邸傳迪 李新鄉(xiāng)

（曲阜師范大學物理工程學院，山東 曲阜 273165）

實施基于課程標準的教學，基礎(chǔ)性的工作是基于課程標準的教學設(shè)計.威金斯和邁克泰提出的“逆向設(shè)計模式”主張：在教學設(shè)計中首先明確源于課程標準的學習目標；然后先于教與學活動設(shè)計，設(shè)計檢測學習目標是否達到的評價活動；最后設(shè)計教與學的活動.實施逆向設(shè)計，可以使教師帶著問題思考教學，確保學習目標的實現(xiàn)；確保實現(xiàn)標準、教學與評價的一致性.

1 教學任務分析

“能量的轉(zhuǎn)化和守恒”是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它反映了物質(zhì)運動和相互作用的本質(zhì)，不僅貫穿在聲現(xiàn)象、熱現(xiàn)象、力現(xiàn)象、電磁現(xiàn)象等整個物理教學過程中，而且廣泛滲透在各門學科中，并和各種產(chǎn)業(yè)及日常社會息息相關(guān).機械能是最常見的一種能量，轉(zhuǎn)化是最基本的科學思想.通過動能、勢能和機械能及其轉(zhuǎn)化的內(nèi)容，使學生加深認識功和能的關(guān)系，同時向?qū)W生滲透轉(zhuǎn)化的思想，對今后的學習具有基礎(chǔ)性的意義.

《義務教育物理課程標準（2011年版）》對該內(nèi)容的相關(guān)要求是“知道動能、勢能和機械能.通過實驗，了解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.舉例說明機械能和其他形式能量的相互轉(zhuǎn)化.例如，用蕩秋千的過程定性說明動能和勢能的轉(zhuǎn)化情況”.其中，“知道”、“了解”、“舉例說明”是知識與技能維度的要求，“通過實驗”是過程性要求.

2012年新版物理教材將其安排在8年級第11章“功和機械能”，其中“機械能及其轉(zhuǎn)化”是第11章的第4節(jié)內(nèi)容.它既是前面所學“動能和勢能”的延伸，又為后面學習“能量的轉(zhuǎn)化和守恒”奠定基礎(chǔ)，起到了承上啟下的作用.教材內(nèi)容由“機械能及其轉(zhuǎn)化”和“水能和風能的利用”兩個板塊組成，包括兩個“想想做做”、一個“科學世界”，圖文并茂，符合學生認知規(guī)律.雖然本節(jié)內(nèi)容與生活實際密切相關(guān)，但所涉及的物理知識比較抽象，因此給教師對教材的處理、整合、發(fā)揮留下了足夠的空間.

綜上所述，動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化是本節(jié)課的教學重點.

2 學情分析

在前面的學習中，學生已經(jīng)學過動能和勢能的概念，定性地了解影響動能和勢能大小的因素，對動能和勢能有初步的認識.同時學生在生活中見到過很多動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的實例，但不會也不可能從動能和勢能的轉(zhuǎn)化對其進行分析，無法由動能和勢能的變化聯(lián)系到兩者之間的相互轉(zhuǎn)化，從而形成教學難點.

3 教學目標

依據(jù)基于課程標準的教學理念和上述兩項分析，設(shè)計出源于課程標準的學習目標.

知識與技能：① 知道機械能的概念.

② 了解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.

③舉例說明機械能和其他形式能量的相互轉(zhuǎn)化.

過程與方法：④ 經(jīng)歷歸納建立機械能轉(zhuǎn)化規(guī)律的過程，提高分析和歸納能力.

情感態(tài)度與價值觀：⑤ 體會機械能轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活及科學中的應用.

4 評價設(shè)計

基于課程標準的教學設(shè)計要求評價活動設(shè)計先于教學活動的設(shè)計，為檢測教學目標的達成，設(shè)計了“上滾瓶”原理分析等2個題目.

（1）通過問題1～3及練習題（1）檢測教學目標①的達成.

（2）通過問題4～10及練習題（1）、（2）檢測教學目標②和④的達成.

（3）通過問題11、12檢測教學目標③和⑤的達成.

5 教學媒體設(shè)計

5.1 上滾瓶

制作方法：上滾瓶的外部是由兩個剪掉瓶底的塑料瓶粘在一起構(gòu)成，兩端的瓶蓋上打兩個孔，固定橡皮筋；內(nèi)部是一塊小木板和一節(jié)干電池固定，兩條橡皮筋穿過木板和電池的連接處，將其拉緊懸空在塑料瓶的內(nèi)部.具體的制作如圖1所示.

圖1

操作方法：讓“上滾瓶”從不太陡的斜面滾下.

設(shè)計意圖：“上滾瓶”蘊含動能、重力勢能和彈性勢能三者之間的轉(zhuǎn)化，其神奇之處在于下滾后會沿斜面自動向上爬坡，這一現(xiàn)象與學生以往的認知沖突，能夠激發(fā)學生的學習興趣.

