课程计划 | 主动学习方法 | 工作：非保守系统

前提： 此主动学习课程计划假设：课程时长为100分钟，学生预先完成了教材学习和项目开发初期的准备，并且在课程中仅选择一项活动（在三个建议中）进行，因为每项活动的设计都需要占用大部分课堂时间。

目标

时长: (5 - 10 minutes)

明确目标对于指导教师和学生在课程结束后达到预期要求至关重要。通过清晰设定目标，学生可以有的放矢地进行预习和课堂互动，最终实现预期的能力培养。同时，这一阶段也有助于实践活动和讨论环节紧密围绕教学目标展开。

目标 Utama:

1. 帮助学生学会计算非保守力（尤其是摩擦力）做的功，并理解其与动能变化之间的联系。

2. 培养学生解决涉及功计算和非保守力问题的能力，鼓励他们将物理概念与实际生活中的案例相结合。

目标 Tambahan:

1. 激发学生对不同解决方案的批判性思考，并在小组讨论中分享各自的见解，营造合作学习氛围。
2. 强化在物理计算中正确使用计量单位和保持精确度的重要性。

介绍

时长: (15 - 20 minutes)

引言部分旨在通过实际情境引导学生将已有知识应用到新问题中。通过提出引人入胜的问题，激发学生的好奇心，并为后续的实践活动奠定理论基础，同时展示非保守力研究在现实生活中的实际意义。

问题情境

1. 设想一辆充满好奇心的过山车小车，起初静止不动，但在非保守力（如摩擦力）的作用下开始运动。请计算当摩擦力使小车爬升到过山车最高点时所做的功，假定小车总质量为300千克。

2. 一位登山者在不同倾斜度的山路上下山。为了简化问题，他决定不直接计算下行总功，而是计算沿途摩擦力所做的功。如果他下行500米且摩擦系数为0.1，请问摩擦力做了多少功？

情境化

掌握功和非保守力的概念不仅是物理学学习的基础，也在日常生活和工程应用中发挥着重要作用。比如，了解摩擦力的影响有助于我们改进机器和车辆设计，减少能量损耗、提高使用效率。同时，这些知识还可以帮助工程师和专业人士在建筑、生物力学等领域中更好地预判和解决复杂问题。

发展

时长: (70 - 75 minutes)

发展阶段让学生在自主预习的基础上，通过实际操作和小组合作，将理论知识应用到真实或模拟的情境中。精心设计的活动旨在鼓励批判性思考、协作讨论，并帮助学生在解决复杂问题的过程中理性运用所学概念。

活动建议

建议仅进行建议活动中的一项

活动 1 - 挑战摩擦：小车竞速

> 时长: (60 - 70 minutes)

- 目标: 通过活动让学生理解非保守力（如摩擦力）做功的概念，并掌握在机械系统中如何有效降低摩擦影响的计算方法。

- 描述: 在这个活动中，学生将分组（小组人数不超过5人）合作设计并制作一个小车。小车需在一个倾斜轨道上尽可能行驶更远的距离，同时利用滑轮和配重系统施加恒定推力。活动的关键在于计算并尽可能降低摩擦力的影响，以最大化小车行驶距离。

- 说明:

• 将全班分为不超过5人的若干小组。

• 为每个小组提供一套材料，包括：一辆小型木制小车、滑轮、绳索、配重以及一段倾斜轨道。

• 各小组先计算摩擦力所做的功，并预测小车在轨道上可能行驶的距离。

• 之后，各小组动手制作小车并在轨道上进行测试，同时记录实际行驶距离。

• 测试结束后，每个小组展示他们的计算过程、测试结果，并讨论如何改进设计以降低摩擦、延长行驶距离。

活动 2 - 永动机之谜

> 时长: (60 - 70 minutes)

- 目标: 在动手制作模型的过程中，探索功和非保守力的原理，并讨论永动系统理论与实际应用之间的差异。

- 描述: 学生需要挑战设计一台利用非保守力（如摩擦力）产生连续运动的“永动机”模型。活动的目的在于深入理解能量守恒定律，并认识到理论与实际中功的局限性。

- 说明:

• 将全班分为不超过5人的若干小组。

• 为每个小组提供构造材料，如冰棍棒、橡皮筋、小轮子及配重。

• 各小组需要设计并制作一个能够利用非保守力实现连续运动的永动机模型。

• 要求学生计算系统中摩擦力所做的功，并讨论永动机在实际应用中存在的局限性。

• 最后，各小组展示他们的模型，讲解工作原理，并分享在研究非保守系统过程中获得的心得体会。

活动 3 - 动能寻宝游戏

> 时长: (60 - 70 minutes)

- 目标: 通过有趣、互动的游戏方式，加深学生对功和动能变化计算的理解，同时提升他们解决问题和团队协作的能力。

- 描述: 本活动通过一系列与功和动能计算相关的谜题和脑筋急转弯，让学生在趣味寻宝过程中逐步了解并应用动能的概念。每解开一道谜题，就能获得下一条线索，直至揭开最终展示机械系统模型中功与非保守力关系的完整谜底。

- 说明:

• 在教室内布置与功和动能计算相关的各种谜题与脑筋急转弯题目。

• 将班级分为不超过5人的若干小组，并向每组发放标有各个挑战地点的“寻宝图”。

• 学生需依次解决各项挑战，逐步“解锁”藏于各处的动能线索。

• 最后一道谜题的答案将指引学生构建一个机械系统模型，需要用到所学的物理概念。

• 每个小组展示他们的解题过程，并讨论所涉及的计算细节及模型所体现的原理。

反馈

时长: (15 - 20 minutes)

反馈阶段旨在通过反思与讨论巩固学生对所学概念的理解。小组讨论不仅帮助学生表达各自的见解，更促进他们在相互交流中深化对功和非保守力概念的认识，同时培养他们的沟通和辩证思考能力。

小组讨论

在小组讨论环节开始时，教师可建议各组简要分享他们在活动中获得的结果和主要体会。接着，教师通过提问，引导学生思考如何将不同的降摩擦方法或永动机设计方案应用于现实场景，从而进一步提升系统性能。同时，鼓励学生反思活动过程中遇到的理论与实践局限，以及它们与能量守恒原理之间的内在联系。

关键问题

1. 你们小组采取了哪些策略来降低摩擦对小车或永动机性能的影响？效果如何？

2. 如何利用功和非保守力的概念来改进现实系统的能效？

3. 在活动中遇到的理论或实际挑战有哪些？你们是如何一一克服的？

结论

时长: (5 - 10 minutes)

总结阶段的目标在于巩固本课所学，确保学生不仅理解核心概念，更能将理论与实际结合，并进一步认识到物理知识在现实世界中的广泛应用。

摘要

在课程最后阶段，教师应全面回顾功和非保守力的主要知识点，突出讨论摩擦力做功的计算及其与动能变化之间的关系。强调理论知识在实际问题中的应用价值十分关键。

理论联系

通过小车竞速以及永动机模型等实验和模拟活动，学生清楚地看到了理论与实际之间的紧密联系，这有助于他们更深入地理解和消化物理原理。

结尾

最后，教师应强调功和非保守力知识在日常生活与各类工程技术中的现实意义。认识到这一点，不仅能够帮助学生解释和预测物理现象，还对高效系统设计和技术创新具有重要指导作用，彰显了物理学习的真正价值。