丁宏偉

摘要：概念教學(xué)要關(guān)注的是三個(gè)方面：是什么、為什么、什么應(yīng)用.要做到這三點(diǎn)，必須讓學(xué)生在具體情境中主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，體會(huì)內(nèi)涵.

關(guān)鍵詞：情境；功

普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（實(shí)驗(yàn)）明確指出：科學(xué)始于觀察，思維源于問(wèn)題，在講解物理概念、原理和規(guī)律時(shí)，應(yīng)從觀察和問(wèn)題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生展開想象的翅膀，提出各種可供檢驗(yàn)的猜想和假說(shuō)，再經(jīng)過(guò)分析和驗(yàn)證，直到問(wèn)題的解決.可見，有效問(wèn)題的提出對(duì)科學(xué)研究及教學(xué)的重要性.南京市教研員楊震云老師關(guān)于引領(lǐng)學(xué)生自主建構(gòu)認(rèn)知的論述中指出：“要想獲得有意義的知識(shí)，應(yīng)該將學(xué)生置身于問(wèn)題情境中，對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)性建構(gòu)，揭示真實(shí)情境在學(xué)習(xí)中的內(nèi)在意義，以促進(jìn)知識(shí)的遷移.”這告訴我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)將“知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題情境化”，學(xué)生在探究過(guò)程中逐漸發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，從而形成知識(shí)，生成能力.下面筆者以《功》的教學(xué)為例談?wù)勅绾巫專骸皢?wèn)題在情境中呈現(xiàn)，目標(biāo)在過(guò)程中達(dá)成”.

一、教學(xué)目標(biāo)

1借助實(shí)驗(yàn)的觀察和啟示，學(xué)生能準(zhǔn)確舉例說(shuō)明功是能量轉(zhuǎn)化的量度；

2借助具體情境，學(xué)生通過(guò)觀察和思考能得出引入功的必要性；

3通過(guò)觀察和實(shí)例分析，學(xué)生在討論與交流中能準(zhǔn)確說(shuō)出力做功的兩個(gè)因素，并能在具體的情境中快速判斷某個(gè)力對(duì)物體是否做功；

4借助力與位移的方向相同與不同的兩種情景，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下能獨(dú)立推導(dǎo)功的公式；

5讓學(xué)生用功的公式求解實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生在交流與合作中能發(fā)現(xiàn)功的標(biāo)矢性，能準(zhǔn)確說(shuō)出功的公式的用法、公式含義、區(qū)分正、負(fù)的意義、總功的求解方法.

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

【創(chuàng)設(shè)情境】

情境1：重物從高處落到報(bào)紙上，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

情境2：水平彈簧拉重物，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

問(wèn)題：兩個(gè)情境中，分別有哪些力做功？能量是如何轉(zhuǎn)化的？

情境3：PPT呈現(xiàn)閱讀材料：“功的概念溯源：功的概念來(lái)源于早期的工業(yè)發(fā)展，工程師們?yōu)楹饬繖C(jī)械的功效，而把物體的重量與路程的乘積作為量度.卡諾（S Carnest）把這個(gè)量稱為‘作用矩.1820年，法國(guó)科學(xué)家科里奧利（Coriolis）把這個(gè)量稱為‘功，并定義為‘力和力的作用點(diǎn)的位移的乘積，這樣功的概念就進(jìn)入物理學(xué).”

【歸納1】

1通過(guò)力做功才能實(shí)現(xiàn)不同形式的能量轉(zhuǎn)化，做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程.

2要研究能的問(wèn)題，研究做功是重要的途徑.

【設(shè)計(jì)意圖】如何引入“功”的必要性？筆者通過(guò)對(duì)具體情境1、2的呈現(xiàn)及對(duì)問(wèn)題的分析和討論，學(xué)生能明白“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”，從而也清楚地意識(shí)到“功”提出的必要性；通過(guò)對(duì)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)能讓學(xué)生了解“功”提出的背景及意義.此設(shè)計(jì)既符合學(xué)科邏輯和學(xué)科思想，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.學(xué)習(xí)目標(biāo)在過(guò)程中能夠很好地達(dá)成.

【問(wèn)題1】怎樣衡量一個(gè)力是否做功呢？請(qǐng)你分別舉出做功和不做功的例子.

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生已在初中接觸過(guò)“功”，也簡(jiǎn)單了解“功”的兩個(gè)要素，根據(jù)學(xué)生的前概念結(jié)合理論聯(lián)系實(shí)際，提出問(wèn)題，讓學(xué)生邊回憶，邊尋找生活中的實(shí)例，從實(shí)例中有可能暴露學(xué)生對(duì)“功”的要素的錯(cuò)誤理解.教師及時(shí)糾正，引出“功”的概念.

【歸納2】（PPT投影）

1功的定義：物體受到力的作用，并沿力的方向發(fā)生一段位移，則該力對(duì)物體做了功.

