以信息技术与教学的深度融合促进学生的深度学习——以“探究平抛运动的特点”为例.pdf

以信息技术与教学的深度融合促进学生的深度学习 以“探究平抛运动的特点”为例李瑜静(梅州市梅江区联合中学广东 梅州 )洪华标(梅州市教师发展中心广东 梅州 )(收稿日期:)摘要:以人教版高中物理教材必修“探究平抛运动的特点”一节为例,研究如何将信息技术与物理教学深度融合,促进学生的深度学习关键词:信息技术;物理教学;融合;深度学习;T r a c k e r;平抛运动信息技术与物理教学深度融合的必要性 普通高中物理课程标准(年修订版)提出:“通过多样化的教学方式,利用现代信息技术,引导学生理解物理学的本质,整体认识自然界,形成科学思维习惯,增强科学探究能力和解决实际问题的能力”通过在物理教学中合理利用信息技术,譬如借助相关软件开发多媒体课件和微课,借助微信小程序开展线上教学活动,借助视频分析软件分析物体的运动情况等,积极推进教师教学方式、学生思维方式、师生交流方式等方面的综合改革,进一步优化教学方法,提高学生利用信息技术自主理解、探索和解决实际问题的能力深度学习是指学习者在理解学习的基础上,批判性地学习新的思想和事实,并将其融入原有的认知结构中,能够在众多思想间进行联系,并将已有的知识迁移到新的情境中,作出决策和解决问题的学习本文以“探究平抛运动的特点”为例,详细阐述以信息技术与物理教学的深度融合为载体,以情境式、问题驱动式为教学模式,通过“分析推理”“科学探究”“交流反思”“拓展迁移”等教学策略,培养高阶思维能力,促进学生的深度学习信息技术与物理教学深度融合 “探究平抛运动特点”的教学设计 教学内容分析“探究平抛运动的特点”是人教版高中物理教材必修第五章“抛体运动”的第节,新课标要求:“通过实验,探究并认识平抛运动的规律会用运动合成与分解的方法分析平抛运动体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想”教材中介绍了两种方案,方案一是用频闪照相或者录制视频的方法;方案二的参考案例先研究竖直方向分运动的特点,画出运动轨迹后,根据竖直方向分运动的特点去分析水平方向分运动的特点本节是上一节“运动的合成与分解”方法的实际应用,既为学生学习平抛运动规律作好铺垫,又可以帮助学生加深对运动的合成与分解方法的理解 学情分析学生已具备直线运动规律、牛顿运动定律以及运动的合成与分解等知识,知道从分运动的特点切入去认识曲线运动,逐渐从一般的曲线运动过渡到特殊的平抛运动计算机和手机已融入学生的日常生活,而且学生乐于接受新鲜事物 年第期物理通报教育技术应用广东省教育科研“十三五”规划 年度教育科研重点项目“S T EM理念下山区中学物理创新实验的开发与研究”研究成果,项目编号:Z Q J K ;广东省基础教育学科教研基地(梅州市高中物理)项目的研究成果 待解决的学科问题()如何研究平抛运动的水平分运动和竖直分运动特点?()如何获取平抛运动的轨迹?()平抛运动的水平分运动和竖直分运动有什么特点?教学目标()物理观念:通过对平抛运动现象的分析,将复杂的曲线运动分解为两个简单的直线运动,进一步建立运动观念和相互作用观念之间的联系()科学思维:从生活情境出发,对生活现象构建平抛运动模型,以问题引导学生进行科学推理,渗透科学思维这一核心素养()科学探究:引导学生利用已有知识提出问题并作出猜想,设计实验获取数据,利用T r a c k e r软件对实验数据进行分析,得出结论,体验科学探究过程()科学态度与责任:通过实例分析,启发学生从物理现象中认识其本质属性,锻炼学生将理论知识与实际生活相结合的能力通过T r a c k e r软件的数据分析,培养学生尊重客观事实、精益求精的科学态度 教学重难点()教学重点:实验探究平抛运动的特点()教学难点:运用合成与分解思想探究平抛运动的特点 教学方法启发式,探究式,合作交流法 教学用具希沃软件、T r a c k e r软件、班级优化大师、平抛仪、摄像机等 教学思路教学思路如图所示图教学思路图 教学过程 游戏引入,激发兴趣师:通过学术游戏“请你来当飞行员”引入新课,提出“能否击中敌船?如何准确击中敌船?”