資源簡介

單擺的周期教學設計與反思
一、教材分析
本節授課內容課是人教版選修3-4第十一章第四節單擺第2課時的內容。
教材中單擺這一節是簡諧運動的重要特例，這一節內容作用在于，不僅使學生了解生活中一種典型的簡諧運動，而且也使學生對前面所學的簡諧運動知識起到加深理解和鞏固的作用。本節教材在第1課時首先給出一個理想模型——單擺，結合之前學習的知識，引導學生猜想、單擺的運動是否為簡諧運動，然后通過演示實驗及其理論的分析得出單擺在擺角很小時的振動屬于簡諧運動；第2課時首先用一個演示實驗讓學生定性分析單擺的周期與哪些因素有關。進一步要求學生用實驗探究單擺周期與擺長的定量關系，然后根據實驗結果給出單擺的周期公式，最后再要求學生利用單擺周期公式通過實驗測量重力加速度。
本節內容中涉及到了較多的物理思想方法，第1課時用到了理想模型法、小量近似法、第2課時用到了控制變量法、圖像法等，因而是高中物理的重要內容之一。研究方法的多樣性使得本節內容對教師駕馭教材的能力提出了較高要求。
本節教材的重點和難點：第1課時的重點和難點是單擺做簡諧運動的近似條件和簡諧運動的理論推導；第2課時的重點和難點是單擺的周期公式的實驗探究得出過程以及單擺周期公式的運用。
二、學情分析
通過本章前面幾節的學習學生已經熟悉了簡諧振動的特點，通過本節內容第1課時的學習， 學生已經知道了單擺在擺角很小時可以近似看成簡諧運動，從而會進一步激發主動探究單擺周期規律的興趣，而且初步懂得運用先猜想，然后控制變量的方法探究一個物理量的公式，這些都為本節第2 課時的學習奠定了良好的基礎。
學生的不足之處在于實驗數據處理能力一般，特別使用計算機處理數據的能力偏弱，需要老師提前在課下布置預習針對性的任務引導才能保證在課順利完成探究實驗的數據處理。
三、教學目標
知識與技能目標：
1、知道單擺振動的周期與哪些因素有關及單擺的周期公式。
2、掌握運用單擺測重力加速度的原理。
過程與方法目標：
1、能夠利用控制變量定性研究單擺周期的決定因素。
2、經歷利用傳感器測量單擺的周期的過程，掌握光電門傳感器測量時間的方法
3、經歷EXCEL表格軟件處理數據并作圖的過程，定量得出單擺的周期與擺長的平方根成成正比，即，并掌握描點作圖探究兩個物理量關系的科學方法。
4、通過對單擺周期公式的變形以及EXCEL表格數據處理，得到包頭當地的重力加速度，進而掌握單擺測量重力加速度的原理和方法。
情感態度與價值觀目標：
1、培養學生的觀察物理實驗的興趣以及敢于發現和提出問題，并主動已有知識探索學習新知識的科學精神。
2、充分讓學生體會計算機在物理實驗處理數據過程的高效性提高學生利用信息技術解決物理問題的積極性
四、教學環境與準備
教學環境：DISlab傳感器實驗室，每臺電腦都配有傳感器和相應的數據采集器。
準備：
實驗器材：單擺實驗的必要器材：鐵架臺、細線、小球、以及用來測量單擺周期的光電門傳感器。
課前預習動畫：授課教師用Flash Professional CS6制作了一個單擺仿真實驗動畫供學生預習使用，用來定性分析單擺周期與哪些因素有關。
數據處理表格：兩個小組分別利用Excel表格軟件，制作探究單擺周期與擺長和單擺求重力加速度的數據處理表格。
UMU互動平臺：布置好本節課的教學環節，以問答題的形式布置課前小組探究任務
五、教學過程
1.課前小組探究任務
課前把學生分為多個小組（三個人為一小組），要求學生通過教師所給的單擺仿真實驗動畫進行小組探究學習，探究目的是定性分析單擺周期與哪些因素有關，與什么因素無關。
（設計目的：讓學生在沒有實驗器材的情況下運用控制變量法定性得出單擺周期的決定因素，為課上定量研究單擺周期做好準備）
2.新課導入（演示學生課前小組探究成果）
在UMU互動平臺上展示學生課前利用仿真實驗動畫探究的成果，然后選一組描述最好的同學上講臺來一邊重新演示動畫，一邊闡述小組探究得到的結論。
（設計目的：得到統一的定性分析結果，為下一步提出新問題做鋪墊）
3. 提出新問題
在上一環節中學生得到“單擺的周期只與擺長和重力加速度有關，與其他因素無關，并且擺長越長，周期越大，重力加速度越大，周期越小”的結論后，進一步在老師的引導下會提出“單擺周期具體與擺長和重力加速度有什么定量關系”的新問題，然后由教師引導分析目前的實驗條件僅能測量單擺的周期T與擺長L的定量關系，無法測定T與重力加速度g的關系。
4. 實驗探究：單擺周期T與擺長L的定量關系
學生首先猜想單擺的周期T與擺長L可能有如下關系：…
然后以小組為單位，以光電門傳感器和Dislab軟件為主要工具測量多組單擺的周期和擺長，然后在學生課前做好的Excel數據表中填入測量的數據然后在表格中描繪圖線，然后每小組學生用手機拍照實驗結果并上傳到UMU互動平臺（拍照上墻功能），再有老師點評實驗結果，最后一起確認哪一種猜想是正確的。
5. 教師講授：單擺的周期公式
在學生實驗得到結論的基礎上，教師簡單總結之后結合課本給出單邊的周期公式。
5. 小組探究：利用單擺周期測量重力加速度。
教師提出要求，學生思考后回答利用單擺測量重力加速度的原理，并以小組為單位將上一實驗中的數據填入Excel表格中，計算出包頭的重力加速度g。
6. 知識小結：
教師引領對本節內容做簡單回顧。
五.教學反思
本節課采用任務驅動策略，以三個主要任務引導學生進行自主學習。本節課反思如下：
1、課前布置一個小組探究任務，旨在讓學生在沒有實驗儀器的前提下，運用單擺仿真實驗動畫的替代功能也可以更便捷地得到單擺周期的決定因素，從UMU互動平臺的反饋來看，十四個小組全部完成了探究任務，而且得到了全部得到了“單擺周期只由擺長和重力加速度決定”正確結論，其中個別小組甚至得到了單擺周期與擺長和重力加速度的大致關系，所以課前小組探究任務在動畫的幫助下效果比較好；
2、第二個任務是探究單擺周期與擺長的定量關系，也是整節課程的核心部分，因此給了學生二十分鐘的時間利用Dislab軟件做實驗，一共有13個小組，有是12小組順利完成并把實驗結果上傳到了UMU平臺，總體來說達到了本節課預期的效果，但是實驗過程中也暴露了學生的兩點不足：①個別學生動手能力較差，實驗推進緩慢，以至于未能如期完成；學生對數據的把握能力一般，每次改變單擺擺長時，變化較小，以至于在提交的作圖中，非線性的圖像體現的不是很明顯。但值得肯定的是，一些小組在發現了上面的問題后，又重新加以修正得到了比較好的實驗結果。
3、第三個任務是利用前一個實驗的數據和單擺周期公式求出包頭的重力加速度，這個任務與11個小組都順利完成，而對學生而言，最大的收獲是能夠獲得準確的重力加速度值的自豪感，進而激發起對物理的更大興趣。，
從學生的學習效果總體而言，本節課是成功，但是還有一些細節的瑕疵需要本人在今后的教學中加以改進。
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