学生实验公开课教案

《探究弹簧弹力与形变量的关系》

一、设计思想

初中阶段物理教学是以现象——观察——实验为基础，教材内容多是简单的物理现象和结论，对物理概念的含义和规律的解释简单粗略，思维过程比较直接、单一，多以形象思维为主，符合学生的心理发展水平。

进入高中，物理课程对学生的抽象思维能力要求更高。弹力作为高中物理的一个重要内容，应特别注重学生知识的生成过程，依据建构主义学习观，本课强调学生学习的主动性、自主性和探索性，将抽象的理论学习转变成富有乐趣、亲身参与的实验探究课，本着“以教师为主导

以学生为主体”的原则来实施本节实验课。

本课采用“观察——猜想——探究——内化——外延”的物理课堂教学模式，由教师创设情境，学生通过观察讨论，提出猜想，在教师的引导下进行实验设计和探究，让学生成为学习的主体，积极参与到知识的建构过程中来，体会到物理的美和探索的趣。

二、教材分析与教学重点

本章前几节主要是学习力的概念以及重力、弹力、摩擦力，内容基本是围绕力的三要素来展开。因此，本课的重点我把它确定为探究弹力大小与弹簧形变量的定量关系。

教材在这里安排一个探究实验能较好的突出理论与实践的统一，充分体现物理是一门实验科学，很多物理规律可以由实验得出，物理规律反过来又指导人们解决实际问题。

三、学情分析与教学难点

本实验是在学生学习了力的概念以及重力、弹力的基础知识后，再来探究弹簧弹力大小的计算方法，力的大小作为力的三要素之一，这个实验能够引起学生的充分重视；学生在具备一定的基础知识后，也很想对弹簧弹力遵循的规律一探究竟。在高中物理运动学的学习中，我们也安排做过学生实验，学生在实验操作上也有过实际锻炼和实际经验，因而具备完成好本实验的基础。

但对学生而言，实验探究本身是一个难点。本实验是高中物理的第一个力学实验，从实验方案设计到实验数据的采集以及实验数据的处理，对高一新生来说都是难点。

四、教学方法

本课采用观察发现法、实验探究法、小组讨论法和多媒体教学法相结合的启发式教学方法。调动学生学习积极性，充分参与到教学活动中来，体现“教师为主导，学生为主体”的教学原则。

观察发现法：教师或学生演示简单的实验现象，启发学生猜想弹力大小与弹簧形变量的关系；在得到学生的回答后，引导学生进行实验探究；在实验操作技巧上，教师做出适当的讲解。

实验探究法：学生进行分组实验，通过观察实验现象、记录实验数据、分析处理数据，最后讨论归纳总结，得出结论，验证猜想。

小组讨论法：学生对教师先行进行的简单实验现象进行讨论，猜想弹力大小和弹簧形变量的关系；然后进行实验，根据实验所取得的数据进行分析，建立坐标系，作图讨论，得出结果。

多媒体教学法：在课程讲解中，结合PPT，图文并茂展示教学内容。

五、学习方法

倡导“合作交流，大胆猜想，实验探究”的学习方式，体现物理的实验科学特点。

1、引导小组学生合作交流，通过观察老师简单的演示实验，提出根据实验目的，提出合理猜想；

2、教会学生利用简单的实验器材完成实验，使学生亲身参与实验，增强感性认识，提高教学效果；

3、教会学生观察、分析、归纳等实验的方法；

4、教会学生进行数据处理，并通过数据处理得出结论。

本着以人为本，发展核心素养的精神，通过实验教学，让学生学会发现问题、提出问题、解决问题，培养学生乐于探索、勇于探索、主动探索的性格特征，为以后的发展奠定基础，同时也让学生体会到求知的乐趣。

六、实验设计与实验过程

教学流程分为新课导入、讲授新课、进行实验、课堂总结、课后作业五个部分。

1、新课引入

课堂开始由学生利用拉力器作一个趣味实验，创设情境激发兴趣，然后由教师自然的提出几个问题：（1）弹簧形变量增加，弹力如何变化？（2）弹力大小和形变量之间究竟满足怎样的函数关系，是一次关系、还是二次关系或者是其他关系？（3）要探究这两者之间的关系，实验应该测量什么物理量？通过这些问题，引发学生关于弹力大小与形变量关系的思考和猜想，并由学生进行小组讨论，确定实验方案，然后进行实验。

