[摘? ?要]“功”蘊含著典型的物理思想和方法，通過合理的設計讓學生經(jīng)歷物理概念和規(guī)律的建構(gòu)過程，將有助于提高他們的物理核心素養(yǎng)。文章通過分析教材、學情，結(jié)合核心素養(yǎng)和新課程標準理念設計“功”的教學方案，并在文中相應部分注明“設計意圖”。該教學方案以生活實例為基礎，以思維為中心，注意引導學生參與各類活動。

[關鍵詞]功;核心素養(yǎng);等效思想;設計意圖

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）32-0038-04

一、教材分析

本課題選自人教版物理必修2第七章《機械能守恒定律》第二節(jié)“功”。

1.功的地位與特點

功是聯(lián)系運動和力的橋梁，功和能是貫穿本章始末的兩個重要概念。本章是以“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”為教學線索的，如重力勢能、彈性勢能、動能等具體的表達式都是通過這條線索引入的。后面探究守恒定律，涉及能量的轉(zhuǎn)化過程，而能量的轉(zhuǎn)化與做功是緊密聯(lián)系在一起的。因此，本章的主干知識都與功有密切的聯(lián)系，所以，對功的學習，就成為本章的重點。

2.功的內(nèi)涵的教育價值

本節(jié)課蘊含著典型的物理思想和方法，功的概念和公式的學習過程，是物理概念和規(guī)律的經(jīng)典建構(gòu)過程。讓學生經(jīng)歷這樣的過程，將有助于提高他們的物理核心素養(yǎng)。

二、學情分析

1.學生具備的基礎

學生在初中就對“功”有了初步的認識，學習了力與物體運動方向相同的情況下功的計算。但是，初中階段是用距離，不是用位移來分析的。在高中階段已經(jīng)學習了位移、力的合成與分解、標量與矢量等相關知識。

通過第一節(jié)《追尋守恒量——能量》的學習，學生已經(jīng)認識到，物體受到力的作用，通過一段位移，會產(chǎn)生某種能量的變化，很多情況不需要研究這種能量。即學生已經(jīng)初步體驗到“功與能量轉(zhuǎn)化”的密切關系。

2.學習中可能存在的困難

（1）概念的抽象性。“功和能”是貫穿本章的主線，但它們都是高度抽象的概念。

（2）功是標量的理解。力是矢量，位移是矢量。而功的定義是：“作用于物體上的力和受力點沿力的方向的位移的乘積?！睕]有矢量的叉乘與點乘的知識做鋪墊，僅從功的二要素和定義看，學生往往難以理解功的標量性。

三、教學目標

1.初步認識功與能量變化的關系。

2.理解功的概念，知道做功的兩個要素。通過功的概念的建立、計算公式的導出、功的求解等過程培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

3.理論探究力與位移成一定夾角時功的公式，體會合力與分力等效的思想方法。掌握功的公式，知道其適用范圍，會用公式進行計算。

4.理解正功和負功的意義，理解功是標量，會根據(jù)公式計算多個力的總功。

5.體驗物理知識在生產(chǎn)生活中的廣泛應用，激發(fā)探究的興趣和學習的熱情。

6.通過生活實例，培養(yǎng)學生觀察生活、熱愛生活的良好品質(zhì)。

四、教學重難點

1.根據(jù)課標定重點

《普通高中物理課程標準（2017年版）》對這部分的要求是：“理解功……”“分析物體移動的方向與所受力的方向不在一條直線上時，該力所做的功?！?/p>

因此，本節(jié)課的重點是，功的概念和功的計算公式。

2.根據(jù)學生定難點

從上述學情分析可知，功的標量性是學習難點。

根據(jù)教學經(jīng)驗，如果直接問學生：功是矢量還是標量？由于功的二要素都是矢量，學生往往會認為“功是矢量”。受此影響，不少學生在后續(xù)處理多個力的問題時，總功與各力做功的關系往往停留在識記階段，并沒有真正的理解。

因此，本節(jié)課的難點是，功的標量性以及總功與各力做功關系的理解。

五、設計思想和教學策略

1.設計思想

美國教育家泰勒說：“教師的責任就在于運用各種方法、手段讓學生置身于一個可以活躍心靈以及充滿智慧與人類經(jīng)驗的環(huán)境中?！北竟?jié)課給學生提供較為豐富的資源，以生活實例為基礎，以思維為中心，設計相關問題，引導學生參與各類活動，逐步學習探究問題的方法。在教學過程中滲透運動觀、能量觀等物理觀念，注重培養(yǎng)學生的科學思維和實驗探究能力。

2.設計思路

借助多媒體資源，以《西游記》人物豬八戒扶唐僧上馬有功、沙和尚挑擔無功，引入新課。

功的定義，從功和能量的密切關系入手，利用簡潔性原則進行定義。分析改變能量的方式，得到功的二要素，從要素的組合得到功的概念，這種設計符合教材以“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”為線索的展開方式。

本節(jié)課的設計圍繞五個活動展開：為什么要引入功？如何定義功？怎樣計算功？正負功的意義是什么？怎樣計算合力的功？通過實際情境設置探究問題，采用獨立探究，小組探究，師生共同探究的方式，逐步引導學生在討論、展示、反饋的課堂互動中，建構(gòu)對功的認識。

重點突破：從上一節(jié)《追尋守恒量——能量》談到能量的轉(zhuǎn)化;從能量的轉(zhuǎn)化和功能關系，使學生明白引入功的必要性;基于生活中的基本動作和學生參與的互動實驗，探究“功”的來歷和做功的要素;通過力與位移平行、力與位移垂直兩種特殊情景，并利用等效思想，推導出力與位移成任一角度的一般表達式;從對功的一般表達式的深化研究得出功有正、負。

