高中物理教学与评价两个案例

⾼中物理教学与评价两个案例案例1:追寻嫦娥⼀号的踪迹【设计意图】

本案例是“曲线运动与万有引⼒定律”主题中利⽤现代信息技术⼿段设计的⼀次学习活动，体现了物理学习与现代信息技术的深度融合和学⽣学习⽅式的变化,可供有条件的学校教学参考。活动⽇的是引导学⽣在初步形成的“运动与相互作⽤观”和“能量观”的基础上,将所学的⽜顿⼒学的运动规律与现代科技前沿联系起来,通过观看视频、模拟操作、讨论交流、推埋论证等过程,从运动与相互作⽤、能量的⾓度探索嫦娥⼀号的发射和运⾏规律,运⽤万有引⼒定律和圆周运动规律,建⽴航天器发射和运⾏的模型。学习全部内容需要2~3时,教师可根据教学实际,结合課堂与课外⽹络学习完成。课堂上注重引导学⽣经历建模过程,突破准点，侧重发展学⽜的建模能⼒、推理能⼒、探究和交流能⼒,将评价和学习过程紧密结合起来。【课前准备】

将学⽣分成三⼈⼩组,布置预习作业。

观看“嫦娥奅⽉”视频:⼏千年⽶,“嫦娥年⽉”的古⽼神话在百姓间⼴为流传,奔向遥远的⽉,成为⼈类孜孜以求的梦想。早在明朝就有⼀个名叫万户的⼈,⾃制⽕箭尝试“飞天”。尽管他失败了并为之付出了⽣命的代价,但是他却成为⼈类挑战太空的第⼀⼈。为了纪念万户,国际天⽂学联合会将⽉球上的⼀座环形⼭⽤他的名字命名为“万户⼭”。思考：⼈类是如何实现天梦想的？

【引⼊】（可利⽤⽹络开展以下学⽣活动）

学⽣活动1——⼩组讨论：观看“婩娥弃⽉”后的惑受及思考，提出相关疑问。

学⽣活动2——观看视频:看嫦娥⼀号发射新闻报道视,同时在作业纸上记录数据,并在组内交流,提出需要深⼊研宄的问题。学⽣通过上述活动,初步形成嫦娥⼀号发射升空过程的整体图景,并提出需要深⼊探究的核⼼问题：嫦娥⼀号是如何发射升空的？是如何运⾏的?⼜是如何变轨的?【探究过程】

问题1 嫦娥⼀号是如何发射升空的

思考:将物体从⾼塔上⽔平抛出,物体最终落到地⾯上。当增⼤抛射速度时,物体运动的距离更远;速度越⼤,距离越远。如果这个速度⾮常⼤,会是什么情况呢？活动1——模拟操作

⽤仿真实验室体验,选不同的抛出速度：v=20 m/s、v=20km/s、v=7.9km/s≤v≤11.2kms、v ≥11.2km/s，观察物体⽔平抛出后的运动轨迹，与思考结果进⾏⽐较。(以上活动可在课前利⽤⽹终完成,⼩组讨论也可通过⽹上交流实现。)活动2——⼩组讨论

为什么物体能绕地球旋转起来呢?这个速度为什么必须是7.9kms?请从理论上推导,并跟

同组同学交流。(教师可根据学⽣情况提供引导和所需数据。)如粜⾼塔的⾼度不能忽略，要使物体不落到地球上的最⼩抛射速度与上述速度有区別吗?为什么?根据上述探究过程并结合视频,说明嫦娥⼀号发射升空的过程和原理。问题2 嫦娥⼀号是如何运⾏的？活动3——建构模型

嫦娥⼀号升空后做什么运动?如何描述其运⾏规律?请各⼩组结合观看新闻视颊时记录的数据,画出嫦娥⼀号的运⾏轨道,并展⽰交流。各⼩组画出不同轨道半径的卫星及其运⾏轨道,有的是圆轨道，有的是椭圆轨道。(为了便于计算,教师引导学⽣建构圆轨道物理模型。）活动4——⼩组讨论

如何计算嫦娥⼀号的运⾏速度?利⽤⼩画出的运⾏轨道图(参考卫星⾼度与地球半径的⽐例关系)计算运⾏速度,并通过仿真模拟检验⼩组计算结果。活动5——全班交流

全班⼀起交流各⼩组计算和檢验的结果,找出卫星的运⾏规律。再⽤仿真实验检验得到的规律。

活动6——⼩组讨论

通过对嫦娥⼀号运⾏规律的探究,讨论为什么不同轨道卫星运⾏有不同的特点,并解释其原因。讨论仿真实验能否⽤来检验卫星运⾏规律,其可靠性如何。(问题2是本学习活动的核⼼内容,需要课上完成。所设计的四个活动从定性到定量层层递进,引导学⽣经历建构模型、检验模型的全过程,促进学⽣物理观念和科学思维的同步发展,其间需要教师的引导和帮助。）问题3 嫦娥⼀号是如何变轨的?活动7——观看视频

