，沿着长为l倾斜的光滑的直线AB向下运动到高度h2的B点计算这一过程中重力所做的功如图，质量为m的物体从高度h1处的A点沿曲线运动到高度h2的B点计算这一过程中重力所做的功设计意图；这一事件的特定性质是相对明显的。将要呈现（或告知）给学生的刺激包含在能够反映学习的行为表现中。刺激虽然看来很明显，但适宜的刺激应作为教
13、学事件的一部分而呈现这一点依然有某种程度的重要性。刺激呈现通常突出决定选择性知觉的各种特征。6.提供学习指导（得出重力做功的特点）教师；引导学生观察情境1中推导出的三个结论。学生：得出重力做功的特点。重力做功的特点：物体运动时，重力对物体所做的功只跟物体的始末位置有关，跟物体的运动路径无关。设计意图：学习指导的实质是在学习者已知的内容与所学内容之间建立联系过程中给学习者提供支持。在上一事件中，学习者只是接受所要学习的内容；而在这一事件中，他们要为学习的内容建立一种情境。学习指导的另一种名称是提供支架。提供支架是对学习者可能做出的建构的认知支持。这些交流和其它类似的交流具有学习指导的作用。注意，
14、这些交流并不是告诉学生答案，而是指出了思路，这一思路有可能导致预期的下位概念的“组合”和新概念的形成。应当很明显的是，这些问题和提示的具体形式和内容是不能用确定的术语来表达的。确切地说，教师或教科书上讲了什么并不重要，重要的是这些交流起到一种具体的“支架”作用。它们指明了思考的方向并有助于把学生维系在正确的轨道上。发挥这一作用时，他们有助于提高学习效率。学习指导的量，即问题的数量及其提供“直接或间接提示”的程度，将随所学习技能的类型而明显变化。一般情况下，很少的直接提示是合适的，因为这是发现答案的一种合乎逻辑的方式，而且这种发现所导致的学习要比告知答案所导致的学习更持久。学习指导这一事件要适应
15、学习者的个别差异。对高焦虑学生来说，使用“低水平”提问（如慢慢来，你说说你是这么想的吗？）的教学可能最受欢迎，而且有效；而低焦虑的学生则可能从有难度的挑战或高水平的问题（如请你具体说说，如果木块和小车一起做匀速直线运动，子弹打上后，结果会怎样？）中受到积极的影响。在学习指导中使用的暗示或提示的量也因学生而异。某些学生比其他学生需要更少的学习指导，他们不过是“理解”得更快一些而已。过多的指导对学习较快者似乎是低估了他们的能力，而过少的指导又易于让学习迟钝者产生挫折感。对这个矛盾最实际的解决办法有时可能使用一个提示就足够了，但对学习较慢的学习者，可能要使用三个或四个提示才有帮助。提供这种适应性的学
16、习，可以由 课后辅导进一步提供。至于态度的学习，可以通过了解物理名人及其事迹来促进。7.引出行为表现（重力势能的表达式）教师：看起来，物体所受的重力mg与它所处的位置的高度的乘积mgh，是一个具有特殊意义的物理量。学生：思考mgh这个物理量的特殊意义，得到mgh这个物理量的特殊意义在于它一方面与重力做的功的密切相关，另一方面它随着高度的增加而增加，随着质量的增加而增加，恰好与重力势能的基本特征一致。因此，我们把物理量mgh叫做物体的重力势能。设计意图；得到充分的学习指导后，学习者将能够达到学习事件的内部整合出现的那一点。他们看上去较少困惑，快乐之情溢于言表。他们现在理解了！在这一事件中，让学生
17、展示他们知道如何做。我们想让他们不仅使我们，也使他们自己信服。8.提供或指导练习（重力做功与重力势能的关系）教师：引导学生认识重力势能的表达式，并引导学生完成情境2的内容。l 推导重力做功与重力势能变化之间的关系推导：学生：完成学案上情境2的内容。情境2重力做功与重力势能的关系：质量m = 0.5kg的小球，从桌面上方高h1 = 1.2m的A点下落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2 = 0.8m。计算小球在A点、B点的重力势能，填写下表。参考面A处重力势能B处重力势能桌面地面有了重力势能的表达式，写出重力做功和重力势能的关系式。设计意图；指导学生进行练习，对未曾遇见的不同难度和不同情境下的实
18、例能够作出辨识。要求学生解释类别，给出实例。我们可以运用学习策略，形成概念图、类比、记忆术和其他各种图示。9.提供学习结果的反馈（提供记忆术）教师：投影学生的学案，待学生达成共识后，投影幻灯片，提供记忆术：功正能亏，功负能增。学生：观看投影，并表达自己的观点。设计意图：一旦学习者展示了正确的行为表现，就认为其中包含了必要的学习事件，这一假设是不正确的。我们必须清醒地意识到学习事件的后效及其对准确确定所学结果的重要影响。换句话说，至少要有反馈来证实学习者行为表现的正确性或正确的程度。在许多情况下，这种反馈是由事件本身提供的。例如当我们判断运动是不是简谐运动的时候，学生们做出了正确的解释，老师就应
