以《機(jī)械能守恒定律》為例談高中物理的教與學(xué)

蔣志華++++徐安美

【摘 要】 在物理教學(xué)過(guò)程中，我們的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神，知識(shí)只是解決這些能力問(wèn)題的載體，我們?cè)诮痰倪^(guò)程和學(xué)生學(xué)的過(guò)程中，我們都應(yīng)著眼知識(shí)背后的能力培養(yǎng)，讓學(xué)生在學(xué)的過(guò)程中增長(zhǎng)自己的智慧從而成就自己的智慧人生。

【關(guān) 鍵 詞】 物理教學(xué)；機(jī)械能守恒；高中

物理是一門(mén)思維性極強(qiáng)的學(xué)科，其最大的魅力和價(jià)值也體現(xiàn)在一些物理思想上。這也從本質(zhì)上決定了師生之間的教與學(xué)的核心內(nèi)容。在教學(xué)中我也希望我們教師以物理思想、物理方法的傳達(dá)、構(gòu)建、應(yīng)用為第一位，具體的知識(shí)、教材、試題、課堂都僅僅是載體而已。而作為物理這一極富思想性學(xué)科的授導(dǎo)者，我們本身也要有一定的思想高度，從深層次本質(zhì)上去解讀要授什么、怎么導(dǎo)的問(wèn)題。

下面僅以《機(jī)械能守恒定律》的教與學(xué)為例探討高中物理的教與學(xué)問(wèn)題。

一、教師的備要有智慧

（一）充分挖掘教材信息

呈現(xiàn)在我們面前的基本信息是《機(jī)械能守恒定律》內(nèi)容，這當(dāng)然是核心內(nèi)容，但還有大量信息容易被我們忽略，特別是青年教師。如第一段話“我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)……”體現(xiàn)了概念建立的最好途徑是在舊有的認(rèn)知基礎(chǔ)上去架構(gòu)。整個(gè)論證過(guò)程體現(xiàn)了物理規(guī)律建立的一般模式，“發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象─猜想結(jié)論─個(gè)案論證─般性論證─得出結(jié)論─形成理論”的歷程。最后對(duì)條件、范圍的闡釋本身也體現(xiàn)了辯證的思想，也有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去思考知識(shí)的內(nèi)涵和外延，而不是停留在知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶上。

（二）正確確立教學(xué)重點(diǎn)

在思考教學(xué)的重點(diǎn)這一問(wèn)題時(shí)不能絕對(duì)的、孤立地去看待它，而應(yīng)該放在整個(gè)章節(jié)中、整個(gè)力學(xué)中、整個(gè)高中物理中、甚至是整個(gè)物理學(xué)科中思考，同時(shí)還要兼顧所面對(duì)的學(xué)生的基礎(chǔ)情況、能力情況和發(fā)展需求上，還要思考所處的時(shí)間階段是高一新課、一輪復(fù)習(xí)、二輪復(fù)習(xí)等。

在新課教授中，通常更強(qiáng)化結(jié)論的理解上。如花較多的時(shí)間去補(bǔ)充和理解彈力做功對(duì)機(jī)械能的影響問(wèn)題，并且如果膚淺的理解教科書(shū)上的內(nèi)容有可能導(dǎo)致誤解和形成錯(cuò)誤認(rèn)知。而放眼在整個(gè)高中物理教學(xué)過(guò)程中，守恒思想的確立和根深蒂固比結(jié)論本身更為重要，在規(guī)律的認(rèn)識(shí)之初不是怎樣規(guī)范用的問(wèn)題而是怎樣在第一時(shí)間想到這一規(guī)律，并慢慢讓學(xué)生建立任何情形下都可以考慮是否可以從這一角度去思考的問(wèn)題。從教學(xué)的階段上看，新課中注重規(guī)律的形成和建立并從內(nèi)心深處去認(rèn)同它更為重要，至于一些注意事項(xiàng)，可以在進(jìn)一步的教學(xué)中逐漸去滲透，從而達(dá)到知識(shí)內(nèi)化的目的。若在后期的復(fù)習(xí)和鞏固中重點(diǎn)可以轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)確性、內(nèi)涵外延、怎樣應(yīng)用上去。

（三）知識(shí)的把握要精準(zhǔn)

以“機(jī)械能守恒定律”為例，具體內(nèi)容為“在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變”。

為了讓學(xué)生從思想深處去理解并認(rèn)識(shí)它，可以將內(nèi)容分層次或從多側(cè)面剖析給學(xué)生。如這句話反映了三個(gè)層次，首先是機(jī)械能總量不變即機(jī)械能守恒，這也是機(jī)械能守恒的本質(zhì)；其次是從能的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化角度看，只存在動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化；最后是思考在什么情況下才是只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，那就是只有重力做功。

由于學(xué)生第一次接觸機(jī)械能守恒，不能因追求嚴(yán)密而太過(guò)復(fù)雜，但畢竟不甚完整，可以引導(dǎo)學(xué)生思考。如機(jī)械能應(yīng)該包括彈性勢(shì)能，那如果有彈性勢(shì)能的參與又該如何呢？培養(yǎng)學(xué)生善于思考發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的習(xí)慣。

