物体运动状态的改变 新课程设计

2004年9月，高中课程改革试点工作在广东、山东、海南和宁夏四个省、自治区全面展开。我省也在为实行新课程改革紧锣密鼓地筹备中，除已对工作在一线教学的教师进行新课程改革培训，还结合我省物理教学的实际情况，在课堂教学中不断改进教学方法，不仅侧重基本知识、基本技能的培养，更加注重教师对学生在实际应用领域的引导，注重对学生解决问题过程中分析能力的培养，注重对学生科学方法，情感教育的熏陶。通过教师教学多样化的改革，以有利于学生学习方式的多样化，让课堂教学活动的开展更加生动活泼。此外，在中学物理教学中将不断尝试把课堂教学与研究性学习循序渐进地结合起来。把先进、便捷的多媒体教学方式恰当地引入物理课堂，引导学生把信息工具当做日常促进自主学习的认知工具与情感激励工具，充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性，使学生在学习过程中真正成为信息加工的主体和知识意义上的主动建构者（而不是外部刺激的被动接受器和知识灌输的对象）；教师则要成为课堂教学的组织者、指导者。

基于上述我省中学物理教学工作改革的方向，尝试在实际教学中不断渗透此种理念。比如福建省福州市第一中学物理组在揣摩新课程改革的理念中，有了突出的成绩，下面将该校物理组张彬旭老师代表我省高中组参加的“全国第六届物理青年教师讲课大赛”的现场教学设计作为案例加以说明。

“物体运动状态的改变”是牛顿第一定律和牛顿第二定律相互结合过渡的内容，以往在教学中处理这节课的内容较为简略，基本上与其他内容合并讲解，本文将尝试在这部分内容的教学设计上有所创新。

一、“物体运动状态的改变”新课的引入

由于学生在初中阶段已经接触有关描述物体运动状态的相关内容，所以，对于这个问题的处理，不宜花费学生太多的时间和精力，采用恰当的具体实例作为提出问题的方式与新的知识进行衔接，可以达到温故引新的效果。

例（导入新课问题设计）：学生通过自由选择回答的方式，判断以下物体的运动状态是否发生变化，并引导学生从实例中体会判断物体运动状态改变的表象。

（1）飞机在空中做匀速直线飞行，它的运动状态是否变化？

（2）蹦极运动员做加速度的大小和方向都不变的直线运动，他的运动状态是否变化？

（3）运动员速度大小不变地绕操场奔跑一圈，在其奔跑的过程中，运动状态是否变化？

通过上面提出的问题，学生在分析实际问题的同时能够领会到：判断物体运动状态是否变化，要以物体的速度（包括速度的大小和方向）是否都发生变化为依据。速度发生变化──无论是速度大小变化还是速度的方向变化，都意味物体的运动状态发生了变化。根据运动学所学知识速度发生变化的物体必定具有加速度。由此，教师又可以引导学生将新旧内容融合并升华，即无论加速度是否恒定，具有加速度的物体，其运动状态一定在发生变化。

二、探究“物体运动状态改变”的原因

课堂教学要突显学生的主体地位，体现师生的互动性。为了调动学生主动学习的热情，使他们更好地参与到课堂教学中来，在设置问题时，侧重学生感兴趣的话题。如，为了引导学生分析物体运动状态改变的原因，本课借助学生对体育方面的热情，以策划2004年奥运会上“中、俄女排决赛”为例，让学生通过观赏（比赛实况中激动人心的片断），用以分析排球的运动状态是否发生变化，再将发球过程剪辑慢放，让学生分析发球过程可分解为几个阶段，并研究排球在每个阶段运动状态如何变化。以此培养学生的观察能力、总结归纳的能力。同时利用这个例子对学生进行情感教育，增强学生的集体荣誉感和责任感，培养自己的坚忍不拔，顽强拼搏的奋斗精神。

通过上面的铺垫，很自然地提出第二板块的问题：排球的运动状态发生变化，是什么原因导致它的运动状态变化？抓住学生对排球比赛的关切，可以很容易地把学生带人这个问题的情境之中，并激起他们解决这个问题的兴趣，让学生在轻松，兴趣的环境下积极参加到这个思维活动中来。

学生在分析发球过程中，可能出现过程分解阶段不够全面的结果，教师可以适当进行引导，并且在学生概括出排球所发生的各种运动状态的改变都是因为受到各种力的作用的基础上，尝试引导学生进一步在理论上升华：力作用在物体上，可以使它的运动状态发生变化，它的运动状态发生变化也就是它的速度发生变化，速度变化的物体必定具有加速度，由此概括出：力是物体产生加速度的原因。得到物体产生的加速度与物体所受的力有关。这正是对下节课“牛顿第二定律内容”的一个铺垫。

