“力学单位制”的活动探究式教学设计

摘 要：古语有云：“授人以鱼不如授人以渔”。文章以“力学单位制”的活动教学设计为例，谈谈如何通过创设生活化和富于探究性的活动情境，以情激趣，开展活动探究式教学，达到概念建构自然生动，不断提升学生的自主探究能力和发散性思维能力。

关键词：活动；探究；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）3-0077-4

1 设计思想

在新课程改革背景下，如何提升学生的自主探究能力和发散性思维能力成为广大一线教师共同面对的挑战。通过对“力学单位制”教学内容的分析，笔者将本节课的教学过程分为“单位制概念的建构”“对国际单位制的认识”“国际单位制的运用”三个课堂活动，以及一个课外活动——探究“国际单位制的沿革历史”。基于新《课程标准》，根据各活动内容的特点，分别运用合理组织教学资源、创设富有探究性的情境，激发学生的探索热情，努力提升学生的自主探究能力和发散性思维能力。

2 教材分析

本节以前的教材内容已经介绍了大量的力学量和单位，明确了这些力学量之间的物理规律，在教材中起到了很好的衔接作用。通过单位制的建构过程使学生了解物理关系，确定物理量之间的单位关系，加深对单位规定的认识；通过国际单位制的学习，认识单位统一的必要性；通过国际单位制在物理计算和公式检验中的两个具体应用，进一步拓展学生分析解决实际问题的能力。

3 学情分析

学生大脑中已经储存了大量的物理量以及对应的单位；知道这些物理量之间存在的关系，但对物理单位的认识是零碎的；对物理量单位的规定较为困惑。

4 教学目的

（1）能识别基本量、基本单位、导出单位，了解单位制；

（2）知道国际单位制以及国际单位制中三个力学基本单位；

（3）认识国际单位制在物理计算和公式检验中的应用。

5 教学重点

基本单位、导出单位、单位制；国际单位制中的三个力学基本单位；国际单位制的应用。

6 教学难点

基本单位、导出单位、单位制概念的建构。

7 教学方法

本课以活动探究为主，配以导学单，结合问题法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。

本节课流程设计：开门见山—创设情境—学生探究—分析归纳—得出结论—应用拓展。

教学中通过设计环环相扣的问题情境，把复杂抽象的概念形象化，以便于学生思考分析。

8 活动过程

活动一：建构单位制的概念。

新课引入：（开门见山）本节课学习第四章第四节《力学单位制》。

【思考与讨论】

（1）回顾本学期所学知识，说一说已经学过哪些物理量？它们的单位分别是什么？

时间（s）、时刻（s）、位移（m）、路程（m）、速度（m/s）、加速度（m/s2）、质量（kg）、力（N）。

（2）试写出下列各小题详细的求解过程，找一找这些物理量及其单位之间存在怎样的关系？

①一物体做匀速运动，在4 s通过了200 m的位移，其速度是多少？

v= = =50 m/s

②一物體做匀加速直线运动，在3 s内速度由2 m/s增加到8 m/s，其加速度是多少？

a= = =2 m/s

③一质量为3 kg的物体以3 m/s2的加速度做匀加速直线运动，其合外力是多大？

F=ma=3 kg·3 m/s2=9 kg·m/s2=9 N

由此可见，物理学的关系式在确定了物理量之间关系的同时，也确定了物理量单位间的关系。

仔细观察这几个由物理学关系式推导出的物理量的单位，如：速度（m/s）、加速度（m/s2）、力（kg·m/s2=N）。我们不难发现，它们都是由几个相互独立的单位按一定的规律组合起来的。几个独立的单位，如：时间（s）、长度（m）、质量（kg）。

定义“基本单位”“导出单位”。可见，只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量，基本量的单位叫做基本单位。由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位，叫做导出单位。

定义“单位制”： 基本单位和导出单位一起组成单位制。

活动一的教学设计：通过先和学生回顾零碎的“已学单位”，引导学生讨论让原先孤立、无序的单位变得有联系且有序，引导学生在自主找关系和排序中发现，一部分物理量的单位是孤立的，其他量的单位可以通过前面几个相互独立的单位由公式推导得到。对教材进行深度二次开发，提高了课堂教学的有效性。

