談馬平

摘 要：重力勢能概念的抽象性導(dǎo)致重力勢能教學(xué)邏輯存有缺陷，本文從物理建模的角度將《重力勢能》這一節(jié)進(jìn)行再設(shè)計(jì)。從生活實(shí)際例子出發(fā)，應(yīng)用物理知識(shí)，借力于數(shù)學(xué)工具，按科學(xué)研究方法進(jìn)行物理建模，建構(gòu)概念的發(fā)展過程。本文選取學(xué)生感到困難、老師容易忽略的“影響重力勢能大小的因素”作為難點(diǎn)進(jìn)行突破并收到了很好的效果。

關(guān)鍵詞：物理建模；重力勢能；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）4-0031-5

1 教材分析

《重力勢能》是人教版高中《物理》必修2第七章《機(jī)械能守恒定律》的第四節(jié)，也是本章的基礎(chǔ)知識(shí)之一。學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了功的概念和計(jì)算方法，本章從重力做功和重力勢能的變化過程開始討論功和能的關(guān)系。本節(jié)討論的是有關(guān)重力勢能的問題，而解決重力勢能離不開重力做功。

本節(jié)教材首先提出重力勢能的基本定義，指出物體由于被舉高而具有的能是重力勢能，接著引出在物體被舉高的過程中，伴隨著重力做功，然后通過分析重力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)，推導(dǎo)得出重力勢能的表達(dá)式。對(duì)于物體沿任意曲線運(yùn)動(dòng)的情況，可以加深對(duì)極限微元思想的認(rèn)識(shí)。最后，教材又安排了重力勢能的相對(duì)性以及重力勢能是物體與地球系統(tǒng)共有的特點(diǎn)這部分知識(shí)，以便完善和加深學(xué)生對(duì)重力勢能的理解。本節(jié)的講解思路也為學(xué)生以后學(xué)習(xí)電勢能、分子勢能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此這一部分內(nèi)容具有重要的承上啟下的作用。

2 學(xué)情分析

2.1 思維基礎(chǔ)

高一學(xué)生開始從感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)過渡，從具體思維向抽象思維過渡，但思維還是與感性經(jīng)驗(yàn)直接聯(lián)系，仍需具體形象的圖片來支持。

2.2 知識(shí)基礎(chǔ)

學(xué)生在初中時(shí)已接觸過重力勢能的概念并且已學(xué)習(xí)了功的概念和計(jì)算方法，在此要定量地學(xué)習(xí)重力勢能并體驗(yàn)建立過程，通過重力做功的計(jì)算來判斷重力勢能的變化。

2.3 能力基礎(chǔ)

學(xué)生對(duì)EP=mgh會(huì)進(jìn)行公式化處理，出現(xiàn)只認(rèn)公式不認(rèn)理的現(xiàn)象，研究探索、質(zhì)疑提問能力還比較薄弱。

3 教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)

《重力勢能》一節(jié)是高中第一次定量地研究能量，它在教材中的地位是不言而喻的，它的研究方法將會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。在發(fā)現(xiàn)規(guī)律、提出物理量表達(dá)式的過程中，既要得到結(jié)論，又要知道結(jié)論是怎樣得出的，這一節(jié)內(nèi)容就很好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。對(duì)于能量是如何定義的或量度的，是這節(jié)課首先要解決的問題。本節(jié)課主要從以下兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 揭示重力勢能的基本特征

通過對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的分析，引導(dǎo)學(xué)生討論重力勢能的基本特征和量化重力勢能的條件：一是重力勢能的變化與重力做功存在直接的因果關(guān)系；二是只有當(dāng)重力做功與路徑無關(guān)時(shí)，我們才能通過從重力做功的計(jì)算量化某一位置的重力勢能；三是重力勢能只與物體對(duì)地的相對(duì)位置有關(guān)，即確定位置有確定的勢能。

3.2 領(lǐng)悟合乎科學(xué)性和邏輯性的探究思路

抓住事物的外在表現(xiàn)特征進(jìn)行探究得出結(jié)論，是一種科學(xué)的探究思想，所以按重力勢能的特征探究能使探究的思路變得清晰順暢而具有邏輯性。

首先，將勢能的一般含義與生活中的演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合，猜想重力勢能與什么因素有關(guān)（mg、h）→重力勢能的基本特征1（物體的高度越高，質(zhì)量越大，重力勢能越大）→按特征1確定方案1用筷子插入細(xì)沙的深度來尋找規(guī)律→發(fā)現(xiàn)重力勢能的基本特征2（重力勢能的變化與重力做功存在因果關(guān)系）→按特征2確定方案2（從重力做功的計(jì)算考慮）→發(fā)現(xiàn)重力做功與路徑無關(guān)，符合特征3（即勢能的引入條件）→揭示mgh的特殊意義，定義重力勢能表達(dá)式→建立重力做功與重力勢能的變化關(guān)系。

4 教學(xué)目標(biāo)

4.1 知識(shí)與技能

（1）理解重力勢能的概念，會(huì)用重力勢能的定義進(jìn)行計(jì)算；

（2）理解重力做功與重力勢能的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)；

（3）知道重力勢能的值是相對(duì)的，理解重力勢能正負(fù)號(hào)的含義。

4.2 過程與方法

（1）通過控制變量法、實(shí)驗(yàn)觀察法得到影響重力勢能的因素；

（2）體會(huì)用“實(shí)驗(yàn)法”和“理論推導(dǎo)”相互驗(yàn)證問題的方法；

（3）通過所學(xué)功的概念推導(dǎo)重力做功與路徑的關(guān)系，親身感受知識(shí)的建立過程。

4.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀

通過對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，感受從現(xiàn)象到本質(zhì)得到物理結(jié)論的方法。

5 教學(xué)重難點(diǎn)

5.1 教學(xué)重點(diǎn)

（1）重力勢能概念的得出；

（2）重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系。

5.2 教學(xué)難點(diǎn)

如何探究影響重力勢能大小的因素。

6 教學(xué)過程（如表1）

參考文獻(xiàn)：

[1]林正范.大學(xué)心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2001.

[2]王較過.物理教學(xué)論[M].西安：陜西師范大學(xué)出版社，2003.

[3]唐飛.淺談?dòng)行季S課堂的構(gòu)建——以《重力勢能》一課為例[J].延邊教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，28（6）：138-140.

[4]任虎虎.基于原始物理問題建構(gòu)理想化模型[J].物理教學(xué)探討，2017，35（2）：41-44.（欄目編輯 鄧 磊）