2.4 单摆教学设计和反思
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文档简介
单摆的周期教学设计与反思
一、教材分析
本节授课内容课是人教版选修3-4第十一章第四节单摆第2课时的内容。
教材中单摆这一节是简谐运动的重要特例，这一节内容作用在于，不仅使学生了解生活中一种典型的简谐运动，而且也使学生对前面所学的简谐运动知识起到加深理解和巩固的作用。本节教材在第1课时首先给出一个理想模型——单摆，结合之前学习的知识，引导学生猜想、单摆的运动是否为简谐运动，然后通过演示实验及其理论的分析得出单摆在摆角很小时的振动属于简谐运动；第2课时首先用一个演示实验让学生定性分析单摆的周期与哪些因素有关。进一步要求学生用实验探究单摆周期与摆长的定量关系，然后根据实验结果给出单摆的周期公式，最后再要求学生利用单摆周期公式通过实验测量重力加速度。
本节内容中涉及到了较多的物理思想方法，第1课时用到了理想模型法、小量近似法、第2课时用到了控制变量法、图像法等，因而是高中物理的重要内容之一。研究方法的多样性使得本节内容对教师驾驭教材的能力提出了较高要求。
本节教材的重点和难点：第1课时的重点和难点是单摆做简谐运动的近似条件和简谐运动的理论推导；第2课时的重点和难点是单摆的周期公式的实验探究得出过程以及单摆周期公式的运用。
二、学情分析
通过本章前面几节的学习学生已经熟悉了简谐振动的特点，通过本节内容第1课时的学习， 学生已经知道了单摆在摆角很小时可以近似看成简谐运动，从而会进一步激发主动探究单摆周期规律的兴趣，而且初步懂得运用先猜想，然后控制变量的方法探究一个物理量的公式，这些都为本节第2 课时的学习奠定了良好的基础。
学生的不足之处在于实验数据处理能力一般，特别使用计算机处理数据的能力偏弱，需要老师提前在课下布置预习针对性的任务引导才能保证在课顺利完成探究实验的数据处理。
三、教学目标
知识与技能目标：
1、知道单摆振动的周期与哪些因素有关及单摆的周期公式。
2、掌握运用单摆测重力加速度的原理。
过程与方法目标：
1、能够利用控制变量定性研究单摆周期的决定因素。
2、经历利用传感器测量单摆的周期的过程，掌握光电门传感器测量时间的方法
3、经历EXCEL表格软件处理数据并作图的过程，定量得出单摆的周期与摆长的平方根成成正比，即，并掌握描点作图探究两个物理量关系的科学方法。
4、通过对单摆周期公式的变形以及EXCEL表格数据处理，得到包头当地的重力加速度，进而掌握单摆测量重力加速度的原理和方法。
情感态度与价值观目标：
1、培养学生的观察物理实验的兴趣以及敢于发现和提出问题，并主动已有知识探索学习新知识的科学精神。
2、充分让学生体会计算机在物理实验处理数据过程的高效性提高学生利用信息技术解决物理问题的积极性
四、教学环境与准备
教学环境：DISlab传感器实验室，每台电脑都配有传感器和相应的数据采集器。
准备：
实验器材：单摆实验的必要器材：铁架台、细线、小球、以及用来测量单摆周期的光电门传感器。
课前预习动画：授课教师用Flash Professional CS6制作了一个单摆仿真实验动画供学生预习使用，用来定性分析单摆周期与哪些因素有关。
数据处理表格：两个小组分别利用Excel表格软件，制作探究单摆周期与摆长和单摆求重力加速度的数据处理表格。
UMU互动平台：布置好本节课的教学环节，以问答题的形式布置课前小组探究任务
五、教学过程
1.课前小组探究任务
课前把学生分为多个小组（三个人为一小组），要求学生通过教师所给的单摆仿真实验动画进行小组探究学习，探究目的是定性分析单摆周期与哪些因素有关，与什么因素无关。
（设计目的：让学生在没有实验器材的情况下运用控制变量法定性得出单摆周期的决定因素，为课上定量研究单摆周期做好准备）
2.新课导入（演示学生课前小组探究成果）
在UMU互动平台上展示学生课前利用仿真实验动画探究的成果，然后选一组描述最好的同学上讲台来一边重新演示动画，一边阐述小组探究得到的结论。
（设计目的：得到统一的定性分析结果，为下一步提出新问题做铺垫）
3. 提出新问题
在上一环节中学生得到“单摆的周期只与摆长和重力加速度有关，与其他因素无关，并且摆长越长，周期越大，重力加速度越大，周期越小”的结论后，进一步在老师的引导下会提出“单摆周期具体与摆长和重力加速度有什么定量关系”的新问题，然后由教师引导分析目前的实验条件仅能测量单摆的周期T与摆长L的定量关系，无法测定T与重力加速度g的关系。
4. 实验探究：单摆周期T与摆长L的定量关系
学生首先猜想单摆的周期T与摆长L可能有如下关系：…