等问题,有效地吸引学生注意力生:通过玩游戏发现命中率比较低,思考如何才能提高命中率师:进一步提出要提高投弹的命中率,需要掌握炸弹的运动规律设计意图:兴趣是学习最好的老师,是学生探究科学知识的内驱力游戏教学营造出宽松快乐的学习环境,让学生在玩中学,让学生更喜欢学习物理由于飞机投弹命中率低,借机引发对该游戏隐含的物理知识的思索,激发了学生的学习兴趣 创设情境,初步感知师:观察图片(图),播放影片,引入新课,引导学生分析平抛运动的定义、条件和加速度的特点在学习过程中,引导学生加强物理规律的前后联系,在原有知识的基础上逐渐深化和拓展图生活中的抛体运动 年第期物理通报教育技术应用生:通过图片和电影片段得出抛体运动的定义,引出平抛运动是一种特殊的抛体运动,进而得出平抛运动是匀变速曲线运动的性质设计意图:从生活情境出发,对生活现象构建理想化物理模型,以问题引导学生进行归纳总结平抛运动包含的两个基本条件:具有水平初速度和仅受重力作用,以此培养学生将生活情境转化为物理模型的建模能力;针对空气阻力很小,可忽略不计,体现了抓住主要矛盾,忽略次要因素的物理思想;通过问题引导,结合旧知识,让学生进一步理解平抛运动的性质是匀变速曲线运动 实验探究,得出规律()分析讨论,猜想与假设师:课堂上分组讨论,要求学生回答以下个问题问题:平抛运动是曲线运动,如何把平抛运动转化成我们熟悉的直线运动?问题:如果平抛运动可以分解为熟悉的直线运动,我们可以往什么方向分解?问题:平抛运动的分运动有什么特点?生:初步断定平抛运动可以在水平方向和竖直方向分解,并猜测水平方向是匀速直线运动,竖直方向是自由落体运动设计意图:根据所学的直线运动规律、牛顿运动定律以及运动的合成与分解等知识,突出解决曲线运动问题的“大思路”化曲为直,并进一步应用这个“大思路”进行猜想,为后续学习留下合适的“接口”问题串的形式注重学生思维发展,使学生成为学习的主体,让学生逐步体验抽象、概括、推理的思维过程,积极地参与到学习中来,从而培养学生科学探究的能力()设计实验,制定计划师:如何通过实验来分析平抛运动水平分运动和竖直分运动的特点?如何验证平抛运动的轨迹为抛物线?由此来确立本节课的两个实验目的实验目的:探究平抛运动水平分运动和竖直分运动的特点实验目的:证明平抛运动的轨迹为抛物线师:如何记录平抛运动的轨迹?方案二的参考案例是否可行?有无缺点?生:可行不足之处是难于保证小球每次平抛的初速度都相同,实验误差大师:是否应该采用更先进的实验方法呢?生:是师:那我们采用方案一中录制视频的方法,结合T r a c k e r视频分析软件处理数据生:什么是T r a c k e r软件?师:T r a c k e r是一种视频分析软件,它可以加载多种不同格式的视频,包括MP V、AV I、P L V、MP、WMV等,然后分析视频中物体的位置如何随时间变化,进而计算出物体的速度、加速度等物理量,并利用跟踪视频建模,解决了以往物理实验误差大的难题,实现物理实验精确化和可视化()进行实验与收集证据师:接下来我们开始实验步骤:将平抛仪轨道固定在黑板上,同时在黑板上画一段 c m的线段(图)来表示空间尺度大小的参照物,方便定量地分析实验在斜面上释放钢球,钢球从水平轨道飞出,利用摄像机拍摄钢球运动的视频(摄像机的镜头与实验平面垂直,并用三角支架固定)图长度为 c m的参考长度步骤:启动T r a c k e r软件,导入要分析的视频,逐帧播放待分析的实验视频,打开视频剪辑对话框,确定要分析的起点、终点和分析的帧频步骤:建立坐标轴,将坐标原点移动到钢球要离开的位置,选取向右为x轴正方向,向上为y轴正方向按照实际空间尺度大小新建一个定标杆步骤:创建质点对象,同时按住C t r l和S h i f t键,鼠标箭头会变成一个小圆框,将圆框点在钢球上 年第期物理通报教育技术应用会出现一个实线圆圈及点线框,同时会弹出A u t o T r a c k e r控制面板,点击S e a r c hN e x t,软件会自动跟踪定位钢球的位移,记录钢球位移与时间数据,并描绘出x轴方向和y轴方向的位移与时间图像,如图所示图水平方向和竖直方向的位移与时间拟合曲线x t图形拟合成直线方程x t ()y t图形拟合成抛物线方程y t t ()时间单位为s,长度单位为m()分析与论证论证:水平方向和竖直方向运动分析师:这是什么图像,是什么运动?初速度 为多大?生甲:根据x t图像是水平方向的位移与时间图像,为倾斜直线,可判断水平方向的分运动是匀速直线运动,对照拟合方程()和位移公式xv tb(定义向右为正)可知,初速度为v m/s 根据y t图像判断出竖直方向的位移与时间图像为抛物线,提出质疑:图像是抛物线就代表竖直分运动是自由落体运动了么?生乙:通过对照拟合方程()和竖直方向位移公式yg tbtc(定义向上为正)可知,我们从|g得到g m/s师:在误差范围内,加速度的值约等于当地重力加速度的值 m/s,误差仅为 由此可以判断竖直方向的分运动为自由落体运动生:为什么拟合函数不是xvt,yg t的形式?