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        運(yùn)用PCK理論優(yōu)化教學(xué)

        2018-10-29 11:15:58徐超
        物理教學(xué)探討 2018年7期

        徐超

        摘 要:本文運(yùn)用PCK理論系統(tǒng)分析機(jī)械能守恒定律的地位、價(jià)值、難點(diǎn)和教學(xué)策略,將學(xué)科知識(shí)進(jìn)行組織、調(diào)整與呈現(xiàn),以進(jìn)行有效教學(xué),使知識(shí)主線更加明晰,教學(xué)策略更加科學(xué)高效。

        關(guān)鍵詞:機(jī)械能;PCK;守恒;條件

        中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2018)7-0028-2

        機(jī)械能守恒定律是高中物理中非常重要的定律,也是教學(xué)及考查的重點(diǎn),然而,學(xué)生很難理解抽象的能量總量不變。PCK與其說(shuō)是一種知識(shí),不如說(shuō)是教師特有的“轉(zhuǎn)化”的智能,即將學(xué)科知識(shí)“轉(zhuǎn)化”成學(xué)生有效獲得知識(shí)的學(xué)科教學(xué)智能。教師先通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì),將學(xué)科的知識(shí)轉(zhuǎn)化成教學(xué)的知識(shí),再通過(guò)課堂教學(xué),使教學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的知識(shí)。在兩次轉(zhuǎn)化中,要考慮下面4個(gè)方面問(wèn)題。

        1 “機(jī)械能守恒定律”的內(nèi)容及其教育價(jià)值

        機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變。

        教育價(jià)值:它是能量守恒定律在機(jī)械能中的具體體現(xiàn),是理解“守恒”這一重要思想的重要契機(jī),對(duì)今后學(xué)習(xí)其他守恒定律有非常大的幫助。

        2 “機(jī)械能守恒定律”與其他教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系

        學(xué)生知道重力做功會(huì)引起重力勢(shì)能的變化,彈力做功將使彈性勢(shì)能發(fā)生變化,合外力的功將引起物體動(dòng)能的變化。機(jī)械能守恒定律可以看作前面所學(xué)動(dòng)能定理在只有重力和彈力做功情形下的特殊形式,同時(shí)也是能量守恒的特殊形式,為后面全面學(xué)習(xí)能量守恒定律奠定基礎(chǔ)。學(xué)好這一定律對(duì)學(xué)生全面理解“守恒”這一重要的物理思想有很重要的意義。

        3 學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律時(shí)可能的困難

        能量是看不見摸不著的,雖然能量的變化很好體會(huì),但量的確定比較困難,尤其是總量不變更加難以界定,所以對(duì)守恒的建立過(guò)程有很大的難度。其次,機(jī)械能守恒定律是有條件的守恒,對(duì)條件中只有重力或彈力做功的理解,也是學(xué)生經(jīng)常理解不到位的地方。

        4 幫助學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律的教學(xué)策略

        策略一:運(yùn)用實(shí)驗(yàn)化抽象為形象,進(jìn)行“預(yù)測(cè)—觀察—解釋”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

        實(shí)驗(yàn)加對(duì)比:釋放一個(gè)大鐵球在最低點(diǎn)撞玻璃板(碎), 在最高點(diǎn)撞紙(不破)。

        誘思:擺球?yàn)槭裁磿?huì)撞破玻璃,動(dòng)能來(lái)自哪里?擺回過(guò)程中,動(dòng)能到哪里去了?

        在微阻力的情況下,彈簧振子(如圖1)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)。

        對(duì)比時(shí)可以關(guān)掉氣泵,彈簧振子很快停下來(lái)。學(xué)生很好理解只有彈力做功,機(jī)械能也是守恒的。阻力的作用會(huì)使機(jī)械能損失。

        策略二:運(yùn)用DIS將隱藏的能量顯現(xiàn)出來(lái)。

        擺球能夠擺動(dòng)到原來(lái)的高度,說(shuō)明擺動(dòng)過(guò)程中,重力勢(shì)能的變化和動(dòng)能的變化有什么關(guān)系?

