楊 彥

（寧夏育才中學(xué)，寧夏 銀川）

“動(dòng)能、動(dòng)能定理”是高中物理人教版必修二第八章第七節(jié)內(nèi)容，是整個(gè)機(jī)械能的重點(diǎn)章節(jié)，也是由特殊問題向一般問題的轉(zhuǎn)折章節(jié)，其重點(diǎn)就是通過恒力做功得到與速度變化的具體關(guān)系，推廣到求變力做功、總功等。在此之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了重力做功與重力勢能變化和彈簧彈力做功與彈性勢能變化之間的關(guān)系，但對(duì)于其他力做功、變力做功和合力做功沒有明確的概念，只是通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系，并沒有一個(gè)明確的公式來具體求解。本文對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)沒有注重知識(shí)的連續(xù)性以及突破重點(diǎn)方法的不足進(jìn)行探討，提出符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)觀念的新設(shè)計(jì)。

一、傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

通過簡單的物理情境設(shè)計(jì)（如圖1所示）一個(gè)質(zhì)量為M的物體在光滑水平面上，受到與運(yùn)動(dòng)方向相同的水平恒力F的作用下發(fā)生一段位移S，速度由V1增加到V2。

（1）由牛頓第二定律可知F＝ma。

得到該方程可通過與重力做功與重力勢能的變化對(duì)比得出動(dòng)能的定義和動(dòng)能定理的內(nèi)容。這樣做的好處是教師在突破重點(diǎn)內(nèi)容時(shí)比較容易掌控，學(xué)生在老師的逐步設(shè)計(jì)下在理論的推導(dǎo)上容易上手。但不足的是不能體現(xiàn)很多非知識(shí)性內(nèi)容。首先不能與前一節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系”有機(jī)聯(lián)系且不符合學(xué)生學(xué)習(xí)、認(rèn)知的連續(xù)性；其次不能提高學(xué)生的探究能力；再次不能體現(xiàn)提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)理念。

二、新的教學(xué)設(shè)計(jì)

在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)具備了經(jīng)典理論幾乎所有的基礎(chǔ)知識(shí)和研究一些未知事物的基本方法，如控制變量法、實(shí)驗(yàn)法、類比法、數(shù)學(xué)方法等。為了進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究，我們不妨跳出教材進(jìn)行新設(shè)計(jì)。

（一）重點(diǎn)知識(shí)的引入

復(fù)習(xí)第六節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究功與速度的變化關(guān)系”中得到的關(guān)系即但是通過這個(gè)關(guān)系式是不能在已知功的情況下求速度或在已知速度的情況下求功。如果要用于具體計(jì)算只能將這個(gè)比例式寫成等式，那么就必須加比例系數(shù)k，變?yōu)榉匠蘔=k通過此變化既可以聯(lián)系前一節(jié)內(nèi)容，又能將學(xué)生的注意力吸引到比例系數(shù)k上，從而引發(fā)學(xué)生對(duì)k的猜想。此方式在“萬有引力定律”一課中使用過，學(xué)生不難想到要通過實(shí)驗(yàn)來測量k值，但是還是不能確定k是一個(gè)常量系數(shù)還是一個(gè)與某物理量有關(guān)的量。這時(shí)候就需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比例系數(shù)k的可能性進(jìn)行逐一排除。

（二）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)后，將確定需要探究問題“比例系數(shù)k與那些因數(shù)有關(guān)？”，引導(dǎo)學(xué)生從單位制的角度分析k，即將功和速度的單位都用基本單位表示出來并計(jì)算出比例系數(shù)k的單位，恰好是質(zhì)量的單位千克。通過這種方法可以快速確定k的可能性，比例系數(shù)k是一個(gè)與質(zhì)量有關(guān)的量。那么新的問題又出現(xiàn)了：“k是物體質(zhì)量還是物體質(zhì)量的某一個(gè)倍數(shù)？”。在真實(shí)的教學(xué)實(shí)踐中有很多學(xué)生到這一步時(shí)都單純地認(rèn)為比例系數(shù)k就是質(zhì)量，往往忽略其他可能性。由此繼續(xù)提問引導(dǎo)使學(xué)生形成猜想比例系數(shù)k可能是等”。接下來通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。

在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)實(shí)施教學(xué)環(huán)節(jié)后需要注意幾個(gè)問題：（如下實(shí)驗(yàn)簡圖2可作為參考）

圖2

（1）測量W由W=FS可知，用力傳感器測量小車受到的拉力F，拉力F為恒力，兩個(gè)光電門之間的距離S就是拉力在經(jīng)過兩光電門過程中的做功距離。

（3）在實(shí)驗(yàn)時(shí)可使用氣墊導(dǎo)軌或帶軌道小車（需要平衡摩擦力），動(dòng)滑輪下方物體質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。在數(shù)據(jù)處理時(shí)用M與k的比值比較容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律，改變小車質(zhì)量重復(fù)測量比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)M/k的值近似于2倍。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)論的探討

這個(gè)結(jié)論的得出是實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差的存在使得數(shù)據(jù)與結(jié)論不能完全符合，所以需要理論上的驗(yàn)證。然后創(chuàng)設(shè)圖一的物理情境通過牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)論。這樣既可以將試驗(yàn)探究和理論驗(yàn)證有機(jī)地結(jié)合起來，使得結(jié)論更具有說服力，又可以使學(xué)生明確理論推導(dǎo)的目的。

符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的新設(shè)計(jì)從開始由已認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)結(jié)論出發(fā)，在對(duì)結(jié)論不斷地完善的過程中發(fā)現(xiàn)新問題，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的推理，使新問題具體化。最后對(duì)具體化的問題進(jìn)行合理的猜想并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證最終形成統(tǒng)一的結(jié)論，從而提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的探究水平。