● 教材分析
　　本節(jié)內(nèi)容是普通高中課程標準實驗教科書教科版《物理》必修2第二章第二節(jié)《勻速圓周運動的向心力和向心加速度》，本節(jié)課是第二課時。本節(jié)內(nèi)容安排在《圓周運動》、《分析勻速圓周運動的向心力來源》之后，是在學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習了從運動學(xué)角度描述圓周運動的基礎(chǔ)上，通過觀察、猜想、實驗探究、討論交流的學(xué)習方式，體驗了從動力學(xué)角度分析圓周運動的方法之后，利用已有的知識和方法探究影響向心力大小因素的一個范例。
　　本節(jié)是高中物理的關(guān)鍵內(nèi)容，也是本章圓周運動的重點和難點，學(xué)好這部分知識，既讓學(xué)生明白了牛頓運動定律同樣適用于分析曲線運動，又為以后學(xué)習天體運動和帶電粒子在勻強磁場中的運動打下了基礎(chǔ)。
　　● 學(xué)生分析
　　思維特點：高一學(xué)生認知發(fā)展階段的主要思維特點是在頭腦中可以把事物的形式和內(nèi)容分開，可以離開具體事物根據(jù)假設(shè)事件進行邏輯推演，能運用形式運算來解決諸如組合、排除及因素分析等邏輯課題。學(xué)生已經(jīng)具有一定的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；能夠與其他同學(xué)討論，流利地表達自己的思想和批判他人的觀點。
　　知識基礎(chǔ)：學(xué)生在前面幾節(jié)課的學(xué)習中知道勻速圓周運動是一種變速運動，結(jié)合直線運動和牛頓運動定律的知識，知道是向心力改變物體的這種運動狀態(tài)，并能針對一些簡單現(xiàn)象分析向心力的來源，但有些學(xué)生由于思維定勢容易認為向心力是一種新的力，因而本節(jié)課繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生正確理解向心力的來源和作用效果，并探究影響向心力大小的因素。
　　這一屆的學(xué)生從上高中開始就已經(jīng)接觸了傳感器，能夠正確使用力的傳感器和光電門；同時在信息技術(shù)課上學(xué)會了對數(shù)據(jù)進行分析、擬合的方法；又具備一定的數(shù)學(xué)知識，能夠通過圖像找出物理量間的函數(shù)關(guān)系，為自主探究提供了良好的條件。學(xué)生對探究活動的具體過程和應(yīng)用圖像探索規(guī)律的認識相對薄弱，因此，教師的指導(dǎo)是必要的。
　　● 教學(xué)目標
　　知識與能力目標：進一步理解向心力的概念，加深對向心力來源和作用效果的認識；知道向心力的大小與哪些因素有關(guān)，理解向心力的公式；初步學(xué)會利用傳感器探究影響向心力大小因素之間的定量關(guān)系；能嘗試運用向心力的公式解釋一些生活中的問題。
　　過程與方法目標：經(jīng)歷向心力大小的科學(xué)探究過程，認識科學(xué)探究的意義。
　　情感、態(tài)度與價值觀目標：發(fā)展對科學(xué)的好奇心和求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅；培養(yǎng)勇于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；培養(yǎng)團隊精神。
　　● 教學(xué)重、難點
　　重點：進一步理解向心力的概念，加深對向心力來源和作用效果的認識。
　　難點：用控制變量法探究影響向心力大小的因素。
　　● 教學(xué)環(huán)境與技術(shù)準備
　　環(huán)境：多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)、朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器、DIS實驗室軟件、實物投影、交互式電子白板。
　　實驗器材：J2130向心力演示儀、力傳感器、光電門、朗威向心力實驗器、天平等。
