龐德軍 陳衛(wèi)春

(1. 江蘇省海安縣海陵中學(xué)，江蘇 海安 226600；2. 江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，江蘇 南京 210009)

·教學(xué)研究·

在寬廣的人文背景下開展復(fù)習(xí)課的教學(xué)①
——以蘇科版“機械能和內(nèi)能”章末復(fù)習(xí)為例

龐德軍1陳衛(wèi)春2

(1. 江蘇省海安縣海陵中學(xué)，江蘇 海安 226600；2. 江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，江蘇 南京 210009)

本文以蘇科版物理教材“第十二章 機械能和內(nèi)能”章末復(fù)習(xí)為例，從關(guān)注科學(xué)人文教育和貼近學(xué)生生活的角度，以汽車上的能量和能量轉(zhuǎn)化為線索重組知識結(jié)構(gòu)，并討論從實驗出發(fā)開展復(fù)習(xí)課教學(xué)的問題。

能量;復(fù)習(xí)課;人文教育

章末復(fù)習(xí)課的教學(xué)在幫助學(xué)生鞏固與內(nèi)化已學(xué)知識、深化對知識的理解和形成清晰的知識結(jié)構(gòu)等方面具有重要的意義。但是長期以來，不少教師不知道如何入手，要么“眉毛胡子一把抓”，將本章的知識再講一遍、將演示實驗重做一遍；要么用投影儀投影出若干例題，逐題講解。結(jié)果一堂復(fù)習(xí)課下來，給人的感覺是內(nèi)容雜亂，主線不清晰、缺少“靈魂”，因而有必要反思和重新定位復(fù)習(xí)課的教學(xué)。

首先要重新定位的是復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)。章末復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是：鞏固和內(nèi)化所學(xué)知識，建立知識之間的聯(lián)系，形成良好的知識結(jié)構(gòu)；以重溫知識發(fā)現(xiàn)過程為線索，對知識的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用以及與之相關(guān)的物理人文、科技史知識有比較清晰的了解，對知識的認識和理解上升到一個新的高度。

如何實現(xiàn)上述目標(biāo)？這需要教師從以下問題入手，來認識、設(shè)計和反思課堂教學(xué)：本章的主干知識有哪些？本章的重點是什么？本章內(nèi)容與前面所學(xué)的知識有怎樣的聯(lián)系，對后續(xù)的學(xué)習(xí)有怎樣的鋪墊作用？本章的知識結(jié)構(gòu)是怎樣的？本章知識與人們的生產(chǎn)、生活有著怎樣的聯(lián)系？歷史上有哪些與本章知識相聯(lián)系的重大發(fā)現(xiàn)和歷史事件？能否以這些發(fā)現(xiàn)為背景，將本章的主干知識“串”起來，重組本章的知識結(jié)構(gòu)？怎樣使學(xué)生對知識的理解提升到新的層次？筆者以蘇科版物理教材“機械能和內(nèi)能”章末復(fù)習(xí)為例，談?wù)剰?fù)習(xí)課的教學(xué)。

1 從能量視角認識本章內(nèi)容的地位和意義

物理學(xué)是研究物質(zhì)、運動及相互作用的科學(xué)，而物質(zhì)、運動及相互作用都與能量有關(guān)，因此，能量及其轉(zhuǎn)化是物理學(xué)也是科學(xué)的核心概念和觀念。初中物理教材中“能”的概念是在“功”的基礎(chǔ)上逐步形成的，“一個物體能對另一個物體做功，就表明這個物體具有能量”可以清晰地反映這種關(guān)系。本章的主題——機械能和內(nèi)能，既是對前面各章節(jié)所涉及的能量知識的提煉和升華，更是為后續(xù)與能量有關(guān)章節(jié)學(xué)習(xí)做好鋪墊。