        猜想:可能相等。怎么樣確定是否相等呢?

        驗(yàn)證:動(dòng)能和勢(shì)能的總和是否變化。

        擺球?qū)嶒?yàn):如圖2所示,4個(gè)光電門測(cè)時(shí)間,已知擺球直徑d=0.01 m,可以計(jì)算出經(jīng)過(guò)每一個(gè)光電門時(shí)的速度。

        策略三:理論探究。重力勢(shì)能的減少量和動(dòng)能的增加量近似相等,是一種偶然嗎?怎樣證明?

        實(shí)驗(yàn)是一種思路,想嚴(yán)密還需進(jìn)行理論探究。為了更好地證明,我們繼續(xù)對(duì)擺球進(jìn)行分析,僅僅圍繞引入的擺球運(yùn)動(dòng),不用轉(zhuǎn)換研究對(duì)象。

        情景:如圖3所示,擺球擺動(dòng)過(guò)程中,經(jīng)過(guò)離地面高度為h1的A點(diǎn)時(shí)速度為v1,下落到高度為h2的B點(diǎn)時(shí)速度為v2,試寫出物體在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能和在B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能,試判斷物體在A點(diǎn)的機(jī)械能E1和在B點(diǎn)的機(jī)械能E2的關(guān)系。

        利用實(shí)驗(yàn),通過(guò)理論推導(dǎo),讓學(xué)生更加全面地理解機(jī)械能守恒定律。

        策略四:直接講機(jī)械能守恒的條件,學(xué)生不容易理解,讓學(xué)生反過(guò)來(lái)思考擺球?yàn)槭裁磿?huì)停下來(lái),發(fā)現(xiàn)是阻力的作用將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成其他形式的能量,進(jìn)而理解為什么只能是重力(或彈力)做功。

        拓展:舉出你認(rèn)為機(jī)械能守恒的例子并從簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行分類。

        (1)只受重力或彈力。

        (2)除重力或彈力外還受其他力,但其他力不做功。

        蕩秋千慢慢停下來(lái)的過(guò)程中,機(jī)械能守恒嗎?為什么不?怎樣可以擺到原來(lái)的高度?展示電動(dòng)秋千,如果及時(shí)補(bǔ)充因阻力做功損失的機(jī)械能,那么就可以保持機(jī)械能守恒。

        (3) 除了重力或彈力做功外,其他力也做功,但是其他力做的功為零。

        策略五:反思拓展。得到機(jī)械能守恒定律是在只有重力做功的情況下,我們通過(guò)引導(dǎo)還可以發(fā)現(xiàn)彈力做功也有類似的規(guī)律,于是進(jìn)一步拓展形式和條件,推廣機(jī)械能守恒定律的使用范圍。

        第二種:△Ek=-△EP,從轉(zhuǎn)化的角度,動(dòng)能增加量等于勢(shì)能減小量。

        策略六:生活化的例題。

        【例題】 在下列實(shí)例中運(yùn)動(dòng)的物體,不計(jì)空氣阻力,機(jī)械能不守恒的是( )

        A.物體做平拋運(yùn)動(dòng)

        B.在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)山車

        C.沿滑梯下滑的你

        D.起重機(jī)勻速吊起貨物

        結(jié)語(yǔ):運(yùn)用PCK理論可以讓我們更加清楚地知道傳授物理知識(shí)的重要作用和教學(xué)難點(diǎn),引導(dǎo)我們綜合運(yùn)用多種手段降低教學(xué)難點(diǎn),優(yōu)化教學(xué)流程,培養(yǎng)學(xué)生的物理思維,提高核心素養(yǎng)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]朱連云.小學(xué)數(shù)學(xué)新手和專家教師PCK比較的個(gè)案研究——青浦實(shí)驗(yàn)的新世紀(jì)行動(dòng)之四[J].上海教育科研,2007(10):47-50.

        (欄目編輯 鄧 磊)

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