張清和

摘 要：傳統(tǒng)的課堂以知識灌輸為主，導(dǎo)致學(xué)生對知識的理解往往是表面的、零星的、不連續(xù)的。當(dāng)遇到新的問題、新的題境，會感到無從下手，因為學(xué)生在以科學(xué)知識為中心的教學(xué)過程中得到的是識記能力的訓(xùn)練，只有以科學(xué)方法為中心的教學(xué)才能夠?qū)⑺季S訓(xùn)練從頭到尾灌輸?shù)綄W(xué)習(xí)過程中的每一個環(huán)節(jié)，學(xué)生將從過程和方法中得到系統(tǒng)、完整的知識架構(gòu)，學(xué)生的能力得以充分、全面的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機械能守恒;科學(xué)方法;邏輯思維

一、背景

科學(xué)知識和科學(xué)方法是科學(xué)課程的兩大組成部分[1]。物理課程是重要的科學(xué)課程之一，我們應(yīng)通過科學(xué)方法得到科學(xué)知識并實現(xiàn)對科學(xué)知識的應(yīng)用。這樣才能實現(xiàn)學(xué)生知識體系構(gòu)建和智力發(fā)展的平行與同步。如果以科學(xué)知識為中心設(shè)計教學(xué)，學(xué)生對知識的理解往往是表面的、零星的、不連續(xù)的。達不到靈活運用的目的;如果按照科學(xué)方法的邏輯設(shè)計教學(xué)，學(xué)生將從中得到系統(tǒng)、完整的知識架構(gòu)，更重要的是在這個過程中學(xué)生的能力能得到發(fā)展。

筆者以“機械能守恒定律”一堂課為載體，按照學(xué)生的認識發(fā)展規(guī)律，通過實驗歸納和理論推導(dǎo)雙管齊下，將科學(xué)方法貫穿到整節(jié)課中。讓學(xué)生在獲得知識的同時獲得有效的思維訓(xùn)練和邏輯訓(xùn)練。

二、教學(xué)設(shè)計

遵循科學(xué)方法的教學(xué)邏輯以及學(xué)生的認識過程，筆者將這節(jié)課設(shè)計為以下三個維度、四個步驟如圖1所示：

從科學(xué)探究的四大要素（第一維度）出發(fā)對上課的流程（第二維度）進行合理設(shè)計，讓學(xué)生在每個過程結(jié)束后獲得相應(yīng)的經(jīng)驗（第三維度）。具體內(nèi)容如下：

（一）提出問題

1.讓同學(xué)們通過不同場景動手感受能量轉(zhuǎn)化的過程，形成感性認識。

具體操作如下：每組選兩位同學(xué)上臺，根據(jù)真實的圖片情境（擺鐘、過山車、射箭、蹦蹦床），從給定器材中選一個跟情境相對應(yīng)的器材（單擺，軌道和小球，弓箭，彈跳小人）a.演示動能和勢能轉(zhuǎn)化的運動過程;b.描述能量轉(zhuǎn)化過程。

2.引導(dǎo)學(xué)生猜想運動過程中機械能總量如何變化。

（二）尋找證據(jù)

對實驗過程的設(shè)計，筆者采用從小到大，從點到線，以循序漸進的方式讓學(xué)生一步步得出結(jié)論。

1.實驗1：對比單擺下落過程中兩個位置

圖2，光電門在下擺的過程中，會被這些小圓鈕阻斷信號，從而得到穿過這些小圓鈕的瞬時速度。這些小圓鈕高度間間隔是恒定的。

在下擺過程中任意選取兩個位置（以④，⑥點為例），讓學(xué)生按照下表中的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)測量和計算。

讓學(xué)生對表中的數(shù)據(jù)進行分析，得出結(jié)論：在一定誤差范圍內(nèi)，下擺過程中的兩個點間：（1）勢能減小=動能增加;（2）機械能相等。

2.實驗2：完整周期擺動

為了讓結(jié)論具有普遍性，測量兩個點是不夠的，我們需要觀察整個運動過程。

（三）理論解釋

為了看清事物的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生對背后原理進行探究。在探索的道路上學(xué)生從來不應(yīng)該是孤獨前行的，需要老師的引導(dǎo)和陪伴。筆者將大問題分解成幾個小步驟，讓學(xué)生的思考“有跡可循”。以下圖運動過程為例：

分析圖4中從位置1到2的能量問題：

1.根據(jù)動能定理，思考動能變化原因。

生：動能定理：W合=ΔEk，即重力做正功導(dǎo)致動能增加。

2.根據(jù)重力做功與重力勢能的變化關(guān)系，思考勢能變化原因。

生：重力做功與重力勢能變化關(guān)系：WG=ΔEp，即重力做正功導(dǎo)致重力勢能減少。

3.從而思考動能和勢能轉(zhuǎn)化關(guān)系以及兩點的機械能關(guān)系。

生：ΔEk=-ΔEp，即減小的勢能等量轉(zhuǎn)化為增加的動能。

Ek2-Ek1=Ep1-Ep2;Ep1+Ek1=Ep2+Ek2，即機械能相等。

師：因為1，2兩個點具有普遍性，所以可以得出整個過程中機械能守恒的結(jié)論。另外我們可以在這個過程中看出能量轉(zhuǎn)移和能量守恒之間本就是共生關(guān)系，是同一事物在不同視角下的結(jié)果。

4.思考機械能守恒是否需要條件？

生：機械能守恒的條件是：W合=WG，即只有重力做功！

5.乘勝追擊，思考如果有重力以外的其他力做功，機械能總量如何？

生：WG+W其他=ΔEk;WG=-ΔEp

W其他=ΔEk+ΔEp=（Ep2+Ek2）-（Ep1+Ek1）

說明如果其他力做正功，機械能增加;其他力做負功，機械能減小。比如在單擺實驗中摩擦力做負功，導(dǎo)致機械能減小。

參考文獻：

邢紅軍，陳清梅.從知識中心到方法中心：教學(xué)教育理論的重要轉(zhuǎn)變[J].首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，32（6）：20-26.

編輯 杜元元