通过观看嫦娥⼀号变过程的视频,学⽣直观了解嫦娥⼀号运⾏及变執过程,并记录相关数据，在教师引导下提出下列问题:嫦娥⼀号在变轨过程中什么发⽣了改变?卫星变轨需要的条件是什么?怎么满⾜卫星变轨的条件？活动8——⼩组讨论

针对学⽣提出的题展开讨论(教师从⼒和运动、能量两个⾓度引导学⽣思考),嫦娥⼀号在距地球600km的⾼度先后进⾏了三次变轨，讨论其在三个轨道上运⾏到该点时线速度、⾓速度和加速度的⼤⼩关系。学⽣通过讨论,深⼊认识了嫦娥⼀号的受⼒和运动情况,并与能量的变化联系起来。【课后作业】

1.上⽹查询嫦娥⼆号和利嫦娥三号绕⽉飞⾏的信息,了解它们各⾃的任务及对我国航天事业的贡献。

2.观看嫦娥三号视频，探讨我国第⼀个⽉球软着陆的⽆⼈登⽉探测器登⽉过程的关键步骤,估测⽉球对登⽉探测器的冲击⼒。3.查阅我国航天事业发展历史和现状的资料,畅想我国航天事业发展的末来,写⼀篇⼩论⽂。【案例评析】

本案例以我国探⽉⼯程的⾥程碑嫦娥⼀号成功发射为情境素材,通过精⼼设计的系列问题和围绕问题解决开展的⾃主学习活动,激发学⽣的学习动机和探究欲望,促进学⽣物理学科核⼼素养的全⾯发展。

活动的设计从学⽣原有认识⼊⼿,以学⽣的认知发展过程为主线,⽤基于现代信息技术的仿真实验做⽀撑,在教师适时、适度的指导下,让学⽣⼀步步经历从筒单到复杂的问题解决过

程,逐步发展相应的物理学科核⼼素养。课前让学⽣观看“婩娥奔⽉的视频,重温我国古代的飞天梦,通过⼩组讨论交流,发表⽩⼰的感受，激发学⽣的学习动机，提出需要探究的问题。接着观看嫦娥⼀号发射的视频,在表格中记录相关数据,培养学⽣通过视频获取信息的能⼒,为下⼀步开展探究过程做准备。

接下来的探究过程围绕嫦娥⼀号发射过程中的3个核⼼问题展开。第⼀个问题:嫦娥⼀号如何发射升空?这个问题的解决借鉴了物理学史上⽜顿的思路,⾸先从学⽣熟悉的抛体运动⼊⼿,通过仿真实验和⼩組讨论拓晟学⽣思维,发展学⽣的运动与相互作⽤观念，将地下和天上的运动联系起来,综合运⽤已学过的圆周运动和万有引⼒定律等相关知识,计算第⼀宁宙速度。以嫦娥⼀号为例,解决了航天器如何发射升空的问题。接着⾃然过渡到第⼆个问题:嫦娥⼀号如何运⾏?解决这个问題需要学⽣利⽤观看视频获取的资料,通过⼩组讨论、展⽰交流和仿真实验，经历建构模型和检验模型的过程，发展建模能⼒和交流合作能⼒。需要指出，仿真模拟不是真实实验,本案例利⽤仿真模拟,⼀⽅⾯是因为不能做实验⽽采⽤的替代⽅法，另⼀⽅⾯体现信息技⽊与物理教学的整合。为了让学⽣认识仿真实验和真实验的差异,专门设计了下列问题供⼩组讨论:仿真实验能否⽤来检验卫星运⾏规律，其可靠性如何?借此发展学⽣对科学⽊质的认识。笫三个问題:嫦娥⼀号如何变轨？让学⽣通过观看视频、⼩组讨论等活动,应⽤前⾯建⽴的模型,从运动与相互作⽤和能量两个⾓度进⾏科学推埋和论证,进⼀步发展物理观念和科学思维能⼒。课后作业设计了拓展活动,引导学⽣开阔视野,从探索嫦娥⼀号的运⾏规律到关注我国和⼈类的航天事业，进⼀步激发学⽣的探索欲望,发展他们获取信息、⽂字表达和创新的能⼒。

