初中物理探究型课程教学设计一例

1教学前端分析

1.1学习需要分析

有效设置探究型课程是初中物理教学改革和创新的重要内容，也是课程标准的基本规定.初中物理课程强调激发学生学习兴趣，发展探究意识，学会初步运用简单实验手段和科学方法实施探究方案，初步养成实事求是的科学态度和认真踏实的学习习惯.因此，设计与学生实际生活联系密切且适合学生物理知识和技能水平的探究课题，是探究课程教学的首要任务.在初二物理基础型课程已经完成了“测量”的教学内容，正处在光学教学的开始阶段，开设本节探究课.学习时间为1课时.

1.2学情分析

对沪教版教材体系而言，几何光学的最基础内容即“光的直线传播原理”部分放在六年级的科学课中学习，这对学生领悟几何光学中的物理方法就会有所影响.因此，在物理探究课教学中，以光的直线传播规律为载体，以探究距离测量为线索，将是感受物理学基本思想、训练物理学基本方法的有益尝试.

对刚来到“物理学之海冲浪”的初二学生而言，应用光的直线传播原理测量距离，让物理知识源于生活而又用于生活，将会激发学生浓厚的学习兴趣和探究欲望.但限于数学上三角形知识如边角关系、相似比等概念学生尚未接触，在测量数据的处理上需要另辟蹊径.

1.3教学创新举措

将生活和技术中的实际问题，在教学场景中，通过估测及精确测量的递进式设计，让学生逐步理解三角测距法的要点和注意事项.

在课堂实验探究中，用插针法来确定“三点一线”，能够很好地减小测量误差，也直观形象地体现了物理原理的应用.

为克服数学知识不足的问题，教学中将定量测量步骤中的参照距离给定，并将按比例缩小后的长度标出，学生只需作平行线即可找出待测距离缩小后的长度.

2教学目标

（1）温故光的直线传播原理在生活和技术上的一些应用，能理解根据光的直线传播原理确定一个三角形来测量距离的方法，并运用这种方法分别对一定距离进行粗略测量和较准确测量.

（2）经历使用三角板、刻度尺、大头针等工具进行观测、读数和作图等获得测量数据的探究过程，能够在探究活动中进行分工与合作，能够尝试对测量方案及测量结果进行简单分析.

（3）体验测量过程中实事求是、一丝不苟的科学严谨作风，感受应用物理原理解决实际问题的魅力，培养持久的学习兴趣，激发对自然现象的探究热情和学以致用的良好习惯.

3主要探究形式

■实验探究□文献查阅□设计制作

4主要经历的探究要素

□提出问题□作出假设■制定计划

■使用工具和搜集证据■处理数据和解释问题

■表达与交流

5探究器材

20 cm三角板1幅，5 m卷尺1把，40 cm×40 cm木板1块，A3白纸1张，图钉4枚，大头针4枚，小红旗1面.

6探究计划

6.1环节一：复习物理原理

（1）光的直线传播原理：光在同种均匀介质中沿直线传播.

（2）现象或应用：影子的形成、排队看齐、射击瞄准、人眼判断物体位置.

2人（或1人）一组，只用一只眼睛确定笔的位置，如图1所示.

6.2环节二：学会实验方法

（1）三角测距法：先根据光的直线传播原理确定一个三角形，再由三角形的边或角的关系测量距离.

理解三角测距法.

情景再现：如图2所示.

（2）科学故事：古希腊学者阿里斯塔克斯巧妙估测地月距离.

竖起一只手指对着月亮，当手指完全能够遮住月亮的时候，算出手指和眼睛之间的距离l与手指宽度d的比值，这个值就等于地月之间距离L与月亮直径D的比值.根据月亮的直径，就可以求出地月之间的距离.

实测数据：l=1.0 cm，d=62.0 cm.

已知：D=3.5×106 m，求得：L=2.2×108 m.

注：地月距离实际值为3.8×108 m，本次测量值在数量级上吻合，但测量相对误差为42%.

6.3环节三：估测眼睛到窗户的距离

（1）探究要求

2人（或3人）组成小组活动，用三角测距法估测眼睛到窗户的距离，如图3、图4所示，并将实际值与估测值比较，简要分析产生误差的原因.

（2）测量步骤：①竖直伸出拇指，指甲面与窗户玻璃平行.②保持眼睛位置不动，移动拇指，当拇指刚好完全挡住窗户玻璃时，测量眼睛到拇指的距离l.③测量拇指的宽度d.④测量窗户玻璃的宽度D.⑤估算眼睛到窗户玻璃的距离L.⑥测量眼睛到窗户玻璃的实际距离L0.