5.2 彈簧滾擺

制作方法：將輕質(zhì)彈簧一端固定在支架下方中間，另一端固定在橫桿上，橫桿連接滾擺，滾擺固定在支架上，如圖2所示.

操作方法：手動轉(zhuǎn)動滾擺，拉伸彈簧后松開滾擺.

設(shè)計意圖：課程標準要求通過實驗理解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，而教材中并沒有動能和彈性勢能轉(zhuǎn)化的實驗，且大多數(shù)利用彈簧所做的實驗并不利于學生的觀察，因此在滾擺實驗裝置的基礎(chǔ)上改裝成彈簧滾擺，既不存在重力勢能的干擾，又使實驗現(xiàn)象清晰呈現(xiàn)在學生眼前，讓學生了解不僅動能和重力勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而且動能和彈性勢能也可以互相轉(zhuǎn)化.

圖2

6 教與學的活動設(shè)計

6.1 利用趣味實驗創(chuàng)設(shè)情境，導入新課

教師活動1：講授新課前，教師將提前準備好的“上滾瓶”展現(xiàn)給學生，然后將其放在具有一定傾斜程度的木板上，讓瓶子沿木板下滾.

學生活動1：仔細觀察“上滾瓶”的神奇之處.描述現(xiàn)象：瓶子下滾后自動向上滾動.

設(shè)計意圖：一開始上課，教師就利用自制的“上滾瓶”，演示學生從未見過新奇有趣的現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)引發(fā)學生的認知沖突的物理情境，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，引起物理學習的興趣.

6.2 利用問題驅(qū)動法，形成機械能的概念

教師活動2：利用多媒體展示動態(tài)圖片，依次提出問題鏈，并適當點撥、明確概念.

問題1：水平公路上行駛的汽車、懸掛在天花板的吊燈、被拉開的彈弓具有動能還是勢能？為什么？

問題2：空中飛行的飛機具有動能還是勢能？為什么？

問題3：高空中物體下落過程，物體的動能和勢能如何變化？為什么動能和勢能同時發(fā)生不同的變化？

學生活動2：獨立思考，同桌交流，依次回答問題，建構(gòu)知識.

設(shè)計意圖：物理課程標準強調(diào)“從生活走向物理”，利用生活中常見的現(xiàn)象既能拉近學生與物理的關(guān)系，又可以溫故知新.問題鏈的設(shè)置層層遞進，既明確了機械能的概念，又為建立動能和勢能的轉(zhuǎn)化規(guī)律提出了探究問題.

6.3 利用任務驅(qū)動法，建立動能和重力勢能轉(zhuǎn)化的規(guī)律

實驗1：學生分組進行滾擺實驗.

圖3

教師活動3：教師出示滾擺裝置（如圖3所示），并簡單介紹滾擺的構(gòu)造、實驗的做法，讓學生分組實驗.

問題4：擺輪上升或下降過程中運動快慢如何？

問題5：擺輪上升或下降過程中動能和重力勢能如何變化？

學生活動3：根據(jù)教師的指導分組進行實驗，觀察擺輪的運動情況，并分析擺輪運動過程中動能和重力勢能的變化.

描述并分析現(xiàn)象：開始釋放擺輪時，擺輪在最高點處于靜止狀態(tài)只有重力勢能，沒有動能；擺輪下降過程中，高度減小，速度增加，重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大；在最低點時速度最大，擺輪的重力勢能最小，動能最大.上升過程重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，在最高點時只有重力勢能，沒有動能.

教師活動4：提出問題，引導學生將動能和重力勢能的變化聯(lián)系到二者的相互轉(zhuǎn)化.

問題6：以擺輪下降過程為例，減小的重力勢能去哪里了？增加的動能從何而來？

問題7：為什么擺輪最終會停下來？如果動能和重力勢能之間完全相互轉(zhuǎn)化，擺輪將會出現(xiàn)什么情況？

學生活動4：思考、交流，建構(gòu)動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律.

總結(jié)規(guī)律：擺輪上升過程中，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能；擺輪下降過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能.

設(shè)計意圖：滾擺實驗是教材“想想做做”中動能和重力勢能轉(zhuǎn)化的實驗之一，通過學生的分組實驗既能培養(yǎng)觀察能力，又能為學習動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化提供支持.問題6能夠引導學生將動能和重力勢能的變化聯(lián)系到兩者的相互轉(zhuǎn)化，問題7在于引導學生認識到因為“阻力”的存在使得動能和重力勢能并不能完全轉(zhuǎn)化，為以后學習機械能守恒做鋪墊.

6.4 利用方法遷移，建立動能和彈性勢能轉(zhuǎn)化的規(guī)律

實驗2：教師演示“彈簧滾擺”實驗.

教師活動5：教師簡單分析、講解圖2所示“彈簧滾擺”的制作和特點，然后進行演示實驗，讓學生利用建立動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的分析方法，觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象、建立規(guī)律.