教師對(duì)這一結(jié)論的思考則要求是全方位的、深層次的，如是否是唯一表述、準(zhǔn)確表述，有哪些內(nèi)涵和外延等。筆者認(rèn)為可以從以下一些角度加以深化：

（1）描述中涉及勢(shì)能，必然是對(duì)系統(tǒng)而言，至少是物體和地球，但一般忽略了地球，原因是地球可以看成“靜止不動(dòng)”的物體，所以地球不涉及動(dòng)能，或者說(shuō)動(dòng)能不發(fā)生變化，勢(shì)能一般理解為物體的勢(shì)能，當(dāng)然忽視這一點(diǎn)不影響計(jì)算結(jié)果，但在邏輯上是不嚴(yán)密的，不一定給學(xué)生闡釋?zhuān)鳛榻處煈?yīng)該清楚。

（2）在上述情況中（除地球外單個(gè)物體），即可以考慮機(jī)械能守恒也可以考慮動(dòng)能定理。而機(jī)械能守恒定律的妙用更多地體現(xiàn)在除地球外兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體系構(gòu)成的系統(tǒng)情況下。

（3）對(duì)于由多個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)涉及到的力有不確定形式的外力F、重力、電磁力、相互間的彈力和摩擦力，不涉及分子層面力的問(wèn)題。而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，這就決定了不得不考慮這些力對(duì)研究系統(tǒng)機(jī)械能的影響問(wèn)題。所以才有條件“只有重力做功”。

（4）那么重力做功為什么獨(dú)立出來(lái)，而其他力做功又是怎樣影響的呢？這里要引入一個(gè)結(jié)論：一對(duì)內(nèi)力做功的代數(shù)和即W內(nèi)=FS相代表了一定量能量的轉(zhuǎn)化。而重力對(duì)物體做的功可以理解為這對(duì)重力做功的代數(shù)和（在第（1）點(diǎn)中有說(shuō)明），只是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化量度，是機(jī)械能內(nèi)部不同形式能量間的轉(zhuǎn)化，不改變系統(tǒng)的機(jī)械能總量。而如果有摩擦力則會(huì)存在與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題，如果有電場(chǎng)力則會(huì)存在與電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。

（5）如果相互接觸的物體是剛體（高中階段指非彈簧、橡皮繩），則之間的彈力做功代數(shù)和為零，不該系統(tǒng)的機(jī)械能，如果是彈簧且存在形變，則W彈≠0，卻表示系統(tǒng)其他形式能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化量度，故也不改變系統(tǒng)的機(jī)械能總量。

（6）如果存在靜摩擦力，同理不影響系統(tǒng)的機(jī)械能總量。但如果存在滑動(dòng)摩擦力，則Wf=fS相，表征了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分（注意單向性），故系統(tǒng)機(jī)械能減少。

（7）如果是電磁力，則存在與電勢(shì)能或磁場(chǎng)能之間的轉(zhuǎn)化（注意具備雙向性）。

（8）存在未知外力，則存在與外界未知形式的能量之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。

二、教師的導(dǎo)要能啟慧

如果教學(xué)只停留在教師講，學(xué)生聽(tīng)，教師演練，學(xué)生模仿，這樣的教學(xué)要想達(dá)到較好的效果是有很大困難的。我們要盡量做到學(xué)生先學(xué)后教，這里的先學(xué)還不能僅僅是停留在簡(jiǎn)單記憶，而應(yīng)該有較充分和較深層次的思考。怎樣解決學(xué)生的思維障礙，做到循序漸進(jìn)層層推進(jìn)？我們要講智慧。

如在《機(jī)械能守恒定律》中我們可以這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)：

1. 讓學(xué)生做一個(gè)滿(mǎn)足機(jī)械能守恒的小實(shí)驗(yàn)，如滾擺，初步體會(huì)動(dòng)能勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。

2. 舉幾個(gè)例子讓學(xué)生思考運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能的增減，引導(dǎo)有增有減時(shí)思考總量是否有可能不變。（建立守恒的意識(shí)）

3. 選一個(gè)便于操作的實(shí)例思考怎樣去論證我們的結(jié)論。（培養(yǎng)科學(xué)意識(shí)）

4. 舉幾個(gè)滿(mǎn)足機(jī)械能守恒的例子，思考他們的共性。（培養(yǎng)歸納總結(jié)能力）

5. 從只受重力過(guò)渡到只有重力做功。（培養(yǎng)思維的縝密性）

6. 如果有其他力做功會(huì)怎么樣？（建立批判的思想）

三、學(xué)生的學(xué)要能生慧

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要能感受到物理思維的精妙和樂(lè)趣，整個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程就是他們明辨概念，熟悉原理，精通方法靈活應(yīng)用的過(guò)程。如果在知識(shí)方法的建立過(guò)程效果還不太明顯，則應(yīng)增加應(yīng)用幫助其提高認(rèn)識(shí)。

總之，在物理教學(xué)過(guò)程中我們的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神，知識(shí)只是解決這些能力問(wèn)題的載體，我們?cè)诮痰倪^(guò)程和學(xué)生在學(xué)的過(guò)程中，我們都應(yīng)著眼知識(shí)背后的能力培養(yǎng)，讓學(xué)生在學(xué)的過(guò)程中增長(zhǎng)自己的智慧從而成就自己的智慧人生。

【參考文獻(xiàn)】

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