“萬有引力理論的成就”教學設(shè)計一、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)1．實現(xiàn)新課標對于知識與技能、情感態(tài)度與價值觀的要求根據(jù)新課標的要求，在知識與技能方面應(yīng)做到：初步了解物理學的發(fā)展歷程，關(guān)注科學技術(shù)的主要成就和發(fā)展趨勢以及物理學對經(jīng)濟、社會發(fā)展的影響。在情感態(tài)度與價值觀方面要求學生：能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。2、進一步做好信息技術(shù)與物理教學的整合課程改革綱要中明確提出：大力推進信息技術(shù)在教學過程中的普遍應(yīng)用，促進信息技術(shù)與學科課程的整合，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。同時，信息技術(shù)的應(yīng)用有助于物理教學方式的多樣化，使學生獲得不同的認知方式，從而培養(yǎng)學生的學習能力，創(chuàng)新精神和實踐能力。在課程實施上注重自主學習，提倡教學方式多樣化。高中物理課程應(yīng)促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神二、教學背景分析1．學習內(nèi)容分析本節(jié)課是在學習了圓周運動與萬有引力定律之后的一節(jié)知識應(yīng)用與擴展的課。通過利用萬有引力定律計算天體質(zhì)量，體會它在科學史上所產(chǎn)生的重大影響。本節(jié)教學要求學生體會萬有引力定律經(jīng)受實踐的檢驗，取得了很大的成功；理解萬有引力理論的巨大作用和價值，對它在科學史上所產(chǎn)生的重大影響是無論怎樣估計也是不過分的。本節(jié)是“應(yīng)用＋檢驗”性的內(nèi)容，著重理清兩個思路：F引=G；F引=F向。這也是本章的重點之處。萬有引力定律的應(yīng)用讓人類對世界有了更多的認識，隨后也成為人類認識未知世界的有力武器，因此，在教學中應(yīng)引導(dǎo)學生用萬有引力定律對天體運動進行自主學習，采用啟發(fā)式教學。通過本節(jié)的學習，重點要使學生體會科學定律對人類未知世界的作用，激起學生對科學探究的興趣，培養(yǎng)熱愛科學的情感。2．學生情況分析通過前面三節(jié)的學習，同學們對天體的運動已經(jīng)有了一定的認識，對萬有引力的概念也已經(jīng)比較熟悉，積累了一定的經(jīng)驗。而本節(jié)知識就是在前面知識基礎(chǔ)上的發(fā)散應(yīng)用，所以只要在課堂上加以一定的引導(dǎo)和啟發(fā)，結(jié)合必要的討論和自學，同學們完全能夠理理解并應(yīng)用本節(jié)課的內(nèi)容。另一方面，在講解解題思路，進行受力分析時，會多次出現(xiàn)平面或立體的圖形，要求學生有較強的空間想象能力。而大多數(shù)學生這方面的能力是比較欠缺的，對于天體的運動及其相對位置的變化難以在頭腦中想象出正確的情形，這就給認識圖形，畫受力分析制造了不少的困難。為了解決認識立體及平面圖像和學生空間想象能力不強的矛盾，本節(jié)課利用了教師自制的簡易3D動畫，讓學生從不同的角度進行觀察，幫助學生建立起天體在空間中運動的立體情景，并將立體動畫逐步轉(zhuǎn)變成平面圖像，使學生更好的理解平面圖像的觀察角度，并將其和真實的運動情況聯(lián)系起來。3．教學方式與教學手段說明及技術(shù)準備本節(jié)課是一節(jié)知識應(yīng)用與擴展的課，即利用萬有引力和圓周運動的相關(guān)知識求解天體的質(zhì)量。