從教材的整體結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，對能量概念的深入認識離不開對能量轉(zhuǎn)化過程的討論，正因為如此，教材把機械能和內(nèi)能放在一章中來討論。通過本章學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)用能量的觀點反思前面各章所學(xué)的知識，領(lǐng)悟前面學(xué)習(xí)的機械運動、分子熱運動這兩種運動形式，分別對應(yīng)著機械能和內(nèi)能，而且每種形式的能量并不是孤立的，是可以相互轉(zhuǎn)化(如動能與勢能的轉(zhuǎn)化、機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化)或轉(zhuǎn)移(如內(nèi)能的轉(zhuǎn)移)的。

需要指出的是，教材在本章并未討論能量的守恒問題，而是在“能源與可持續(xù)發(fā)展”一章中將貫穿于整個教材的能量線索顯性化，點出了能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，從而使學(xué)生能深入領(lǐng)會節(jié)約能源、有節(jié)制地開發(fā)和利用能源對于人類可持續(xù)發(fā)展的重要意義，初步形成用能量的觀點分析問題的習(xí)慣。這體現(xiàn)了螺旋式上升的思想，避免將知識一步到位，造成難點過于集中的問題。

2 以汽車的能量為線索，重組知識結(jié)構(gòu)，梳理本章知識

蘇科版物理教材“機械能和內(nèi)能”一章，從學(xué)科知識的邏輯關(guān)系角度建構(gòu)的知識結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

這樣的知識結(jié)構(gòu)邏輯性強，能充分反映概念之間的內(nèi)在聯(lián)系。但僅以此來設(shè)計復(fù)習(xí)課還是不夠的，因為從復(fù)習(xí)課的目標(biāo)來說，還應(yīng)當(dāng)努力挖掘科學(xué)思想與人文教育的功能，使學(xué)生體會到物理知識與現(xiàn)代生活和社會發(fā)展的聯(lián)系。因此有必要尋找新的與學(xué)生生活密切聯(lián)系的線索對本章的知識結(jié)構(gòu)進行重組。那么，我們借助什么線索重組知識結(jié)構(gòu)？方法因人而異。筆者從熱機的應(yīng)用與社會發(fā)展的角度提出一條途徑，供大家參考。

其實教材已經(jīng)給我們學(xué)習(xí)本章知識提供了很好的指引。從本章的章導(dǎo)圖可以看出，教材的編寫有明暗兩條線索。明的一條線索是以現(xiàn)代交通工具——汽車為載體引入的，先后介紹了機械能、內(nèi)能及其相互轉(zhuǎn)化，以及物質(zhì)的比熱容、燃料的熱值、內(nèi)燃機的工作原理等知識。暗的一條線索以能量的概念展開，讓學(xué)生了解能量的形式是多種多樣的。受此啟發(fā)，筆者以汽車為典型，以其中的機械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化為線索，重組知識結(jié)構(gòu)，形成如圖2所示的邏輯結(jié)構(gòu)。

圖2

整章知識都可以與汽車建立聯(lián)系，在復(fù)習(xí)課的教學(xué)中，建議將知識梳理的主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下進行知識梳理。教師在帶領(lǐng)學(xué)生梳理知識的同時，采用板書的形式，根據(jù)圖2有目的地逐一列出學(xué)生找出的概念，此外還要指出該物理概念與汽車的什么方面相關(guān)。這樣不僅能幫助學(xué)生將抽象的物理概念與生活建立聯(lián)系，而且使學(xué)生明確了概念的物理意義，教師主導(dǎo)下的教學(xué)過程如下。

(1) 課堂導(dǎo)入

教師：誰能用一句話概括一下，我們怎么知道某個物體具有能量？(播放視頻：汽車在高低不平的道路上顛簸前進，飛機起飛，“遼寧號”航母在海上航行，火箭發(fā)射，發(fā)動機工作)

通過這一段視頻，你能回憶起在第十二章中學(xué)習(xí)的哪些能量？(板書：動能、勢能、機械能等)

這里的汽車、飛機、“遼寧號”航母、火箭為什么能夠運動起來？它們是靠什么驅(qū)動的？

我們通常說的熱機就是一種發(fā)動機，它是人類歷史上的偉大發(fā)明。請看一組圖片。(展示伏爾加河上的纖夫、牛拉犁耕地、人力車、水磨等利用人畜力和自然力進行生產(chǎn)勞動的一組照片)