19、该给予肯定和鼓励。在反馈的措辞或传递方面，没有标准的形式。在一个教案中，正确答案一般是印在该页面的边上或下一页。即便是标准的物理教科书，习惯上也是把答案印在书的后面。当教师在观察学生的行为表现时，反馈信息可以多种不同的方式传递点头、微笑或口头说明。同样，在这种情况下交流的重要特征不在其内容而在其功能：给学生提供有关其行为表现是否正确的信息。但如果学习者的行为表现不正确，可能需要矫正性的反馈（或补救）。仅知道某人的行为表现不正确并不一定意味着他们知道如何改正它。10.测量行为表现（尝试练习）教师：简单回顾本节知识后，要求学生完成学案上尝试练习的内容。学生：自主完成学案上尝试练习的内容。【尝试练习
20、】1没有摩擦时物体由A沿直线运动到B，克服重力做的功是1J，则有摩擦时物体由A沿曲线运动到B，克服重力做的功大于1J对吗？为什么？2质量是100 g的球从1.8 m的高处落到水平板上，又弹回到1.25 m的高度，在整个过程中重力对球所做的功为多少?球的重力势能变化了多少?设计意图；当合适的行为表现被引出来时，就直接标志着预期的学习已经发生。实际上这就是对学习结果的测量。接受了这一点就会遇到更大的信度和效度问题，这两个问题与测量学习结果或评价教学有效性的所有系统的努力有关。教师确信，观察到的行为表现以真实的方式揭示了习得的性能。11.提供小结和回顾（投影本节课的知识）教师；回顾本节课学到了哪些重
21、要的东西。指出学生在识别范型、分解问题和说明解决方案时存在的不足。学生：完善自己的笔记。12.促进保持和迁移（巩固提升）教师：布置课后作业，并提示学生哪些地方要注意什么。【巩固提升】312Ah1如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则（ ）A沿轨道1滑下重力做功多B沿轨道2滑下重力做功多C沿轨道3滑下重力做功多D沿三条轨道滑下重力做的功一样多2物体在运动过程中，克服重力做功为50 J，则( )A重力做功为50 J B物体的重力势能一定增加50 JC物体的动能一定减少50 J D重力做了50 J的负功3003质量是50kg的人沿
22、着长L=150m、倾角为30的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？设计意图：保持和迁移的促进仅止于布置作业吗？此处，布置什么样的作业以促进保持和迁移？笔者认为，这就是我们平时的布置作业阶段。我们提示课后作业，告诉学生哪些是巩固性的那些是迁移性的，建议学生根据自己的情况选择性地去做。告知学生可以选作今天的作业，同时要提醒学生根据其他学科的作业情况，选择性地做物理作业。告知学生哪些地方要警觉，哪些地方不要无端地做错了。如果学生的作业有错误的话，那就是负面的强化。所以，我们要预先告知学生，学生就会避免。这样才能起到巩固、迁移的作用。打“预防针”针的
23、方法，未必都是有效的，有时，学习者在“失误”中醒悟，甚至坠入“陷阱”，更利于巩固的迁移。 老师花费30秒、花费一分钟，学生可以节省3分钟、30分钟。附录一：第4节 重力势能学习札记【温故知新】复习旧知1功的定义式： 2功能关系： 自学课本自主粗读教材P6367，感知学习目标，理清知识脉络，画出本节知识结构【学习新知】发现问题，寻求理解情境1重力做功的功：如图，为幼儿园的某一小朋友从某一高度沿不同的路径回到地面的情景。我们将小朋友的运动过程简化如下，分别计算这一过程中重力所做的功。如图，一个质量为m的物体，从高度h1位置，竖直向下落到高度为h2的位置如图，质量为m的物体从高度h1的A点，沿着长为
24、l倾斜的光滑的直线AB向下运动到高度h2的B点如图，质量为m的物体从高度h1处的A点沿曲线运动到高度h2的B点学习札记发现问题，寻求理解情境2重力做功与重力势能的关系：质量m = 0.5kg的小球，从桌面上方高h1 = 1.2m的A点下落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2 = 0.8m。计算小球在A点、B点的重力势能，填写下表。参考面A处重力势能B处重力势能桌面地面有了重力势能的表达式，写出重力做功和重力势能的关系式。【尝试练习】学习札记1没有摩擦时物体由A沿直线运动到B，克服重力做的功是1J，则有摩擦时物体由A沿曲线运动到B，克服重力做的功大于1J对吗？为什么？2质量是100 g的球从1.