由上面实例的分析，得出力是改变物体运动状态的原因，也就是说“力总是要试图改变物体的运动状态”。再进一步设问，同样大小的力作用在不同物体上，物体运动状态改变的快慢一样吗？通过实际教学，学生可以回答：“不一样，但是真正的原因，学生并不一定清楚，由此教师可抓住机会继续激发学生探究问题的兴趣以及他们求知的热情。

三、如何量度物体的惯性大小

同样的外部因素对不同的物体可能产生了不同的效果，这表现出不同物体运动状态改变的难易程度不尽相同，这显然是由于不同的物体具有某种属性的差异所造成的，那么这个属性是什么呢？该问题的提出，可以自然、简捷地把教学引入第三板块──“关于惯性”的学习。

初中学生已学习了什么是惯性，所以对物体运动状态改变的难易程度不一样，就意味着物体保持原有运动状态的能力不同，这种能力称为物体的惯性，这种能力的大小即物体惯性的大小，这部分内容可以理解，进而可以引导学生凭借自己的生活经验及所了解的知识进行猜想，物体惯性的大小与哪些物理量有关？或者说，可以通过什么物理量量度物体惯性的大小？

让学生结合自己所学知识或生活经验讨论这个问题，发表自己的看法，最大限度地发挥他们的主动性、能动性和创造性，提倡小组交流，合作学习，促进每一个学生都能够得到充分、自由的发展。在这个基础上，教师根据学生的讨论情况通过实验依次验证学生的观点是否正确。

通过实际教学尝试，学生对上述问题讨论的结果通常有以下两种猜测：

第一种猜测是：物体的惯性大小与物体质量大小有关。这一猜测是否正确，请学生设计实验方案给予验证。

提供的设备：两个质量相同的小车、上下平行的相同轨道、细线（一端连接小车，另一端连接可装砝码的小桶，小桶通过细线可对小车提供拉力）、砝码。

学生在实验方案设计中容易想到：改变其中一个小车质量，使得两小车质量不同，用力拉两个小车，改变它们的运动状态，然后比较它们运动状态改变的难易程度，即惯性的大小。

在学生提出此方案后，可对学生发出以下质疑，再次引导他们积极思考：①对两个小车施加的力的大小是否有什么要求？②如何判断两个小车运动状态改变的难易程度？

在问题①的分析中给学生渗透物理学中重要的实验方法：控制变量法；问题②的分析要使学生懂得：在相同力的作用下，如果两个物体运动状态改变的快慢不同，则反映出它们保持原有运动状态的能力不同，即惯性大小不同。

教师可根据学生的分析与设计方案完成实验：

【演示实验1】①在滑板上放有两个质量相同的小车，用同样大小的力拉它们。同学们观察它们运动状态改变快慢的情况。

②在其中一个小车上加砝码，另一小车不变，依然用同样大小的力拉它们，请同学们再观察它们运动状态改变快慢的情况，并间接判断两个小车惯性的大小。其中步骤①的设置是为了与步骤②产生对比效果。

【实验结果】很明显：在相同的力的作用下，装有砝码的小车运动状态改变较慢，这就表现出该小车保持原有运动状态能力较强，运动状态较难改变，惯性较大。

在这个问题的分析过程中，学生经常会步入另一个认识的误区──将物体速度变化的快慢混同于物体运动状态改变的难易程度。为了解决这个问题，可在演示实验1中第②步实验基础上继续步骤③：加大作用在装有砝码的小车上力的作用，使得两个小车的运动状态改变的快慢相同。让学生通过实验现象的分析，自己从这个认识的误区中走出来，培养学生对实验的观察分析能力和自我免疫能力，以及在科学探索中“去伪存真”的学习方法。

第二种猜测是：惯性的大小是否与物体速度有关？本课建议可利用气垫导轨配以一个多功能数据采集系统设计一个实验，目的是通过这个实验纠正学生中最常见的、由“表面经验”所造成的错误认识。

实验设计加下：

【演示实验2】在倾斜的气垫导轨上，让一滑块分别从导轨上的不同位置开始下滑。在气垫导轨倾角不变的情况下，同一个滑块的质量其所受的合外力是完全确定的。滑块滑行的程中，数据采集系统将自动记录滑块运动的息，并在显示屏显示出滑块经过两个光电门时的速度及在两个光电门之间运动的加速度。比各次显示的实验数据，得到：虽然滑块在两光电门之间的运动的速度每次各不相同，但是它的加速度却是相同的。说明同一滑块在相同的外力作用下，它的运动状态改变的快慢是相同的。即同一滑块保持原有运动状态的能力相同，即惯性大小与速度大小无关。

实验事实是最具有说服力的，以实验作为师生交流思想、创造教学互动的媒介无疑也是最有效的，这也是这节课教案设计的主导思想。

上面是“物体运动状态的改变”的主要知识内容的课堂设计思路。当然，物理这个学科的学习特点，除了掌握理论知识，更应该懂得怎么将理论知识在实际中应用。