我的教學設(shè)計不同于以往教師講解學生練習的傳統(tǒng)模式，而是充分發(fā)揮學生的主動性，盡量多設(shè)計一些擴展性的問題，用多提問的方式讓每一個學生都參與其中，激發(fā)起學生的探索欲和求知欲，使學生在學習中獲得滿足感和成功感。同時，利用現(xiàn)代化教學手段，將現(xiàn)代化教學手段與傳統(tǒng)的講解相結(jié)合，做到既有學生講解、教師講解又有多媒體課件演示、視頻錄像等，充分運用多種教學手段使學生獲得更直觀的感受，便于理解和接受所學知識。由于用到的儀器設(shè)備較多，對教師的要求較高，需要教師前期做好充分的準備，包括自制3D動畫、ppt、多媒體課件、視頻錄像等，還要事先調(diào)試好電子白板以達到最佳的效果。三、本課教學目標設(shè)計1．知識與技能①掌握解決問題的基本思路：天體做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供。②會計算中心天體的質(zhì)量③知道未知天體的發(fā)現(xiàn)過程2．過程與方法①知道觀測人造衛(wèi)星的運動，是測量地球質(zhì)量的一種重要方法②體會“預(yù)見并發(fā)現(xiàn)未知行星”，是萬有引力理論成就的生動例證3．情感態(tài)度價值觀通過了解萬有引力的理論成就，深刻體會科學定律對人類探索未知世界的作用，能激發(fā)學習物理的興趣，增加自信心4．教學重點測量地球的質(zhì)量，計算太陽的質(zhì)量5．教學難點模型的建立和解決問題基本思路的確定四、教學過程與教學資源設(shè)計1．教學流程圖1：總體教學設(shè)計教師活動教師活動學生活動提出問題：如何測量各種物體的質(zhì)量思考并回答，充分發(fā)揮想象，發(fā)現(xiàn)天體質(zhì)量無法用工具來測量，引起學習的興趣引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)計算天體質(zhì)量問題的基本思路，提醒需要注意的問題并提出擴展問題引發(fā)學生的思考，使學生理解所學方法，達到熟練應(yīng)用的程度建立基本思路，進行字母運算，導(dǎo)出天體質(zhì)量的表達式。思考并回答問題，從中體會到萬有引力的理論成就和科學的迷人之處認真聽講，體會科學的研究方法和萬有引力理論在發(fā)現(xiàn)未知天體上所取得的巨大成就講解“發(fā)現(xiàn)未知天體”的科學故事，和其中蘊含的科學研究方法回顧所學內(nèi)容，梳理本節(jié)課的重點難點總結(jié)本節(jié)課所學內(nèi)容，重點是解決問題的基本思路2．具體教學過程如下：一．復(fù)習、引入[提出問題]如何測定物體的質(zhì)量？能想到哪些方法？[學生活動]思考并回答。（用PPT出示相關(guān)的圖片）[過渡]如果我們想測定一個天體的質(zhì)量，比如地球或太陽的質(zhì)量，又有怎樣的方法可以實現(xiàn)呢？[學生活動]思考提出自己的大膽設(shè)想。（用PPT出示相關(guān)的圖片，展示一些無法實際操作的方法）[過渡]這節(jié)課我們就來學習利用萬有引力定律測定天體的質(zhì)量的方法。[板書]第4節(jié)萬有引力理論的成就二．新課教學1．測量地球的質(zhì)量[板書]1．測量地球的質(zhì)量[提問]關(guān)于地球的一些信息和參數(shù)，同學們知道哪些？[教師活動]引導(dǎo)學生建立模型，利用萬有引力公式可寫出引力的表達式。[提問]用什么工具能直接把這個引力測出來呢？[學生回答]利用彈簧秤測出重力即萬有引力。[教師總結(jié)]我們建立了模型，在不考慮地球自傳的影響下，測地球質(zhì)量的基本思路為萬有引力等于重力。[學生活動]在筆記本上寫出推導(dǎo)過程。