　　● 教學(xué)過程
　　1.創(chuàng)設(shè)問題情境，揭示課題
　　教師播放視頻：F1方程式賽車拐彎時的不同場景。
　　師：你們能描述現(xiàn)象并加以解釋嗎？
　　生：賽車在靜摩擦力作用下做水平面的圓周運動，隨著速度的增大，向心力增大，當靜摩擦力不足以提供所需的向心力時賽車脫離軌道。
　　師：請大家猜想向心力大小到底與哪些因素有關(guān)呢？
　　2.溫故知新
　　教師介紹J2130向心力演示儀的構(gòu)造，并讓學(xué)生明白演示儀的原理。一名學(xué)生動手演示，教師引導(dǎo)，學(xué)生通過實物投影觀看，分析找出影響向心力大小的因素。師生總結(jié)。
　　3.新課講解
　　師：通過剛才的實驗我們找出了影響向心力大小的因素，卻不能找出它們之間的定量關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器已經(jīng)進入了我們的課堂（通過實物投影展示），本節(jié)課我們就利用力傳感器和光電門來探究影響向心力大小的因素。
　　教師結(jié)合實物投影和圖片介紹力傳感器和光電門傳感器（如圖1）。
　　
　　學(xué)生分組討論利用實驗臺上現(xiàn)有的儀器設(shè)計探究的實驗方案（如圖2）。教師巡視指導(dǎo)。
　　
　　學(xué)生代表利用實物投影展示實驗裝置（如圖3）；利用電子白板分析實驗原理，找出需要測量的物理量及所需的實驗儀器，簡單寫出實驗步驟。
　　
　　生：采用控制變量的方法——保證物體質(zhì)量和半徑不變的情況下，探究向心力和角速度的關(guān)系；保證質(zhì)量和角速度不變的情況下，探究向心力和半徑的關(guān)系；保證半徑和角速度不變的情況下，探究向心力和質(zhì)量的關(guān)系。
　　需要測量的是：物體做圓周運動的半徑可以從光滑槽中的標尺讀出來（紅線即為砝碼的質(zhì)心位置），砝碼的質(zhì)量可以用天平測出，擋光桿的直徑利用游標卡尺測出，力的大小、擋光時間由傳感器顯示。
　　教師給予適當評價并總結(jié)：①力傳感器：垂直連桿的一端與力傳感器相連，另一端掛在旋臂中心的等臂杠桿上，轉(zhuǎn)動旋臂，水平連桿應(yīng)牽拉等臂杠桿并將作用力傳至垂直連桿，垂直連桿繞其軸心轉(zhuǎn)動，并將力作用在力傳感器上。②光電門傳感器：當擋光桿很小時，其直徑與時間的比值即可認為是擋光桿通過此位置時的線速度大小，測得擋光桿到轉(zhuǎn)軸中心的距離即可求出其角速度，也是砝碼繞軸運動的角速度。注意：點擊“開始記錄”，保持旋臂靜止不動，對傳感器進行軟件“調(diào)零”。③進一步明確各個物理量的測量方法，利用控制變量法探究F與m、ω、r定量關(guān)系。
　　學(xué)生依據(jù)此方案進行分組實驗探究并得出結(jié)論。教師巡視、指導(dǎo)。
　　學(xué)生代表利用多媒體網(wǎng)絡(luò)展示數(shù)據(jù)及分析結(jié)果。
　　生1：保持m和r一定，隨著旋臂轉(zhuǎn)速逐漸減慢，軟件窗口上方的坐標系內(nèi)將顯示自右上方至左下方分布的一組F—ω數(shù)據(jù)點，點擊“停止記錄”，對數(shù)據(jù)點進行分析。分別點擊“一次擬合”、“二次擬合”、“三次擬合”，得出三條擬合圖線。觀察可見，二次擬合圖線（過原點）與數(shù)據(jù)點的分布非常接近，可判斷F—ω之間是二次方關(guān)系，即F與ω2成正比（如下頁圖4）。
　　
　　生2：我們組在實驗的過程中記錄了同質(zhì)量的物體在四個不同半徑的情況下F—ω的數(shù)據(jù)點，分別對這四種情況進行二次擬合，得出四條圖線（如下頁圖5）。然后選取同一角速度下的四個點，保證了物體m和ω一定，探究F與r的關(guān)系，通過對F—R圖像的擬合發(fā)現(xiàn)一次擬合與數(shù)據(jù)點的分布非常接近，可判斷F—r之間是正比的（如圖6）。
　　生3：我們組在實驗的過程中記錄了不同質(zhì)量的物體在相同半徑的情況下F—ω的數(shù)據(jù)點，對這三種情況進行二次擬合，得出三條F—ω的擬合圖線（如圖7）。然后選取同一角速度下的三個點（即保證了物體r和ω一定），探究F與m的關(guān)系，通過對F—m圖像的擬合發(fā)現(xiàn)一次擬合與數(shù)據(jù)點的分布非常接近，可判斷F—m之間是正比的（如圖8）。