將這組圖片與我們前面看到的視頻進行對比，你有什么感想？從這兩個時代的巨大差異可以看出，科技對推動社會發(fā)展的巨大作用。

下面，讓我們從汽車上的能量和能量轉(zhuǎn)化為線索，來梳理本章學(xué)到的知識。

(2) 知識梳理

剛才講到熱機，常見的熱機有兩種：柴油機和汽油機，我們以汽油機為例，來認識熱機的工作原理和熱機工作過程中的能量轉(zhuǎn)化。汽油機工作有幾個沖程？四個沖程中，有能量轉(zhuǎn)化的是哪兩個沖程？

壓縮沖程中活塞對汽油和空氣的混合氣體做功，混合氣體發(fā)生了什么變化？這個過程是什么能轉(zhuǎn)化為什么能？

這是改變物體內(nèi)能的一種方法：對物體做功。(板書：對內(nèi)做功，并從“機械能”向“內(nèi)能”畫箭頭)

在做功沖程中，什么能轉(zhuǎn)化為什么能？

這一個沖程是汽油機獲得機械能的關(guān)鍵。在這個過程中氣體內(nèi)能減少了，說明物體對外做功，內(nèi)能減少。(板書：對外做功，并從“內(nèi)能”向“機械能”畫箭頭)

從這里我們可以看出，內(nèi)能和機械能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。他們之間能量轉(zhuǎn)化的途徑是做功。(板書：改變物體內(nèi)能的方式——做功)

我們在本章第二節(jié)還學(xué)到一種改變內(nèi)能的方式是什么？這種改變內(nèi)能的方式對我們汽車發(fā)動機的降溫很有作用！(板書：熱傳遞)熱傳遞和做功都既可以使物體內(nèi)能增大，又可以使內(nèi)能減小，它們在改變物體內(nèi)能上是等效的。

大家有沒有想過，為什么要向我們汽車的發(fā)動機水箱中灌水，要用水作為冷卻液，而不用油？

因為水的“容熱”能力強，相同質(zhì)量的水每升高1℃，吸收的熱量更多。為了反映物質(zhì)的這種特性，我們定義了一個新的物理量——比熱容。(板書：比熱容、熱量及計算)

大家在討論汽油機的做功沖程時，一般都說是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。因為火花塞點火后，混合氣體爆燃，推動活塞運動。但是同學(xué)們忽略了一個問題，這里還存在一個化學(xué)能的轉(zhuǎn)化問題。混合氣體爆燃，說明汽油燃燒釋放了化學(xué)能。(板書：化學(xué)能)

我們這里談的是汽油，還有煤油，酒精等可燃物(我們將之稱為燃料)，它們?nèi)紵紩艧?，怎么來描述它們?nèi)紵艧岬谋绢I(lǐng)呢？物理學(xué)中用燃料完全燃燒放出的熱量與所消耗的燃料的質(zhì)量之比，來定義了一個新的物理量。(板書：熱值)

此外，可在介紹動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中，借助籃球下落、彈起的演示實驗引出勢能包含重力勢能和彈性勢能。分子勢能、分子動能與內(nèi)能相對應(yīng)，建議在介紹內(nèi)能、溫度、熱量的區(qū)別與聯(lián)系時順帶回顧。

3 從實驗出發(fā)，進行重、難點的復(fù)習(xí)，突出科學(xué)方法教育

實驗是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)、內(nèi)容、方法和手段。但是，受多方面因素的影響，教師往往把復(fù)習(xí)課當(dāng)成了習(xí)題訓(xùn)練課，忽略了實驗在物理復(fù)習(xí)課中的作用。實際上，實驗在復(fù)習(xí)課中同樣可以發(fā)揮十分重要的作用。例如，用籃球下落和彈起的過程創(chuàng)設(shè)情境，物理圖景清晰，學(xué)生很容易理解動能、勢能、彈性勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，教師主導(dǎo)下的教學(xué)過程如下。

教師：在前面知識梳理時已經(jīng)回憶過了，汽車上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，下坡時，重力勢能又轉(zhuǎn)化為動能。這里有一個籃球，請大家注意觀察它下落和彈起的過程，并說出這個過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。(演示：使籃球從高處落下，學(xué)生可以看到籃球彈起的高度越來越低，最終停下來)