[教師活動]巡視學生完成的情況，請一名學生說出自己的思路并將演算過程寫在黑板上。[板書]得[過渡]在實際計算地球質(zhì)量時，我們需要掌握三個數(shù)據(jù)，即地球表面的重力加速度、地球的半徑和引力常量，那么這些數(shù)據(jù)又是如何得到的呢？[學生活動]思考并回答問題。[觀看視頻]地球周長的測量。[教師總結(jié)]卡文迪許曾將自己利用扭秤裝置測定引力常量的實驗稱為“稱量地球的重量”。想想看，通過在實驗室中研究幾個鉛球間的作用力，就能夠計算出地球的質(zhì)量，這正是科學的迷人之處。[提問]利用這一方法能否測出月球或太陽的質(zhì)量？[學生活動]回答問題，能測月球質(zhì)量，但無法測太陽質(zhì)量。[過渡]下面我們就來研究一下測太陽質(zhì)量的方法。2．計算太陽的質(zhì)量[板書]2．計算太陽的質(zhì)量[3D動畫]用3D動畫模擬演示地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，演示從沿公轉(zhuǎn)平面觀察轉(zhuǎn)變?yōu)閺母┮暤慕嵌扔^察，幫助學生建立模型。[提問]我們把地球繞太陽的公轉(zhuǎn)簡化為勻速圓周運動，那么地球運動需要的向心力由什么力來提供呢？[學生回答]由太陽對地球的萬有引力來提供。[過渡]我們是否能利用萬有引力提供向心力這一思想，應(yīng)用萬有引力公式和圓周運動的公式，求出太陽的質(zhì)量呢？[學生活動]思考并完成推導(dǎo)過程。[板書]=得[PPT演示]展示日地平均距離的測定。[提問]測太陽質(zhì)量的這種方法能否測定地球的質(zhì)量？需要哪些已知條件？[學生回答]需要知道月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期和月球的軌道半徑。[思維擴展]我們又如何測定金星的質(zhì)量呢?（金星沒有天然的衛(wèi)星）[學生回答]發(fā)射金星探測衛(wèi)星。[教師總結(jié)]這種方法就是求解中心天體質(zhì)量的方法。[過渡]通過前面的計算我們已經(jīng)體會到萬有引力定律在天文學上的應(yīng)用。如果運用更高深的數(shù)學知識，進行更精密的計算，科學家們利用萬有引力定律又取得了更多非凡的成就。這其中最為著名的就是海王星的發(fā)現(xiàn)，下面我們就來了解一下這部分內(nèi)容。3．發(fā)現(xiàn)未知天體[板書]3．發(fā)現(xiàn)未知天體[學生活動]請一名同學簡述海王星的發(fā)現(xiàn)。[教師活動]利用投影播放PPT并講解海王星發(fā)現(xiàn)的有關(guān)知識。（重點放在講解海王星發(fā)現(xiàn)的歷史故事，從中感受到牛頓引力理論的應(yīng)用價值，和人們探索未知世界的科學精神。）[教師總結(jié)]在海王星的發(fā)現(xiàn)過程中，體現(xiàn)了一整套科學的研究方法，即發(fā)現(xiàn)問題、大膽猜想、理論推導(dǎo)、實踐檢驗。在海王星之前，太陽系的其他行星都是用肉眼觀測或是借助望遠鏡觀測直接發(fā)現(xiàn)的，海王星是第一顆先通過計算才被發(fā)現(xiàn)的行星，因此人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”。[過渡]下面我們通過一段動畫再來展示一下海王星的發(fā)現(xiàn)過程。[播放視頻]海王星的發(fā)現(xiàn)。三．總結(jié)[教師活動]引導(dǎo)學生總結(jié)本節(jié)測量天體質(zhì)量的方法和解決問題時“建模”、“分析”、“推導(dǎo)”“運算”的思維過程。四．練習及作業(yè)1．閱讀課本P41-432．