师:由于水平抛出点没有很严格定位到坐标原点,所以拟合函数不是xvt,yg t的形式设计意图:让学生体验数据分析和拟合的过程,了解科学探究中数据的获取和处理方法注重引导学生先通过实验探究得出结论,再进行理论解释,进而突出理论分析与实验探究的统一性当实验结果与理论预期不同时,引导学生在科学实验中尊重实验数据,对实验数据进行分析和反思,进一步培养学生严谨认真、实事求是和质疑创新的科学态度论证:平抛运动轨迹分析师:在数据图像上,选择y作为纵坐标,选择x作为横坐标,大家观察平抛运动的轨迹有什么特点?生活中是否见过类似的曲线?生:轨迹接近生活中的抛物线,如图所示图y x图像师:如何证明轨迹是抛物线?师:通过统计拟合得出方程,看轨迹是否满足二次函数关系?生:满足二次函数关系,证明了平抛物体的运动轨迹是抛物线的实验目的 年第期物理通报教育技术应用论证:建立动态的质点粒子模型师:记录以上实验分析得到的运动规律,使用T r a c k e r软件构建动态的质点粒子模型步骤:新增x方向质点,点击右键,命名为“平抛运动x方向”,点击右键,点击模型创建工具,添加变量sx、vx,输入相应的参数和公式,得到小钢球平抛运动轨迹和水 平方向运动 学 模 型 轨 迹 对 比 图(图)图x方向质点公式输入界面以及轨迹对比图步骤:新增y方向质点,点击右键,命名为“平抛运动y方向”,点击右键,点击模型创建工具,添加变量sy、vy、g,输入相应的参数和公式,得到小钢球平抛运动轨迹和竖直方向运动学模型轨迹对比图(图)图y方向质点公式输入界面以及轨迹对比图步骤:新增合位移方向质点,点击右键,命名为“平抛运动合位移”,点击右键,点击模型创建工具,添加变量sx、vx、sy、vy、g,输入相应的参数和公式,可动态展示平抛运动的特点(图)图合位移质点公式输入界面以及动态轨迹图 年第期物理通报教育技术应用生:这样我们就可以很清晰地看到平抛运动的水平分运动是匀速直线运动,竖直分运动是自由落体运动师:同学们总结得很到位 生:那这个算不算频闪照片?师:相当于类频闪照片设计意图:通过菜单栏轨迹建立粒子运动学模型,可视化呈现给学生,学生可以直观地观察出平抛运动的水平分运动和竖直分运动,进一步加深合运动和分运动关系的理解得出平抛运动规律之后,对其进行理论解释,强调实验和理论在研究客观世界中的价值和作用()结论和评估重力加速度实验值为 m/s,当地重力加速度的理论值为 m/s,误差仅为 ,实现了实验精确化,达到了精确探究平抛运动特点的实验目的 学以致用,交流反思师:结合本课学习的平抛运动的特点,谈一谈飞机能不能在敌船正上方的时候投弹呢?生:不能,投不中敌船师:如何让飞机投弹命中敌船?生:应该在快接近敌船一定位置的时候投弹才有可能命中设计意图:前后呼应,锻炼学生理论知识与实际生活相结合的能力,进一步加深对平抛运动特点的理解 拓展迁移师:课后分组讨论,解决生活中平抛运动问题轰炸机在距海面 m的高处,以v m/s的速度水平飞行,尾追一艘以v m/s逃逸的敌船,为了使飞机上投下的炸弹正好击中敌船,应该在与轰炸目标的水平距离为多远的地方投弹?不计空气阻力问题:从水平飞行的飞机上投下的炸弹做什么运动,判断的依据是什么?问题:投下的炸弹在空中飞行多久才能击中指定目标?问题:在本次投弹中,飞机应该在离目标水平距离多少米时投弹才能命中?生:完成问题,协作讨论设计意图:对于学有余力的学生,可以鼓励他们通过T r a c k e r软件定量总结得出平抛运动的规律,并利用平抛运动规律来解决实际问题结束语本节课围绕着待解决的学科问题,创设游戏情境,激发学生兴趣,通过问题驱动,引发学生思考,利用希沃白板呈现教学信息,采用班级优化大师进行课堂教学管理,运用T r a c k e r软件进行实验探究,结合软件拟合功能分析实验数据,实现了在常规教学环境中信息技术与物理教学的融合,完成本节课的学习任务传统课堂中使用平抛运动分解仪将平抛运动与竖直方向上的自由落体运动和水平方向上的匀速直线运动进行对比,定性地得到了平抛运动的规律,但很难进行定量分析本节课通过录制视频利用T r a c k e r软件数据分析可以解决以往实验难题,实现物理实验数字化、精确化和可视化参 考 文 献中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准(年修订版)S北京:人民教育出版社,:何 玲,黎 加 厚促 进 学 生 深 度 学 习 J现 代 教 学,():王培玉,闵昕宇,刘逸轩,等关于平抛运动教学设计的思考与改进J物理通报,(S):年第期物理通报教育技术应用