活动二：补充与讨论，认识国际单位制及其意义。

【补充与讨论】

（1）米是长度的唯一单位吗？若不是，说一说生活中还有哪些常见的单位。

千米、厘米、分米、毫米、微米、纳米、公里、英里、尺、英尺、寸、英寸，等等。同学们当然还可以用你的1掌宽来表示长度单位。

（2）“说一说”质量的其他常见单位。

克、斤、两，等等。

（3）“说一说”时间的其他常见单位。

小时、分钟、天、年，等等。同学们当然还可以用自己脉搏跳动的间隔表示时间的单位。

（4）一辆匀速行驶的汽车：①若在10 s内通过200 m的位移，其速度为多少？② 若在1小时内通过72 km的位移，其速度为多少？（写出详细的求解过程）

解：①v= = =20 m/s

②v= = =72 km/h

归纳总结：即使选定相同的基本量，如果采用的基本单位不同，由基本单位依据公式推导出的单位自然也随之不同（比如：选定位移和时间为基本量，当它们的单位分别采用米、秒和千米、小时，依据位移与时间的比值关系推导出的单位分别为米每秒、千米每小时），从而产生不同的单位制。如中国古代单位制、英制、米制等等，它们在历史发展进程中，在特定的区域内对社会的发展和人们的交流做出巨大的贡献。但在世界全球化的进程中，随着世界化进程的加剧，带有明显区域特征的单位制逐渐成为世界民族融合和交流的障碍，为了便于交流，比较量值的大小，有必要制定统一的国际标准，国际通用的单位制应运而生，叫做“国际单位制”。

定义“国际单位制”：1960年第11届国际计量大会制定了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫做国际单位。简称SI 。

（5）阅读教材第5段，说一说国际单位制中选定的三个力学基本量和它们的基本单位分别是什么？其余四个基本量和它们的基本单位分别是什么？

国际单位制中选定的三个力学基本量和它们的基本单位（如表1所示）；其余四个基本量和它们的基本单位（如表2所示）。

要注意物理量与物理单位之区别，切不可将两者混淆起来。如力学中的基本量指的是“长度、质量、时间”，而不是“米、千克、秒”（国际单位）。

活动二教学设计：设计生活情景，引导学生举例说明生活中长度还有哪些常用单位，进一步引导学生分析质量、时间的常用单位。还可以引导学生找“自带的单位”，在讨论交流中引导学生发现有指定统一标准的需要，单位制的混乱给区域、国家、世界交流带来障碍。在世界全球化的进程中，为了便于国际交流，需要制定国际通用的标准，由此很自然地引出“国际单位制”。笔者旨在以統筹安排课内、外的教学内容实施有效教学。

活动三：展示与讨论，体验国际单位制的应用意义。

【展示与讨论】

（1）自主完成下面的例题，认识单位制在物理计算中的作用，并正确使用国际单位制单位。

例题 光滑水平面上有一个静止的物体，质量是7 kg，在14 N的水平恒力作用下开始运动。

①物体的加速度是多大？

②5 s末的速度是多大？

③5 s内的位移是多少？

归纳总结：在进行物理运算的过程中，若所有物理量均采用国际单位制中的单位，则可省略单位运算，只进行数值运算，只在数值后面写上待求量的正确单位即可，从而简化运算过程（如图1所示）。

（2）通过小组合作探究80页的“说一说”，理解“根据物理量的单位可查出推导表达式及印刷公式中的错误”。

“说一说”中小刚在课余制作中需要计算圆锥的体积（如图2所示）。他从一本书中查得圆锥体积的计算公式为V= πR3h。小红说，从单位关系上看，这个公式肯定是错误的。她的根据是什么？

生：体积的单位为m3，而根据物理量公式V= πR3h的运算单位为m4，显然这个公式是错误的。

图2 圆锥体

师：根据物理量的单位可查出推导表达式及印刷公式中的错误。

活动三教学设计：充分利用教材资源，教材中的两个应用实例设计得很好，难度不大，放手让学生自主合作探究，学生自己去感受单位制在物理计算和公式检验中的应用，对于相对浅显的知识放手由学生自主合作探究，在学生的自主探究能力得到不断发展的同时节省了宝贵的教学时间。

★【课外延展】 探究“国际单位制的沿革历史”

请同学们课后通过上网或者到图书馆查阅收集资料，探究“国际单位制的沿革历史”。

问题1：社会在发展，国际单位制是怎么建立的？

问题2：国际单位制中七个基本单位的标准分别是什么？

问题3：这么多年又是如何发展的？

课外延展教学设计：教材中对于“为什么要建立国际单位制”，仅用一句话来说明。单位制的统一有其特定文化价值背景，而这些都不应由教师灌输给学生。因此，通过课外探究以话题讨论和资料收集的形式将学习向课外延展，让学生自主查找和发现，弥补教材的留白。学生通过自主查阅资料后发现，国际单位制的制定并非一朝一夕完成，是应生活和发展的需要不断深化的，正如知识的学习，应一步一个脚印，逐步深化下去。

板书设计（如图3所示）。

参考文献：

[1]胡东芳，孙军业.困惑及其超越——解读创新教育[M].福州：福建教育出版社，2001.

[2]刘德华. 触动课堂教学的灵魂——物理活动教学设计的几个原则[J].物理教学探讨， 2013，31（9）：12-13.

[3]郭炎军.谈中学物理课堂教学设计——观第十一届全国中学物理青年教师教学大赛有感[J].物理教学探讨，2015，33（2）：1-3.

（栏目编辑 邓 磊）