2、讲授新课

【传统实验方案】

（一）实验原理：

提示学生：本实验的目的是研究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。

引导学生思考讨论：应该测量那些物理量？

（学生不一定能直接回答需要测量弹簧原长和弹簧实际长度，而是单刀直入的说测量形变量，这是可以引导学生考虑这样做方不方便测量，还有没有别的办法？比如通过测量其他量，间接计算出弹簧形变量。）

测量完成后，用什么方法处理数据？（讨论得出结论）

（学生经测量得到多组数据，用列表法或这图像法得出函数规律。）

（二）实验器材：

引导学生思考：本实验研究的是弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，那么测量弹力大小和伸长量应该用什么仪器（讨论得出结论）。

（通过分析实验目的和实验原理选择合适的实验器材，是高中学生必备的素质，也是高考的基本要求，通过让学生讨论确定实验器材这种方式也可以调动学生参与实验的积极性，锻炼学生解决实际问题的能力。）

需要的实验器材：铁架台（带夹子）、钩码、弹簧、刻度尺。

（三）实验步骤：

（1）实验器材的安装（如何固定弹簧，如何固定刻度尺？）；

（2）设计合适的表格记录实验数据；

（3）读数的时机（必须稳定后读数），读数时遵循读数规则；

（4）保护仪器，不能超过弹簧的弹性限度。

各实验小组自行操作，教师巡视，发现问题及时指导。

（四）实验数据处理：

利用记录在表格中的数据，各小组学生在坐标纸中作图，先尝试做F-x图，描点后连线观察图像趋势，猜测函数规律；如若不行，在尝试做别的关系图（例如F-x2等等）。

教师巡视，选结果良好的三组做展示，由图像是过原点的倾斜直线得出弹簧弹力与弹簧的形变量成正比的结论，并给出胡克定律和劲度系数的概念。

（五）实验误差分析：

让学生通过讨论总结实验中可能导致误差的原因：

（1）系统误差：弹簧自重影响原长测力；钩码磨损不一致；

（2）偶然误差：测量长度时弹簧是否稳定、读数误差、作图时的误差。

（六）实验注意事项：

学生讨论本实验进行过程中的注意事项。

【DIS化改进实验方案】

为了解决传统实验方案存在的问题，同时突破本实验的重难点，使学生在测量实验数据上更加迅速准确，把主要精力放在探究弹力大小与形变量的关系上来，我重新设计了实验器材，器材的改变主要有两个：

（1）利用力传感器和单片机，我自己设计电路板和电脑程序，制作了一个电子测力计；

（2）在测量弹簧长度时，放弃使用传统的刻度尺，利用超声波发射接收模块，结合单片机制作了一个超声波测距仪，其工作原理是利用声速乘以超声波的传播时间得出弹簧长度。

通过现代数字信息技术来改进传统实验，既符合时代发展的需要，也激发了学生积极进行科学探究的热情，提高了学生学习物理的兴趣。

接下来我利用电子测力计和超声测距仪对传统实验方案进行DIS化改进，将实验用的弹簧水平放置，使用电子测力计和超声波测距仪测量弹力大小和弹簧长度。

改进方案解决了以下这些问题：

（1）将弹簧水平放置以及不再使用钩码，减小了系统误差；

（2）使用超声波测距仪测量长度，减小了读数引起的偶然误差；

（3）改进方案的另一个优点，就是在量程范围内，弹力可以连续取值，使得实验过程

更具有普遍意义。

最终通过数据处理，得出实验结论。

3、课堂小结

学生交流探讨实验体会，总结经验教训，请一些同学代表小组发言，教师根据学生回答做适当点评。

4、板书设计

（一）实验原理：

（二）实验器材：

（三）实验步骤：

（四）实验数据处理：

（五）实验误差分析：

（六）实验注意事项：

胡克定律：

Fkx5、课后作业

（1）完成步步高练习册上本实验的配套习题

（2）探究性课题：

探究橡皮筋是否也遵循胡克定律；相同弹簧串联和并联时的劲度系数。