課后題：五、學習效果評價設(shè)計1．學生對知識與技能掌握的情況（如何進行受力分析、如何運用萬有引力定律及圓周運動公式進行計算、能否綜合運用所學知識解決簡化了的天體運動問題可通過課堂練習、課后作業(yè)、小測驗等加以檢驗）2．學生在認知活動中的參與水平（學生在老師提出問題后能否積極思考，是否愿意主動參與回答問題，是否敢于提出自己的猜想，能否獨立的完成對問題的分析與求解）3．學生的觀察能力、語言表達能力（學生觀察的是否仔細，語言描述的是否完整、科學）4．教師在教學設(shè)計、組織教學等方面的自我評價與反思（教師在課后及時進行反思與交流）六、本次教學設(shè)計與以往或其他教學設(shè)計相比的特點以往進行萬有引力的理論成就一節(jié)的教學時，采取最多的方式就是教師講解解題思路，學生進行相關(guān)題目的練習，即通過教師講學生練的方式來完成教學目標。這種傳統(tǒng)的教學方式仍然是以教師作為課堂教學的主體，而忽視了學生的探究未知領(lǐng)域的興趣和能力，學生完全是套用老師交給的方法進行理論計算，這樣從理論出發(fā)到理論結(jié)束，很難讓學生產(chǎn)生學習的興趣，更體會不到運用物理知識解決了實際問題之后的成就感。為了改進這一狀況，在這節(jié)課的教學設(shè)計中，我更多強調(diào)的是讓學生參與其中，利用他們對天體運動的好奇心和求知欲，充分發(fā)揮學生的學習主動性，真正讓學生成為課堂的主體。為此我設(shè)計許多問題引導(dǎo)學生思考，鼓勵學生自己的語言把自己的想法表述出來，這樣既鍛煉了回答問題學生的主動性和積極性，又讓聽課的同學感覺很新鮮吸引了他們的主引力。然后再由教師做必要的補充和擴展，提醒學生注意一些重要的問題，設(shè)置好問題的梯度，逐步加深難度引導(dǎo)學生思考，層層深入達到掌握和理解的程度。在利用多媒體教學手段方面，除了常規(guī)的PPT演示以外，針對學生空間想象能力弱的問題，我特別設(shè)計并制作了3D動畫演示課件，利用3D動畫可以輕松的突破這一問題，同時也培養(yǎng)了學生的空間感，為后面的學習打好基礎(chǔ)。在“發(fā)現(xiàn)未知天體”這一部分，進行了相關(guān)科學史的講解，體現(xiàn)了其中科學的研究方法，在深入淺出的講解中完成了對學生情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)。七、課后反思1．本節(jié)課比較好的落實了教學的三維目標。通過教師的講解和引導(dǎo)，比較好的體現(xiàn)了創(chuàng)設(shè)問題情境的過程，使學生體會了在解決問題時建立物理模型的方法和科學探究的研究方法，適時的應(yīng)用了一些物理學史，體現(xiàn)了新課標中對于學生情感態(tài)度價值觀的要求。2．比較好的實現(xiàn)了多種教學資源的配合使用。學生在一堂課上除了聽教師的講解外，還要接受多種教學資源所傳達的信息，利用到多種媒體和工具。這其中包括板書、筆記、課本、學案以及多媒體信息技術(shù)。如果處理不好這些教學資源的配合使用，就會使學生感到手忙腳亂目不暇接，也就難以將主要的精力集中到聽講與思考中去。為了解決這一問題，本節(jié)課舍棄了使用目的不夠明確的學案，利用PPT展示圖像，突出建立模型的過程；利用板書完成推導(dǎo)過程，體現(xiàn)基本思路；利用多媒體課件培養(yǎng)學生的空間想象能力，提高學習興趣。這樣充分利用每一種資源的特點，既配合了教師的講解又引發(fā)了學生的思考。3．本節(jié)課展示了授課教師較為扎實的基本功。教師教學語言簡練，表達流暢，過渡銜接自然，邏輯性較強。需要注意的是，在講解中不一定全用物理語言，可以用一些自己的、通俗易懂的語言，但最后歸納總結(jié)結(jié)