然后以小组为单位，以光电门传感器和Dislab软件为主要工具测量多组单摆的周期和摆长，然后在学生课前做好的Excel数据表中填入测量的数据然后在表格中描绘图线，然后每小组学生用手机拍照实验结果并上传到UMU互动平台（拍照上墙功能），再有老师点评实验结果，最后一起确认哪一种猜想是正确的。
5. 教师讲授：单摆的周期公式
在学生实验得到结论的基础上，教师简单总结之后结合课本给出单边的周期公式。
5. 小组探究：利用单摆周期测量重力加速度。
教师提出要求，学生思考后回答利用单摆测量重力加速度的原理，并以小组为单位将上一实验中的数据填入Excel表格中，计算出包头的重力加速度g。
6. 知识小结：
教师引领对本节内容做简单回顾。
五.教学反思
本节课采用任务驱动策略，以三个主要任务引导学生进行自主学习。本节课反思如下：
1、课前布置一个小组探究任务，旨在让学生在没有实验仪器的前提下，运用单摆仿真实验动画的替代功能也可以更便捷地得到单摆周期的决定因素，从UMU互动平台的反馈来看，十四个小组全部完成了探究任务，而且得到了全部得到了“单摆周期只由摆长和重力加速度决定”正确结论，其中个别小组甚至得到了单摆周期与摆长和重力加速度的大致关系，所以课前小组探究任务在动画的帮助下效果比较好；
2、第二个任务是探究单摆周期与摆长的定量关系，也是整节课程的核心部分，因此给了学生二十分钟的时间利用Dislab软件做实验，一共有13个小组，有是12小组顺利完成并把实验结果上传到了UMU平台，总体来说达到了本节课预期的效果，但是实验过程中也暴露了学生的两点不足：①个别学生动手能力较差，实验推进缓慢，以至于未能如期完成；学生对数据的把握能力一般，每次改变单摆摆长时，变化较小，以至于在提交的作图中，非线性的图像体现的不是很明显。但值得肯定的是，一些小组在发现了上面的问题后，又重新加以修正得到了比较好的实验结果。
3、第三个任务是利用前一个实验的数据和单摆周期公式求出包头的重力加速度，这个任务与11个小组都顺利完成，而对学生而言，最大的收获是能够获得准确的重力加速度值的自豪感，进而激发起对物理的更大兴趣。，
从学生的学习效果总体而言，本节课是成功，但是还有一些细节的瑕疵需要本人在今后的教学中加以改进。
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一、教材分析
本节授课内容课是人教版选修3-4第十一章第四节单摆第2课时的内容。
教材中单摆这一节是简谐运动的重要特例，这一节内容作用在于，不仅使学生了解生活中一种典型的简谐运动，而且也使学生对前面所学的简谐运动知识起到加深理解和巩固的作用。本节教材在第1课时首先给出一个理想模型——单摆，结合之前学习的知识，引导学生猜想、单摆的运动是否为简谐运动，然后通过演示实验及其理论的分析得出单摆在摆角很小时的振动属于简谐运动；第2课时首先用一个演示实验让学生定性分析单摆的周期与哪些因素有关。进一步要求学生用实验探究单摆周期与摆长的定量关系，然后根据实验结果给出单摆的周期公式，最后再要求学生利用单摆周期公式通过实验测量重力加速度。
本节内容中涉及到了较多的物理思想方法，第1课时用到了理想模型法、小量近似法、第2课时用到了控制变量法、图像法等，因而是高中物理的重要内容之一。研究方法的多样性使得本节内容对教师驾驭教材的能力提出了较高要求。
本节教材的重点和难点：第1课时的重点和难点是单摆做简谐运动的近似条件和简谐运动的理论推导；第2课时的重点和难点是单摆的周期公式的实验探究得出过程以及单摆周期公式的运用。
二、学情分析
通过本章前面几节的学习学生已经熟悉了简谐振动的特点，通过本节内容第1课时的学习， 学生已经知道了单摆在摆角很小时可以近似看成简谐运动，从而会进一步激发主动探究单摆周期规律的兴趣，而且初步懂得运用先猜想，然后控制变量的方法探究一个物理量的公式，这些都为本节第2 课时的学习奠定了良好的基础。
学生的不足之处在于实验数据处理能力一般，特别使用计算机处理数据的能力偏弱，需要老师提前在课下布置预习针对性的任务引导才能保证在课顺利完成探究实验的数据处理。
三、教学目标
知识与技能目标：
1、知道单摆振动的周期与哪些因素有关及单摆的周期公式。
2、掌握运用单摆测重力加速度的原理。
过程与方法目标：
1、能够利用控制变量定性研究单摆周期的决定因素。
2、经历利用传感器测量单摆的周期的过程，掌握光电门传感器测量时间的方法
3、经历EXCEL表格软件处理数据并作图的过程，定量得出单摆的周期与摆长的平方根成成正比，即，并掌握描点作图探究两个物理量关系的科学方法。
