高博 彭朝陽

摘 要：在初中物理知識體系中，機械效率既是重點也是難點.學(xué)生這部分相關(guān)的習(xí)題得分率不高，且出現(xiàn)知識點混淆的現(xiàn)象.在查閱相關(guān)資料并結(jié)合自身思考之后，認(rèn)為多半是因為學(xué)生的錯誤前概念造成的.據(jù)此，結(jié)合生活提出教學(xué)改進建議.

關(guān)鍵詞：機械效率;前概念;生活化

中圖分類號：G632 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2022）02-0073-03

作者簡介：高博（1995.8-），男，黑龍江省富錦人，研究生，從事物理教學(xué)論、教師教育研究.

在滬科版初中物理教材的知識框架中，機械效率相關(guān)的內(nèi)容起到了承上啟下的作用.它既是前面所講的簡單機械和功的知識的綜合應(yīng)用，也是初三所講熱學(xué)、電學(xué)中的機械效率的前置知識.此外，機械效率也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，教師教學(xué)的重點和中考重要考點.因此，機械效率相關(guān)內(nèi)容的重要性毋庸置疑.

1 教材中機械效率的定義與學(xué)生前概念的矛盾之處

在滬科版八年級物理教材中，對于機械效率的定義是η=W有W總×100%

其中W有表示有用功，W總表示總功.那么機械效率其實本質(zhì)上反映的是一種占比，反映了為了達到工作目的所需的功，到底在所做的總功中占多少的份額，并將其作為評價機械好壞的一個重要指標(biāo).作為一名物理教師，很好理解這種抽象的物理概念.但是作為抽象思維尚未發(fā)展完全的初二學(xué)生來說，往往理解起來會很吃力.排除教師的影響因素，歸根到底是因為這一概念和學(xué)生所熟悉的、生活中常見的“效率”所包含的含義是完全不同的.

在學(xué)習(xí)機械效率之前，學(xué)生生活中接觸最多的和效率有關(guān)的就是“學(xué)習(xí)效率”.筆者舉一個生活中涉及到效率時最常見的例子：“隔壁家的小明每天只用一個小時就可以寫完作業(yè)了，他的學(xué)習(xí)效率真高，你要和他多學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)”.在生活中這樣的例子數(shù)不勝數(shù)，那么在這個語境中，學(xué)習(xí)效率實際上指的是學(xué)習(xí)的快慢，他更接近于功率的含義.所以對于學(xué)習(xí)效率的錯誤認(rèn)識就構(gòu)成了一個錯誤的前概念，并且往往會將其帶入到學(xué)習(xí)之中.

2 改進方法

為了避免出現(xiàn)上述所說的情況，必須深入了解學(xué)生在這一階段的思維特點，盡可能的接近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū).目前針對學(xué)生的錯誤前概念的糾正方法已經(jīng)有較為完備的研究體系.針對初二年級中學(xué)生的思維特點和前置相關(guān)知識的掌握情況，筆者認(rèn)為應(yīng)該采用由淺入深的梯子型轉(zhuǎn)換方法，即提出層次漸進的例子，幫助學(xué)生搭建梯子，逐步深入到錯誤前概念的關(guān)鍵點，進而徹底轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤前概念.

既然學(xué)生的錯誤概念來自于生活，我們就要從生活的角度下手，堅持“從生活中來，到生活中去”的原則.從根本上將學(xué)生的錯誤前概念轉(zhuǎn)換過來.所以在新課教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們可以列舉循序漸進的生活化例子幫助學(xué)生搭建理解.

例1：小紅去買蘋果

問：小紅買蘋果的目的是什么？

答：吃蘋果

解釋：小明買蘋果的目的是為了吃蘋果，也就是說他吃到嘴里的蘋果就是他買蘋果的目的.花在蘋果肉上的錢，是“有用的”.而在吃蘋果的過程中，蘋果核我們是不吃的.但是為了吃蘋果的果肉，我們也不得不將果核一起買回來.所以，花在果核上的錢就是“無用的”.當(dāng)然，錢不是風(fēng)刮來的，所以我們都想買到更多的果肉，更小的果核.讓錢花的有用一些，這也就是我們生活中說所說的“錢要花在刀刃上”.