25、8 m的高处落到水平板上，又弹回到1.25 m的高度，在整个过程中重力对球所做的功为多少?球的重力势能变化了多少?【巩固提升】1312Ah如图所示，某物块分别沿三条不同的轨道由离地高h的A点滑到同一水平面上，轨道1、2是光滑的，轨道3是粗糙的，则（ ）A沿轨道1滑下重力做功多B沿轨道2滑下重力做功多C沿轨道3滑下重力做功多D沿三条轨道滑下重力做的功一样多2物体在运动过程中，克服重力做功为50 J，则( )A重力做功为50 J B物体的重力势能一定增加50 JC物体的动能一定减少50 J D重力做了50 J的负功3003质量是50kg的人沿着长L=150m、倾角为30的坡路走上土丘，重力对他所做
26、的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？八、教学反思从学生的认知规律上看：在教学设计上遵循学生的认知规律，遵循辩证唯物主义的认识论，使学生对重力势能概念的建立和理解有一个从感性到理性，从定性到定量的过程，使学生对物理概念和规律的学习并不感到突然和困难。在多媒体、实验、板书的运用上，相互补充，克服了单一媒体运用的呆板的课堂教学形式，对整合课堂教学资源，起到了一定的作用。幻灯片所展示的各种生动、活泼、有趣的图片，激发学生探究知识的欲望和积极性。教学方法上看：运用“实验（举例）理论探究归纳实例研究”教学方法。把“实验观察、学生讨论、教师讲解”融合在一起。本着“学生主体，教师主导
27、”的原则，在特定情景下的实例研究，让学生感到新鲜好奇，讨论问题积极主动，自主地总结规律。贴近生活的实例、小实验，使学生的学习兴趣高涨，体验社会公德、爱国情感及合理利用自然的科学认识。将情感目标融合课堂于“无形”之中。由于课时紧张问题，我在不断反思调整自己的教学策略，探索在有限时间资源下，做到时间与进度最优化的统一。所做的教学策略如下：在教学中视具体情况而定，对于重点难度放慢放缓教学进度，以学生能掌握为原则，决不赶进度。应用各种教学辅助手段，提升上课效率，对于抽象的情景用视频展示。提前布置预习问题，且加强对学生学法的指导。我认为讲授式教学，学生接受式学习在有些教学内容中仍然是的最直接有效的教学方
28、式，而探究式学习并不是所有教学内容都适合、任何时候都适合。我们只有将两者结合起来，取长补短，互相促进，只有这样教学才是最有效的。教学反馈上看：根据因材施教，保底拔尖的原则，练习题力争层次化、系统化，保证量与质的适变性。另外，选题既具有实际意义，体现“从生活到物理，从物理到社会”的新理念，又具有情感教育的功能。在总结时，教师可以总结出关于人类与重力势能的认识，是一个从恐惧到挑战直到合理改造的过程。人们对重力势能的恐惧感是与生俱来的（雪崩、泥石流图片）。但是随着人们通过生产实践中对重力势能的认识的逐步加深，我们开始变得乐于挑战这种能量（攀岩运动的图片）。甚至在可以控制的范围内享受重力势能带给我的种种乐趣（过山车的图片）。科学的意义不仅仅是认识自然，挑战自然，更在于能动的利用自然！介绍水力发电（水力发电的图片）。