2做功的兩個(gè)必要因素：（1）作用在物體上的力；（2）物體在力的方向上發(fā)生一段位移.

【理論聯(lián)系實(shí)際】視頻播放廖輝舉重過(guò)程，思考兩個(gè)問(wèn)題：

【設(shè)計(jì)意圖】在生產(chǎn)和生活中，力做功無(wú)處不在，但并不是有力就有功或有位移就有功.通過(guò)視頻呈現(xiàn)，既要學(xué)生能感受運(yùn)動(dòng)員廖輝奪冠的喜悅，又能體會(huì)在運(yùn)動(dòng)中如何判斷力做功.

【探究功的公式】

【問(wèn)題2】如圖2所示，怎樣計(jì)算力做了多少功呢？

【追問(wèn)1】物體的重力和地面對(duì)物體的支持力分別做了多少功呢？

【追問(wèn)2】如圖3所示，如果力F與位移l夾角為α，怎樣計(jì)算力做了多少功呢？

【追問(wèn)3】你還有其它方法嗎？

【設(shè)計(jì)意圖】在探究“功”的公式，筆者采用一個(gè)問(wèn)題加三個(gè)追問(wèn).先給出最簡(jiǎn)單、核心的物理情境，由學(xué)生自主得出W=Fl.通過(guò)追問(wèn)1再次回到“功”的二個(gè)要素，這是為推導(dǎo)“功”的一般式做鋪墊.追問(wèn)2中給出情境，學(xué)生在前面的鋪墊下能自主提出解決方案，從而順利得到“功”的一般式.在得到公式后學(xué)生的思維處于一種非常活躍的狀態(tài)，此時(shí)順勢(shì)提出追問(wèn)3，學(xué)生自我意識(shí)到既然能分解力就可以分解位移，一個(gè)是沿著力的方向，另一個(gè)是垂直于力的方向.而只有沿著力的方向上的位移才有力做功，從而實(shí)現(xiàn)了從不同角度看待功的公式，既訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散思維，又讓學(xué)生自主體驗(yàn)知識(shí)的形成過(guò)程，真正理解概念的本質(zhì).此意圖也體現(xiàn)了從特殊到一般、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的科學(xué)的研究方法.

【歸納3】（PPT投影）

1內(nèi)容：力對(duì)物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角余弦這三者的乘積.

2公式：W=Flcosα

3單位：國(guó)際單位：焦耳（焦）符號(hào)：J1 J=1 N · m

【設(shè)計(jì)意圖】歸納3主要是通過(guò)PPT呈現(xiàn)出來(lái)，理由如下：1是及時(shí)總結(jié)所學(xué)知識(shí)；2是讓學(xué)生在書上留白處寫一寫、記一記，方便再次復(fù)習(xí).后面的歸納都有此目的.

【功的公式的應(yīng)用與理解】

思考1運(yùn)動(dòng)員用50N的力踢出足球，足球向前滾動(dòng)40m，運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球做了多少功？

思考2如圖4所示，比較以下兩種情景下的同一力F對(duì)物體做的功情況？

思考3如圖5所示物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移x，分別計(jì)算這三種情形下力F對(duì)物體做的功.設(shè)這三種情形下力F和位移x的大小都是一樣的，F(xiàn)=10N，x=2m，角θ的大小如圖所示.

【設(shè)計(jì)意圖】在概念學(xué)習(xí)時(shí)，我們要關(guān)注概念的內(nèi)涵和外延.對(duì)此問(wèn)題，筆者采用3個(gè)情境，在情境中生成3個(gè)問(wèn)題，能夠解決問(wèn)題就能夠理解功的本質(zhì)了.思考1是采用“以錯(cuò)防錯(cuò)”的方式，讓學(xué)生在自省中反思公式中的“l(fā)”.思考2是采用“欲擒故縱”的提問(wèn)方式，讓學(xué)生提出自己觀點(diǎn)、暴露問(wèn)題、合作交流直至最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo).思考3是先讓學(xué)生自己計(jì)算，三人上前板演，學(xué)生自主交流、評(píng)價(jià)，最終讓學(xué)生深刻理解角度.思考3能讓學(xué)生去除物理學(xué)習(xí)中生搬硬套公式的陋習(xí)，另外也引出正、負(fù)功概念.實(shí)踐證明，通過(guò)三個(gè)思考進(jìn)行課堂教學(xué)，可以讓學(xué)生深刻理解功的公式.