4、通过对单摆周期公式的变形以及EXCEL表格数据处理，得到包头当地的重力加速度，进而掌握单摆测量重力加速度的原理和方法。
情感态度与价值观目标：
1、培养学生的观察物理实验的兴趣以及敢于发现和提出问题，并主动已有知识探索学习新知识的科学精神。
2、充分让学生体会计算机在物理实验处理数据过程的高效性提高学生利用信息技术解决物理问题的积极性
四、教学环境与准备
教学环境：DISlab传感器实验室，每台电脑都配有传感器和相应的数据采集器。
准备：
实验器材：单摆实验的必要器材：铁架台、细线、小球、以及用来测量单摆周期的光电门传感器。
课前预习动画：授课教师用Flash Professional CS6制作了一个单摆仿真实验动画供学生预习使用，用来定性分析单摆周期与哪些因素有关。
数据处理表格：两个小组分别利用Excel表格软件，制作探究单摆周期与摆长和单摆求重力加速度的数据处理表格。
UMU互动平台：布置好本节课的教学环节，以问答题的形式布置课前小组探究任务
五、教学过程
1.课前小组探究任务
课前把学生分为多个小组（三个人为一小组），要求学生通过教师所给的单摆仿真实验动画进行小组探究学习，探究目的是定性分析单摆周期与哪些因素有关，与什么因素无关。
（设计目的：让学生在没有实验器材的情况下运用控制变量法定性得出单摆周期的决定因素，为课上定量研究单摆周期做好准备）
2.新课导入（演示学生课前小组探究成果）
在UMU互动平台上展示学生课前利用仿真实验动画探究的成果，然后选一组描述最好的同学上讲台来一边重新演示动画，一边阐述小组探究得到的结论。
（设计目的：得到统一的定性分析结果，为下一步提出新问题做铺垫）
3. 提出新问题
在上一环节中学生得到“单摆的周期只与摆长和重力加速度有关，与其他因素无关，并且摆长越长，周期越大，重力加速度越大，周期越小”的结论后，进一步在老师的引导下会提出“单摆周期具体与摆长和重力加速度有什么定量关系”的新问题，然后由教师引导分析目前的实验条件仅能测量单摆的周期T与摆长L的定量关系，无法测定T与重力加速度g的关系。
4. 实验探究：单摆周期T与摆长L的定量关系
学生首先猜想单摆的周期T与摆长L可能有如下关系：…
然后以小组为单位，以光电门传感器和Dislab软件为主要工具测量多组单摆的周期和摆长，然后在学生课前做好的Excel数据表中填入测量的数据然后在表格中描绘图线，然后每小组学生用手机拍照实验结果并上传到UMU互动平台（拍照上墙功能），再有老师点评实验结果，最后一起确认哪一种猜想是正确的。
5. 教师讲授：单摆的周期公式
在学生实验得到结论的基础上，教师简单总结之后结合课本给出单边的周期公式。
5. 小组探究：利用单摆周期测量重力加速度。
教师提出要求，学生思考后回答利用单摆测量重力加速度的原理，并以小组为单位将上一实验中的数据填入Excel表格中，计算出包头的重力加速度g。
6. 知识小结：
教师引领对本节内容做简单回顾。
五.教学反思
本节课采用任务驱动策略，以三个主要任务引导学生进行自主学习。本节课反思如下：
1、课前布置一个小组探究任务，旨在让学生在没有实验仪器的前提下，运用单摆仿真实验动画的替代功能也可以更便捷地得到单摆周期的决定因素，从UMU互动平台的反馈来看，十四个小组全部完成了探究任务，而且得到了全部得到了“单摆周期只由摆长和重力加速度决定”正确结论，其中个别小组甚至得到了单摆周期与摆长和重力加速度的大致关系，所以课前小组探究任务在动画的帮助下效果比较好；
2、第二个任务是探究单摆周期与摆长的定量关系，也是整节课程的核心部分，因此给了学生二十分钟的时间利用Dislab软件做实验，一共有13个小组，有是12小组顺利完成并把实验结果上传到了UMU平台，总体来说达到了本节课预期的效果，但是实验过程中也暴露了学生的两点不足：①个别学生动手能力较差，实验推进缓慢，以至于未能如期完成；学生对数据的把握能力一般，每次改变单摆摆长时，变化较小，以至于在提交的作图中，非线性的图像体现的不是很明显。但值得肯定的是，一些小组在发现了上面的问题后，又重新加以修正得到了比较好的实验结果。
3、第三个任务是利用前一个实验的数据和单摆周期公式求出包头的重力加速度，这个任务与11个小组都顺利完成，而对学生而言，最大的收获是能够获得准确的重力加速度值的自豪感，进而激发起对物理的更大兴趣。，
从学生的学习效果总体而言，本节课是成功，但是还有一些细节的瑕疵需要本人在今后的教学中加以改进。
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