問題8：彈簧收縮或拉伸過程中，擺輪的運動快慢如何？

問題9：彈簧收縮或拉伸過程中，擺輪的動能和彈性勢能如何變化？

問題10：為什么擺輪最終會停下來？如果動能和彈性勢能之間完全相互轉(zhuǎn)化，擺輪將會出現(xiàn)什么情況？

學生活動5：觀察彈簧與擺輪的運動情況，通過合作學習，分析動能和彈性勢能的變化，建立動能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化規(guī)律.

描述并分析現(xiàn)象：（以彈簧拉伸的過程為例）開始時彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈性勢能最大，擺輪靜止，沒有動能；彈簧逐漸恢復，彈性勢能減小，擺輪的動能逐漸增大；彈簧恢復原狀時，彈簧沒有彈性勢能，擺輪的動能最大.

建立規(guī)律：彈簧拉伸的過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為擺輪的動能；彈簧壓縮過程中，擺輪的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能.

設(shè)計意圖：依據(jù)課程標準要求，合理設(shè)計實驗，通過小組合作學習，學生經(jīng)歷建立規(guī)律的過程，提高分析和歸納能力，體會轉(zhuǎn)化思想的應用.

6.5 自主學習，了解機械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)化

教師活動6：提出任務要求，留給學生適當時間.

問題11：機械能轉(zhuǎn)化在生活中有哪些應用？與其他形式能量之間如何轉(zhuǎn)化？

問題12：你還能列舉出哪些機械能與其他形式能量轉(zhuǎn)化的實例？并說明其中的能量轉(zhuǎn)化.

學生活動6：自主閱讀“水能和風能的應用”和“科學世界”兩部分，思考、交流.

設(shè)計意圖：教材中所涉及的部分與生活、科技密切相關(guān)，通過閱讀讓學生認識到機械能的廣泛應用，了解機械能和其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化.

6.6 課堂練習，內(nèi)化新知

教師活動7：利用多媒體出示練習題（1），學生完成后檢測結(jié)果.

圖4

（1）如圖4所示，使單擺偏離原來靜止位置到A1.當擺球從A1向下擺動時，它的速度越來越快，當擺球到最低點O1時，它的動能最______、勢能最________.此后，擺球又向B1的位置運動，隨著擺球的上升，它的動能逐漸轉(zhuǎn)變成_______能；小球擺動起來后，它在O1處的機械能比在O2處的機械能________（選填“大”、“小”）.

學生活動7：獨立思考，完成練習，并將結(jié)果反饋給教師.

教師活動8：再次演示“上滾瓶”，講解制作流程，引導學生利用動能和勢能的轉(zhuǎn)化分析原理.

（2）讓學生運用本節(jié)課所學的知識討論并分析“上滾瓶”的原理.

學生活動8：小組合作討論，個別學生說明分析結(jié)果，其他學生補充.

設(shè)計意圖：針對本節(jié)課教學重難點和所學知識，有計劃、有目的地設(shè)計上述練習，目的是檢測動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化以及機械能守恒等知識的掌握情況，內(nèi)化新知.

6.7 課堂小結(jié)，升華提高

教師活動9：引導學生總結(jié)這節(jié)課運用什么方法、學到哪些知識？除此之外還有何收獲？

學生活動9：先自己思考，后小組討論，然后全班交流.

（1）機械能的概念.

（2）動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.

（3）機械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)化.

接著教師結(jié)合三維教學目標進行點評與歸納總結(jié).

設(shè)計意圖：在教師引導下，學生從知識、方法、情感3個方面談本節(jié)課的收獲和體會，既是對本節(jié)內(nèi)容的總結(jié)升華，又緊扣教學目標，保持課程標準與課堂教學的一致性.

6.8 布置作業(yè)，復習鞏固

（1）分析一下小時候玩的游戲——“旋轉(zhuǎn)鈕扣”的原理.

（2）近年來不斷出現(xiàn)行人被高空墜物砸傷的事件，大到鐵板，小到螺絲釘，運用所學知識分析一下螺絲釘成為“兇器”的原因.

（3）開動腦筋，運用身邊的物品，設(shè)計并制作一個動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的小實驗裝置.

設(shè)計意圖：作業(yè)內(nèi)容力爭做到既能深化對知識的理解，又能激發(fā)學生學習興趣，突出以興趣引導學習的理念.學生通過獨立完成作業(yè)，能夠達到對機械能轉(zhuǎn)化的復習鞏固.

基于課程標準的“機械能及其轉(zhuǎn)化”的教學設(shè)計在解讀課程標準的基礎(chǔ)上，根據(jù)機械能轉(zhuǎn)化的特點，以“目標——評價——教學”的模式為指導，設(shè)計出了本節(jié)課的5條教學目標；圍繞教學目標設(shè)計了由12個問題、3個作業(yè)題組成的評價活動；利用問題引導和任務驅(qū)動等教學法設(shè)計了9項教師活動與學生的活動.利用自制的教具“上滾瓶”與“彈簧滾擺”設(shè)計實驗，有效地突破了教學難點.

1 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準［M］.北京：北京師范大學出版社，2012.

2 彭前程.義務教育教科書物理八年級下冊［M］.北京：人民教育出版社，2012.

3 李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學論［M］.北京：科學出版社，2009.