眼睛到拇指的距离l（cm）拇指的宽度d（cm）窗户玻璃的宽度D（cm）眼睛到窗户玻璃距离的估算值L（cm）眼睛到窗户玻璃距离的实际值L0（cm）6.4环节四：测量定点到旗杆的距离

（1）问题情境如图5所示，如何测量办公楼中的人到黄浦江对岸旗杆的距离？

（2）探究要求

教室中央的课桌上插有一面小红旗.4人（或3人）组成小组活动，用三角测距法测量定点A到旗杆的水平距离.集体讨论测量方案.

用插针法确定三角形，用作图法对三角形按比例缩小，计算测量距离，如图6、图7所示.测量实际距离，并计算相对误差.

（3）参考测量步骤：①在A点插上一枚大头针1，在OA间P点插上另一枚大头针2，使OPA在一条直线上.②在另一点B插上一枚大头针3，在OB间Q点插上另一枚大头针4，使OQB在一条直线上.③在AB距离的1/15处，作BO的平行线，交AO于O′，量出AO′的长度l.④AO′长度l的15倍就等于AO长度的测量值L.⑤测量AO长度的实际值L0.

AO′的

长度l（m）AO长度的

测量值L （cm）AO长度的

实际值L0 （cm）相对误差

|L-L0|L0×100%6.5环节五：交流评价

各小组分析测量误差的来源.

选择误差较小和较大的小组，在班级上汇报交流.

7进一步探究建议

7.1“文献查阅”类探究

围绕主题，从网络、图书馆、书店等查阅资料，并对资料进行加工整理，最后写成调研报告.

（1）古代是如何应用三角测距法测量地球周长的

（2）古代是如何应用三角测距法测量月地距离的

（3）古代是如何应用三角测距法测量日地距离的

（4）激光测距仪的几何学原理是什么

（5）有哪些方法可以测量月地距离

7.2“设计制作”类探究

应用光的直线传播原理，设计并制作一件装置，能够使用该装置测量或辅助测量距离.

（1）一种测量月地距离的辅助观察装置

（2）一种利用针孔相机测量距离的装置

（3）自制激光测距仪

8教学反思

8.1本节探究课的意义

本节探究课的教学仅涉及到“长度测量”和“光的直线传播原理”两个物理知识点，但探究问题从“天上到眼前”，真实鲜活，严谨规范，对刚接触物理学习的初二学生而言，是一次较好的有“物”有“理”的科学研究训练过程.课堂教学氛围活跃，思维碰撞频繁，呈现出探究课一片“热闹有趣”的景象.通过探究小组的组建、三角测距法的应用、测量过程中的分工与协作等一系列课堂学习环节，较为充分地体现了探究学习的自主性、探究性和合作性的课程特征.教师在选题、探究方法引导、探究器材供给和测量结果评价等方面，发挥了指导和组织的作用.

8.2实验设计的科学性

在“估测眼睛到窗户的距离”和“测量定点到旗杆的距离”2个测量活动的数据处理方法上，用比例放大的思想避开三角形相似比的关系，符合初二学生的数形认知规律.测量结果的误差较小，学生能够从多方面分析测量误差的来源.以下为一组测量数据与误差分析.

（1）“估测眼睛到窗户的距离”的一组测量数据与误差分析

眼睛到拇指的距离l（cm）28.5拇指的宽度d（cm）2.0窗户玻璃的宽度D（cm）43.5眼睛到窗户玻璃距离的估算值L（cm）619.9眼睛到窗户玻璃距离的实际值L0（cm）632.0相对误差1.9%产生误差的主要原因：

①由于眼睛接收光的表面是一个面，而不是一个点，会对测量眼睛到拇指的距离带来误差.

②由于手指各处宽度不同，会带来误差测量，且手指不在明视距离处，观察时手指边沿有些模糊.

③由于手指的抖动，会影响判断手指是否恰好挡住窗户玻璃.

（2）“测量定点到旗杆的距离”的测量数据与误差分析

AO′的

长度l（cm）AO长度的

测量值L （cm）AO长度的

实际值L0 （cm）相对误差11.9178.5179.50.6%产生误差的主要原因：

①作图误差，包括作平行线误差和刻度尺读数误差.

②判断旗杆及两枚大头针是否在一条线上存在误差.

8.3经历的探究过程要素

本节课设计为在课内开展探究活动，保证了“使用工具和搜集证据”、“处理数据和解释问题”、“表达与交流”3个探究过程要素的具体落实.但学习的开放性显得不够，在“制定计划”要素中学生的自主性不够，且缺少“提出问题”和“作出假设”要素.

在学生学习基础较好的情况下，本节探究课的设计可调整为课内、课外共同完成探究任务.探究要求、方法指导、交流评价等放在课内，“光的直线传播原理”应用对象、探究计划、测量操作等放在课外.这样一来，学生除了经历“实验探究”的探究学习类型外，还会经历“文献查阅”和“设计制作”的探究学习类型，本课题的探究活动就会全面和立体起来.

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