本案例设计了⼤量针对性的问题,供课堂上开展师⽣、⽣⽜之间的讨论与交流,教师根据学⽣课堂问答,及时评价学⽣的学习情况，有效地将⽇常学习评价与课堂教学融为⼀体。案例2:探究感应电流产⽣的条件【设计意图】

学⽣在初中已学习了“闭合电路的部分导体做切割磁感线运动,则产⽣感应电流”,并且对“切割”印象深刻。⽊案例的主要⽬标是让学⽣体会“切割”并不是产⽣感应电流的充要条件。通过实验探究、分析归纳,从磁感应强度和磁通⾯积两个因素⼊⼿，⾃然引导出磁通量的物理概念,并得出磁通量的变化是产⽣感应电流的条件。【实验准备】

1.实验1、实验2和实验3的器材如图4所⽰。共中，实验3中是两块异性磁极相对的磁铁,其相对平⾏的空间内可看成匀强磁场；⼀个闭合的矩形线框(线框⾯积⼩丁匀强磁区域的⽽积)与⼀个灵敏电流计形成⼀个探测回路。

2.⽤磁感线模拟(空间旋转)的⽅法制作圆柱形磁铁的磁感线空间分布的模型,并准条好实验4如图5所⽰的器材。

3.将学⽣分成每组4-6⼈,组内确定每个任务的主持⼈(轮流做组长）。【探究活动设计】

任务1:根据初中学习的内容,准确陈述产⽣感应电流的条件。要求:学⽣陈述后,让学⽣指明切割磁感线的是哪部分导体。任务2:按照图4中3个实验图进⾏分组验,毎组承担1个实验。

要求:①设计实验⽅案;②按⽅案实验并记录实验现象;③对实验现象分析讨论后,归纳实验结论(填⼊表中);④每组由两位同学合作进⾏实验演⽰并讲解。

任务3:根据⾃已组的实验与其他组的实验汇报，完成表中的1-3项。

实验1显⽰:穿过闭合回路的磁场强弱变化时,回路中产⽣感应电流。实验2显⽰:开关打开或闭合,闭合冋路的磁场弱改变，回路中产⽣感应电流。实验3中,当⽔平线框在匀强磁场区域上下移动时,线框“切割”磁感线，但线框中没有感应电流；当线框在匀强磁场中旋转或改变磁感线穿过的有效⾯积时,回路中产⽣感应电流。

任务4:观察并分析解释实验4。由上述实验已知:切割磁感线不⼀定产⽣感应电流；在磁感应强度B不变、闭合回路有效⾯积S改变，或S不变、B改变的情况下,闭合回路皆可产⽣感应电流。若B与S都改变,闭合回路是否⼀定产⽣感应电流呢?

实验4：演⽰实验——“动态”磁通量不变演⽰仪，如图5 所⽰。⽤铁粉模拟出圆柱形磁铁中轴⾯的磁感线,根据其中的⼀组対称的磁感线做出⽴体的“喇叭⼝”模型,如图6所⽰。

演⽰操作:把线圈套⼊圆柱形磁铁,控制活扣,使线圈紧贴着模往下运动。

实验现象:在运动过程中，穿过线圈的磁感应强度在减⼩,线圈

积在增⼤,灵敏电流计指计没有发⽣偏转!但在线圈套⼊和拿出时段,灵敏电流计指针有明显变化。任务:请各組学⽣对以上实验现象讨论原因,并解释这个实验现象。完成表中的第4项。任务5:完成以上探究后的总体结论(陈述在表中）。【案例评析】

感应电流的产⽣条件在初中已学过,但对条件的理解主要是“部分电路的切割”。实际上，电磁感应现象中⼀些不“切割”的现象也会产⽣感应电流,因此⾼中物理中要更全⾯地研究产⽣感应电流的条件,例如闭合回路的磁感应强度B变化,闭合回路的⾯积S变化等。但若⽤B变化或S变化两种情况概括成B·S变化,即磁通量变化,这种总结⽅法是不严謹的。这个案例中的实验4是对磁通量问题的深⼊探索,对学⽣思维有较强冲击⼒。通过实验4我们得知,只有穿过闭合回路磁感线的条数发⽣变化,闭合回路中才有感应电流。

本案例中,教师设计了实验记录表,引导学⽣将⼩组实验的现象与思考记录在表格中,同时在⼩组交流后,⼜引导学⽣对⾃⼰和同伴的学习进⾏反思。这些学习过程的记录就可成为学⽣学习过程中的档案,积累起来的档案能很好地反映学⽣⽇常学习过程中所表现出来的核⼼素养⽔平。