【歸納4】（PPT投影）

α的取值cosαW示意圖

α=0°1W=Fl

0°<α<90°>0W>0

α=90°0W=0

90°<α<180°<0W<0

α=180°-1W=-Fl

【問(wèn)題3】力對(duì)物體做正功或負(fù)功時(shí)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)有什么意義呢？

【思考4】一重為20N的小球，被豎直向上拋出，小球向上運(yùn)動(dòng)的最大高度為5m后又返回至起點(diǎn)，問(wèn)：

（1）上升過(guò)程中，小球的重力做了多少功？

（2）下落過(guò)程中，小球的重力做了多少功？

（3）上升過(guò)程中，小球克服重力做了多少功？

【設(shè)計(jì)意圖】正、負(fù)功的存在是可以讓學(xué)生接受的，但其意義是比較難以理解的，故筆者先拋出問(wèn)題，后給出具體情境，在情境中呈現(xiàn)具體問(wèn)題，讓學(xué)生感受正、負(fù)功對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的意義.而對(duì)于力對(duì)物體做功的另一種表述方式筆者認(rèn)為不必繞彎子，直接給出，這也符合學(xué)生的生活感受和認(rèn)知規(guī)律.

【歸納5】（PPT投影）

1某力對(duì)物體做負(fù)功，往往說(shuō)成“物體克服某力做功”（取絕對(duì)值）.這兩種說(shuō)法的意義是等同的.

2正負(fù)功的意義

正功：促進(jìn)物體運(yùn)動(dòng)，是動(dòng)力

負(fù)功：阻礙物體運(yùn)動(dòng)，是阻力

【思考5】如圖6所示，在光滑水平面上，物體受到兩個(gè)沿水平方向、互相垂直的大小分別為3N和4N的恒力的作用，從靜止開始運(yùn)動(dòng)5m.（cos37°=08，cos53°=06）

求：（1）每個(gè)力做的功？（2）合力做的總功？

【歸納6】（PPT投影）

1功是標(biāo)量、遵循標(biāo)量運(yùn)算法則

2合力做功（總功）的求法

方法1：求出各個(gè)力所做的功，則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和.即：W總=W1+W2+…+Wn

方法2：先求出各個(gè)力的合力，則總功等于合力所做的功.W總=F合l cosα

【設(shè)計(jì)意圖】前蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說(shuō)：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者，而在兒童的精神世界中，這種需要特別強(qiáng)烈.但如果不向這種需求提供養(yǎng)料，即不積極接觸事實(shí)和現(xiàn)象，缺乏認(rèn)識(shí)的樂趣，這種需求就會(huì)逐漸消失，求知興趣也與之一道熄滅”.功是標(biāo)量是本節(jié)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，若直接給出，學(xué)生不能進(jìn)行新舊知識(shí)的構(gòu)建，形成的知識(shí)也只能是暫時(shí)性記憶.學(xué)生即使接受功是標(biāo)量這一認(rèn)知，但在知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系上有缺失，也會(huì)讓學(xué)生失去發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成知識(shí)的機(jī)會(huì)，也就失去學(xué)習(xí)的樂趣.所以，功是標(biāo)量的教學(xué)應(yīng)該是創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，將學(xué)生置身于問(wèn)題情境中對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)性構(gòu)建，揭示真實(shí)的知識(shí)的形成過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化.在教學(xué)中，學(xué)生在已構(gòu)建的知識(shí)體系中能夠完成對(duì)力做功的求解.在解決問(wèn)題時(shí)會(huì)自然而然地發(fā)現(xiàn)W≠W21+W22，從而形成認(rèn)知沖突.教師因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的本質(zhì)，學(xué)習(xí)目標(biāo)在此過(guò)程中悄然生成，如有“嫁與春風(fēng)不用媒”的效果.

【評(píng)價(jià)】如圖7所示，兩個(gè)互相垂直的力F1和F2作用在同一物體上，物體克服力F1做4J的功，力 F2對(duì)物體做功3J， F1和F2的合力對(duì)物體做功為多少？

【設(shè)計(jì)意圖】華師大崔允漷教授說(shuō)：“教師要根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)需要編制適合的評(píng)價(jià)方案，判斷學(xué)習(xí)目標(biāo)中所描述的各種要求，以此來(lái)評(píng)判學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)、反饋與指導(dǎo)，促進(jìn)教與學(xué)都能按照有效的目標(biāo)導(dǎo)引方向進(jìn)行.”功是標(biāo)量是否真正理解，需要相應(yīng)的評(píng)價(jià)，而此題恰好能夠?qū)崿F(xiàn)評(píng)價(jià)與目標(biāo)的一致性.

【課堂小結(jié)】略

【課外實(shí)踐與思考】

1測(cè)定你扛30kg大米上三樓所做的功.

2如圖8所示，光滑水平面上的物塊在彈簧彈力作用下從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，思考能否用W=Fl求彈簧彈力對(duì)物體所做的功？

三、核心主線

四、課堂反思

歌德說(shuō)過(guò)：“教會(huì)學(xué)生學(xué)什么是為了過(guò)去，教會(huì)學(xué)生怎樣學(xué)才是為了未來(lái).”在教學(xué)中應(yīng)把知識(shí)作為線索進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷概念和規(guī)律建立的過(guò)程，因?yàn)檫^(guò)程本身也是一種知識(shí)，在過(guò)程的學(xué)習(xí)中也蘊(yùn)含著方法，這也是新課程標(biāo)準(zhǔn)中“培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力”的要求.

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