在經(jīng)過較為簡單的例1鋪墊之后，緊接著趁熱打鐵，引出第二個較為抽象的例子來糾正學(xué)生的錯誤前概念.

例2：小張和小王放學(xué)回家后都學(xué)習(xí)了四個小時，小張認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)，而小王一會上廁所，一會又想吃點零食.請問小張和小王誰的學(xué)習(xí)效率更高一些呢？

答：小張

解釋：小張認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)，那他所浪費的時間可能只有10分鐘.而小王一會要上廁所，一會要吃零食，可能浪費了一個小時的時間.小張的有效學(xué)習(xí)時間是230分鐘，而小王的只有180分鐘的有效學(xué)習(xí)時間.那么對于學(xué)習(xí)這一目的而言，小張的230分鐘是“有用的”，10分鐘是“無用的”.而小王則是180分鐘“有用”，120分鐘“無用”.所以在都是學(xué)習(xí)了4個小時，小張一定是先寫完課后作業(yè)的.在生活中，我們就會說：“小張的學(xué)習(xí)效率比較高”.

通過例1的鋪墊，在例2中我們直接接觸到了學(xué)生的錯誤前概念，并且更加接近“效率”的本質(zhì).經(jīng)過兩個例子的鋪墊，接下來，就可以用例3來引導(dǎo)學(xué)生探索出“機械效率”這一抽象的概念.

例3：小明用水桶在水井內(nèi)打水;

問：小明的工作目的是什么？

答：將水抬上來;

問：根據(jù)上節(jié)課所講的功的概念，小明將水抬上來的過程中，其是否做功了呢？對誰做了功？為什么？

答：因為小明對水和水桶施加了力的作用，且水和水桶在力的方向上移動了一段距離.所以小明對水和水桶都做了功.

問：那么如果有多個人一起打水，我們?nèi)绾蜗窭?中那樣比較誰打水的效率高呢？老師給出一個表格，希望同學(xué)們自主將其補全，并回答老師的問題.

這是前節(jié)課所講知識功的簡單應(yīng)用，經(jīng)過計算后，學(xué)生往往會得出小明的效率高一些.因為小明對水做的功多，這還是學(xué)生的錯誤前概念，認(rèn)為做功多的效率高而很少有人會考慮總功的多少.所以教師發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，帶領(lǐng)學(xué)生思考.

問：很多同學(xué)都認(rèn)為小明的效率更高一些，因為小明提上來10kg的水.那么如果小張用其0.5kg的水桶打了兩次水也是10kg呢？誰的效率更高一些？為什么？

答：小張，因為小張用的水桶輕

解釋：在打水的過程中，工作目的是為了將水抬上來.那么在對水和水桶所做的功中，水做的那部分功就是我們想要的，是為了滿足工作目的而做的功，是真正有用的，所以我們將這個為了滿足工作目的而做的功稱為有用功，記作W有.而在抬水的過程中，卻不得不將木桶也提上來，工作目的是為了抬水，但要想抬水，就不得不將木桶也抬上來.所以對于這種不是我們的工作目的，但為了達到工作目的而不得不做的功，我們稱之為額外功，記作W額.那么如果我們所做的總功是一樣多的話，同學(xué)們是希望有用功多一點還是額外功多一點呢？當(dāng)然是有用功.但如果如上表中的例子，每個人做的功都是不一樣的，就像例1中所說，每個蘋果的大小都是不一樣的，我們總希望每個蘋果中總是果肉占的多一些.在生活、工作中也是一樣，我們總是希望在我們所做的功中，有用功占的多一些.所以，為了描述這種占比，在物理中定義了一個新的概念----機械效率.它的公式為

η=W有W總×100%

這個例子將抽象概念和生活實例徹底的結(jié)合起來，既符合初中生的思維特點，并且可以引發(fā)學(xué)生的自主思考，積極的參與到課堂中來.這樣他們可以很輕松的和前面所學(xué)相關(guān)前置知識聯(lián)想起來，并將其擴展.如此，本節(jié)課既發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，又引導(dǎo)學(xué)生積極參與到科學(xué)探究的過程中，對于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展起到了極大的促進作用.

