单摆教学思考
2013-03-14 09:24:55| 分类：
教学教育探讨
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单摆作为一种理想化模型，其来回往返运动为简谐运动，比单摆还要简单的简谐运动模型是弹簧振子。高中物理选修3-4的教材第十一章，首先以弹簧振子为例系统地研究了简谐运动的运动学和动力学规律。所谓的运动学规律，就是研究位移和时间、速度和时间的关系问题（有时也研究位移、速度、加速度等运动学量之间的关系，例如匀变速直线运动、匀速圆周运动）；所谓的动力学规律，就是研究一种运动模型受力特点，从而揭示物体受力和运动之间的关系。在高中阶段，学生并不需要掌握运动学规律和动力学规律之间的相互数学推导，但应该体验到两者的一一对应关系，即知道有什么样的受力就有什么样的运动；什么样的运动“背后”就有什么样的受力。 作为高二下半学期的学生，理应掌握上面力学学科特点了。因此，系统学习了简谐运动的知识后，学生学习单摆就有的放矢了，课堂教学表明：在教师的引导下，大多数学生心中都有明确的学习思路（可喜的是，学生在博主的引导下终于掌握了高中物理学科的特点；遗憾的是，未能全面培养学生的自主学习习惯和能力，学生还必须在教师的“陪同”下才能得以学习后续课程）。
这一节的教学，最值得思考的地方是单摆周期教学。教材采用了“提出问题、作出猜想、设计实验……”的探究教学思路。新课程教学理念最为重视这一教学模式，学生从初中二年级首次接触物理开始，一直采用这一教学模式。从教学实际来看，单一的教学模式极其让学生生厌；从探究特点来看，上面这一探究思路在实际科学研究中并不是主流。我们知道，物理学科发展是两条腿走路，一条腿是理论，一条腿是实验，但就物理学科而言，理论这条腿先迈更为常见，有科学家预测：理论比实验超前一百年。那么，关于单摆周期教学能否采用“理论推导——实验验证”探究教学思路呢？
在学习弹簧振子的振动周期时，高中物理教学要求学生掌握其周期由弹簧振子的本身因素决定，而与振幅无关，并不需要学生掌握周期公式。但是，在实际教学中，几乎所有教师都会把周期公式直接告诉学生，目的不是让学生记住并运用这个公式，而是帮助学生记忆周期与弹簧振子自身因素的关系。基于此，在实际教学中，我改变了教材的编写思路。
理论论证单摆是简谐运动之后，立刻提出这样的问题：我们知道弹簧振子的振动周期由它的固有属性（弹簧劲度系数和振子质量）决定，那么单摆的振动周期又如何呢？
没有预习的同学很快答道：“与摆球质量和摆长有关”，他们心中确信，与摆幅或摆角无关。
博主认为，这一教学设计达到并超出了“提出问题——作出猜想”的教学效果。
有些学生做了预习，知道单摆周期还跟当地重力加速度有关，但是他们是单纯的“接受”，自己都可能疑惑：为什么会跟重力加速度有关呢？为什么跟摆球质量无关呢？针对部分“得意忘形”的学生，我即可反问：“重力加速度并不是单摆的自身属性啊！”学生即可就陷入沉思之中。
这个时候，再呈现一个实际的案例：
案例：一个大庆人去香港旅游，在一家大型超市以高价购买了一台精致的摆钟，买的时候走时很准。回到大庆后不到两天走时就相差一分多钟。于是大呼上当，心里极其气愤。后来，他求助“消费者权益保护协会”，准备与该超市打一场索赔官司，消费者协会调查研究发现产品货真价实，那么问题出在哪儿呢？
这个案例本身就揭示：普通百姓根据“常识”（常识未必就是正确的）认为，摆钟的走时准确与否与摆钟的自身因素有关，与摆钟放在哪个地方无关。这样的常识不也经常“左右”我们的学生吗？
问题在哪儿呢？学生沉思一会儿，博主给出了下面可能潜在思维：
难道弹簧振子的周期知识没有借鉴的价值？难道是“消费者权益协会”不科学、公正的裁决？抑或是我们思维简单，运用有误？
最后我们学生都锁定信念：弹簧振子的周期有借鉴价值、可能是我们思维简单，运用有误。于是学生重新思考弹簧振子的振动周期公式（引课时回顾了这个周期公式，并且在学生锁定这个信念后，在课件上展示弹簧振子的周期公式）。
实际课堂教学表明：思维活跃的同学，立刻就推导出了单摆的周期公式。
为了让更多的同学能够体会到学习的喜悦，再给出提示：k既是弹簧劲度系数，也是回复力中的常数。确实，大部分学生在这个提示下，自己导出了单摆的周期公式。
于是我给出了评价：“当你们读研究生、博士生的时候，你们就能体会：做科学家并不难，每一个人都可能是科学家，我们知道每一个时代都有很多科学家；但是当科学大师很难，一个时代有一两个科学大师也就不错了。今天，同学们就当了一回科学家！”
第一课时到此也就接近尾声了。结课时，博主还必须告诉同学们：“从理论上推导出来的结论并不具有绝对的可靠性，它还必须有实验的验证。”这就引出了下一课时的主要教学内容，课外作业是请同学们设计验证实验方案。
博主认为，与设计“验证发散的猜想”的实验方案相比，设计“验证具体的公式”的实验方案，一方面实验设计更具有目的性、方向性；另一方面，后者思维要求更具有挑战性和发散性。这个发散性，不是简单的猜想发散性，而是验证方案的发散性。
这是博主首次大胆地突破教材的编写思路，选择了一条符合我校教学实际的教学思路。最终取得了较好的教学效果。心中无比的喜悦！
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