　　學(xué)生得出結(jié)論。教師給予適當評價。
　　4.拓展提高
　　師：在實際生活中有很多圓周運動的例子，我們知道了圓周運動的知識和向心力的決定因素就可以分析有關(guān)現(xiàn)象了。
　　學(xué)生觀看視頻：魔盤游戲，解釋現(xiàn)象（如圖9）。
　　5.作業(yè)
　　研究課題：實驗臺上還放有鐵架臺、小球，你能利用這些儀器探究小球在豎直平面內(nèi)做擺動時，在最低點的向心力F和擺球質(zhì)量m、圓運動半徑r、最低點速度v之間的定量關(guān)系嗎？把實驗方案上傳校園網(wǎng)物理作業(yè)文件夾上。
　　● 教學(xué)反思
　　本教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施落實了高中物理的目標要求，體現(xiàn)了新課程的精神：以創(chuàng)設(shè)問題情境為切入點，以觀察實驗（事實）為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力為核心，以提升學(xué)生探究能力為重點。
　　1.信息技術(shù)的有效運用
　?。?）傳統(tǒng)儀器和DIS傳感器的有機結(jié)合
　　物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，而實驗又是獲得直接經(jīng)驗的重要途徑，因此我利用傳統(tǒng)的J2130向心力演示儀作為創(chuàng)設(shè)探究問題的平臺，引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法猜想影響向心力大小的因素，先讓學(xué)生直觀體驗、親身感受，獲得感性認識。這樣做充分體現(xiàn)了傳統(tǒng)實驗的優(yōu)點：實驗現(xiàn)象很直觀，物理意義體現(xiàn)得比較充分，學(xué)生容易接受。
　　
　　但是傳統(tǒng)的實驗無法定量研究物理量之間的關(guān)系，解決不了瞬時性問題。而傳感器正好解決了這一難題。學(xué)生利用現(xiàn)代實驗方法DISLab向心力實驗器通過力傳感器測量向心力，角速度通過光電門進行測量，并將這些實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在F—ω坐標系中。這充分體現(xiàn)了信息技術(shù)的優(yōu)越性：能對實驗數(shù)據(jù)進行快速處理，能采用多種方式報告實驗結(jié)果，能對實驗教學(xué)起到輔助觀察、輔助分析、輔助講解、輔助探索的作用。
　　二者的有機結(jié)合，使學(xué)生從問題的感性認識上升到理性認識，從對問題的定性了解上升到定量研究，對要研究的問題有了更深入的理解。自然界的物質(zhì)是無言的，實驗實現(xiàn)了人與自然的對話，對話中物質(zhì)做出回答，從中學(xué)生收集信息，經(jīng)過整理和歸納發(fā)現(xiàn)自然界物質(zhì)運動的規(guī)律，在這種環(huán)境中使學(xué)生逐步樹立辯證唯物主義世界觀。
　?。?）電子白板和實物投影的綜合利用
　　學(xué)生代表用實物投影展示本組的實驗裝置，利用電子白板展示實驗方案，用計算機展示探究結(jié)果，首先節(jié)省時間；其次提供了一個師生、生生交流的平臺，教師可以直接在電子白板上加以評價和適當強調(diào)，能及時把這一富有挑戰(zhàn)性的探究結(jié)果反饋給每一個學(xué)生，使學(xué)生在推測、判斷中獲取真知，真正營造一個寬松、和諧、探究的教學(xué)氛圍。
　?。?）多媒體網(wǎng)絡(luò)的使用