籃球在高處時具有什么能？籃球從高處下落的過程中，什么能逐漸轉(zhuǎn)化為什么能？你是怎么知道的？

教師出示一張籃球下落的頻閃照片，如圖3所示。利用頻閃照相技術(shù)，照相機每隔相同的時間曝光一次，就可以把不同時刻的籃球拍攝在同一張照片上。

圖3

請同學(xué)們注意觀察：籃球在下落過程中，相同時間內(nèi)下落的距離越來越大，這說明什么問題？(速度越來越大，即動能越來越大)

反過來，籃球彈起后，上升的過程中，在相同的時間內(nèi)上升的距離越來越小，這又說明了什么？(速度越來越小，即動能越來越小)

由此看來，籃球在下落過程中速度越來越大(即動能越來越大)，高度越來越小(即重力勢能越來越小)；上升過程中，高度越來越大(即重力勢能越來越大)，速度越來越小(即動能越來越小)。這說明籃球下落時，重力勢能轉(zhuǎn)化成動能；彈起后，動能轉(zhuǎn)化成重力勢能。

有沒有人觀察到，籃球接觸地面時發(fā)生了變化？(教師拿著籃球壓在講臺上，讓學(xué)生觀察籃球的形變)

這說明，籃球接觸地面時發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化？籃球從地面彈起的過程中，又發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化？

這說明，動能與彈性勢能之間也是可以相互轉(zhuǎn)化的。(板書：彈性勢能)

我們今天討論的是宏觀物體的動能和勢能。其實，微觀物體也有動能和勢能。比如分子具有分子動能和分子勢能……(引入難點問題：內(nèi)能與溫度、熱量的關(guān)系)

從上面的案例可以看出，從實驗出發(fā)不僅能夠覆蓋本章的重點和難點，而且很好地創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)的情景，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。除此之外，實驗在物理復(fù)習(xí)課中還可以在以下方面發(fā)揮不可替代的作用：(1) 激發(fā)認知沖突，撼動學(xué)生大腦中錯誤的前概念；(2) 幫助學(xué)生重溫概念和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，深化對概念的理解；(3) 進一步鞏固實驗教學(xué)的成果，實施實驗技能訓(xùn)練。

綜上所述，以蒸汽機的廣泛使用為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命，開創(chuàng)了人類的大工業(yè)時代，它不僅是人類技術(shù)發(fā)展史上的一次巨大革命，更是一場深刻的社會變革，極大地促進了生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明進步。從這一點出發(fā)，可以理解以汽車上的能量及能量轉(zhuǎn)化為線索展開“機械能與內(nèi)能”復(fù)習(xí)課教學(xué)的深刻含義：從學(xué)生熟悉的汽車入手，讓學(xué)生提出并討論與汽車有關(guān)的能量問題，不僅能全面覆蓋本章的主干知識，而且可以拉近抽象的能量概念與學(xué)生的距離，更能將本章知識的復(fù)習(xí)在寬廣的人文背景下逐步展開，充分發(fā)揮物理教學(xué)的人文教育功能。

[1] 劉炳昇.從“物理核心素養(yǎng)”的視角思考物理復(fù)習(xí)教學(xué)問題——以“力與運動”章后小結(jié)為例[J].物理之友,2017,33(1):1.

[2] 劉炳昇,李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 物理 九年級上冊[M]，南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2013：31-60.

[3] 查有梁，謝仁根，沈仁和等.物理教學(xué)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996:309-312.

[4] 蘇敏,董耀.讓物理課堂閃耀愛的光芒[J].物理之友 ,2015,(4).

陳衛(wèi)春，江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社副編審，蘇科版初中物理教材責(zé)任編輯，主要研究方向為現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)、中學(xué)物理教學(xué)。

①本文為江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究室基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革重大項目“初中物理常態(tài)教學(xué)整體優(yōu)化設(shè)計與實施的行動研究”(項目編號：2015 jssjys-08)的研究成果。