列舉完三個例子之后、學(xué)生課堂氣氛熱烈且參與度高的時候，趁熱打鐵利用這三個生活化的例子來給學(xué)生講解機械效率的注意事項.

（1）機械效率用百分?jǐn)?shù)表示，且永遠小于1;

百分?jǐn)?shù)是因為數(shù)學(xué)上的習(xí)慣而定的，我們習(xí)慣用百分?jǐn)?shù)來描述占比的關(guān)系.而效率永遠小于1則表示，除了在理想情況下，永遠都無法使效率達到100%.換言之，額外功是永遠存在的.以剛剛所講的三個例子來說.在例1中，只要是蘋果，就肯定有蘋果核，我們不可能買到?jīng)]有蘋果核的蘋果.在例2中，沒有人可以只學(xué)習(xí)而不干別的，翻書的時間、找筆的時間、喝水上廁所的時間這都是無法消除的.在例3中，在井中打水，要想將水打上來，就必須要有一個水桶.也就是說，必須將水桶也一起打上來.我們只能盡可能的減小額外功，如：換用更輕的水桶.但卻不能使額外功為0.綜上所述，沒有任何事情的效率可以達到100%.

（2）機械效率反映的是有用功占總功的百分比，效率高并不表示做工多.

依然從上述例子來講解.如在例3中：小張的學(xué)習(xí)效率很高，但事情較多，放學(xué)后只學(xué)習(xí)了2個小時，其中有效的學(xué)習(xí)時間是90分鐘.而小王的效率雖然相對較低，但是他的空閑時間很多.放學(xué)后小王學(xué)習(xí)了8個小時，其中有效學(xué)習(xí)時間是6個小時.很明顯，雖然小王的學(xué)習(xí)效率很低，但因其總的學(xué)習(xí)時間長，所以最后仍然是小王學(xué)到的多.

物理來源于生活，生活是物理學(xué)習(xí)的根基.至此，通過聚焦物理知識與學(xué)生生活的聯(lián)系和三個通俗易懂的生活化情景，引發(fā)學(xué)生對機械效率的深入解讀.在糾正學(xué)生的錯誤前概念之后，學(xué)生就可以在自身生活經(jīng)驗的支持下，形成良好的正反饋，為機械效率的概念提供了豐富的感性經(jīng)驗，為其順利解析和應(yīng)用打下了最扎實的基礎(chǔ).

3 教學(xué)反思

筆者使用如上文所述的方法進行對三個平行班進行教學(xué)，學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上，通過對筆者創(chuàng)建的生活情景運用理性思維進行科學(xué)探究，很容易達成概念轉(zhuǎn)變，且課堂氛圍熱烈活潑，從生活中獲得正確的科學(xué)知識，進而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).真正優(yōu)而上的教學(xué)應(yīng)該是以學(xué)生為主的，強調(diào)學(xué)生探究過程的教學(xué)活動.綜上我認(rèn)為本堂課的改進是非常成功的，而且這樣才能更好的發(fā)展學(xué)生勇于探究的科學(xué)精神.同時，從生活中來到生活中去的方法來教學(xué)，可以幫助學(xué)生自主發(fā)展勤于反思的好習(xí)慣.如此做對初中學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展起到的作用是不可或缺的.

參考文獻：

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[責(zé)任編輯：李 璟]

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