　　在多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行全班性的展示交流，展示學(xué)生的實驗設(shè)計和實驗成果，展示游樂場中的魔盤游戲。學(xué)生進行展示時，對自己的設(shè)計和驗證進行解釋和說明，同時接受其他同學(xué)的提問。學(xué)生在交流中開闊思維，拓展了視野，受到了很大的啟發(fā)，有利于思維能力的培養(yǎng)和提升科學(xué)探究能力，同時優(yōu)化了課堂教學(xué)。
　　這種信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的環(huán)境，能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自信心和創(chuàng)新意識，增強學(xué)生的成就感和信息意識，使學(xué)生獲得終身學(xué)習的能力。
　　2.教師感悟
　?。?）教師角色的轉(zhuǎn)變
　　在信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的環(huán)境下，教師的角色發(fā)生了變化：進一步突出了教師服務(wù)者的角色，教師要整理、提供各種教育資源，要設(shè)計學(xué)習任務(wù)，為不同的學(xué)生提供選擇；教師由課堂的絕對領(lǐng)導(dǎo)者變成了幫助學(xué)生探索新知識、使學(xué)生獲得有效學(xué)習方法的組織者、引導(dǎo)者；由單一的面授轉(zhuǎn)化為幕前和幕后的指導(dǎo)者。
　?。?）促進教師專業(yè)成長
　　在教學(xué)中要使信息技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程有機結(jié)合，與學(xué)生的發(fā)展需求有機結(jié)合，除了對教師的教學(xué)理念提出要求之外，對教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力也提出了更高要求，因此信息素養(yǎng)已經(jīng)成為教師基本功之一。通過整合的實踐研究，教師的信息素養(yǎng)不斷加強，運用信息技術(shù)工具的能力不斷提高，有效地促進教師的專業(yè)成長。
　　
　　點評
　　在《探究影響向心力大小的因素》的教學(xué)中，教師重點引導(dǎo)學(xué)生借助傳統(tǒng)實驗儀器（如J2130向心力實驗儀等）和以數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）為核心的現(xiàn)代實驗技術(shù)相結(jié)合的實驗設(shè)備（如DISLab向心力實驗器、力傳感器、光電門、計算機及相應(yīng)處理軟件等），精心設(shè)計實驗方案、深入體驗實驗過程、分析處理實驗數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)影響向心力大小的因素，并得出向心力與各因素的定量關(guān)系，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的研究能力。數(shù)字化信息系統(tǒng)的應(yīng)用充分體現(xiàn)了信息技術(shù)在物理實驗教學(xué)中的優(yōu)越性，它解決傳統(tǒng)實驗中瞬時性關(guān)系的確定問題，使定量研究各物理量之間的關(guān)系成為可能，更起到了“對實驗數(shù)據(jù)進行快速處理，能采用多種方式報告實驗結(jié)果，能對實驗教學(xué)起到輔助觀察、輔助分析、輔助講解、輔助探索的作用”，催化了“使學(xué)生從對問題的感性認識上升到理性認識，從對問題的定性了解上升到定量研究”的實現(xiàn)過程，學(xué)生的研究能力在體驗中得到了培養(yǎng)與提升。同時，交互式電子白板以及視頻展示臺的運用使得內(nèi)容呈現(xiàn)、師生互動、學(xué)習反饋更為快捷方便，教學(xué)引導(dǎo)思路更為明確，教學(xué)重點更為突出，讓課堂生成更加靈活而有效。說到底，本堂課重在創(chuàng)設(shè)一個數(shù)字化的學(xué)習環(huán)境，讓“深度的物理探究”成為可能，優(yōu)化了教學(xué)目標的達成。