難點突破：引導學生分析矢量遵循的合成法則，并通過實例探究幾個力做功和它們的合力做功的關系，判斷功的標量性;通過“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”進一步理解功的標量性，并為以后探究彈性勢能、動能的表達式埋下伏筆。

3.教學方式

探究—研討法，討論法。

六、教學過程

[創(chuàng)設情境，導入新課]

播放：《西游記》主題曲《敢問路在何方》和相關圖片（如圖1）。

師：沙和尚挑擔和豬八戒扶唐僧上馬，都在工作。但是，從物理學角度看，豬八戒做工，有功。而沙和尚做工，卻無功 ，為什么？

設計意圖：選取長盛不衰的經(jīng)典故事導入新課，能激發(fā)學生的學習興趣，引起學生的探究欲望。

[新課教學]

（一）功

1.功的二要素

播放視頻：列車啟動（圖2）;起重機吊起貨物（圖3）;演示射箭（圖4）。

組織學生討論：

（1）這些過程，能量是如何轉(zhuǎn)化的？

（2）這些現(xiàn)象從力和運動方面分析，共同的特征是什么？你能看出來嗎？

引導總結(jié)：

這些現(xiàn)象的共同特征是：有力作用在物體上，物體發(fā)生了一段位移。

師：在工業(yè)發(fā)展的過程中，科學家通過研究逐漸認識到，如果物體在力的作用下，能量發(fā)生了變化，物體一定運動了一段位移。為了研究問題方便，這種現(xiàn)象，我們給他起個名稱，叫“功”。

（3）對物體做功的必要條件（要素）是什么？

引導：請大家思考，物體受到力的作用，發(fā)生了位移，一定有功嗎？

學生思考討論。

師：下面，請一位同學來做一個小實驗，把這個箱子提起來，并勻速走幾步。

（4）演示：學生提著箱子水平勻速運動一段距離。

箱子的能量發(fā)生變化了嗎？

這位同學對箱子的力的方向向哪里？

這個力對箱子做功嗎？

引導總結(jié)：做功的必要條件是：力和力方向上的位移。

設計意圖： ①讓學生體會，功的概念是源于社會發(fā)展的需要。②引導學生從能量轉(zhuǎn)化的角度得到功的二要素，理解引入功概念的必要性。③體現(xiàn)課標理念：“從生活走向物理。”

2.功的定義

關于功的定義，利用簡潔性原則，引導學生對功進行定義。

（1）定義

師：物理學總是追求一種簡潔的表示方法。如果你是科學家，請你思考，根據(jù)以上做功的實例，在沒有別的限制的情況下，功的最簡潔的定義應該是什么？

學生思考。

師：這位同學，請你來當科學家，談談你給功下的定義。

這位同學的定義是：“力和力方向上位移的乘積?！蔽覀儼堰@個定義與法國科學家科里奧利的定義，進行比較。請看教材57頁，第二段，最后兩行。

學生閱讀。

師：我們的定義與科學家的定義進行比較，結(jié)果如何？

生：一樣的！

（2）回顧課題引入

豬八戒扶唐僧上馬有功，沙和尚挑擔無功（如圖5）。為什么？

學生思考討論。

……

設計意圖：①引導學生給“功”下定義。②通過分析本節(jié)課引入的案例，體現(xiàn)“從物理走向社會” 的課標理念。③通過對比科學家的定義，讓學生體會成功的喜悅，從而增強學生研究物理的好奇心與求知欲。

3.功的公式

（1）分解力

根據(jù)從特殊到一般的推廣思想，并借助等效思想，引導學生探究求功的一般表達式：[W=Flcosα]。

師：這沙僧，累得一身汗，結(jié)果還沒有功！如果沙僧還是運送行李，他也想做功。怎么辦？請大家?guī)退雮€辦法。

引導思考：周末的時候，很多學生拉著箱子，回家。

如果沙僧不是挑擔，也像大家那樣拉“箱子”（圖6），沙僧對箱子的拉力方向向哪里？

此時，拉力與位移既不垂直，也不平行。而是成某一角度[α]，此時，力的功又如何表示？

思考1：能不能設法把我們不能處理的，力與位移成任意角的功，轉(zhuǎn)化為能夠處理的問題？

思考2：根據(jù)合力與分力的概念，力F的作用效果，可以用哪兩個我們方便分析的力來等效代替？

① 與方向一致時，功的計算

如圖7，物體在水平恒力的作用下，水平運動一段位移l。

則，力做的功如何表示？

[W=Fl]

②與方向垂直時，功的計算

如圖8用豎直向上的力提著物體水平勻速前行一段位移。力對物體做了多少功？

力對物體不做功，或者說做功[W=0]。

③力F方向與運動方向成某一角度時，功的公式

學生理論探究。

探究后，利用投影儀展示學生的做法。

總結(jié)：利用分解力的方法，將力分解到平行于位移和垂直于位移的兩個方向上。將未知的復雜的問題等效轉(zhuǎn)化為兩個已知的簡單的問題，從而化繁為簡、化難為易。

等效思想，是研究自然科學的重要思想方法。

（2）深化拓展：分解位移

在學生根據(jù)分解力的方法得出求功的公式后，再引導學生，利用分解位移的方法思考求功的公式。

（3）文字表述

學生思考并總結(jié)得出結(jié)論。

設計意圖：①從特殊到一般，引導學生探究，求功的一般表達式。②滲透等效思想，學會將復雜的不能處理的問題轉(zhuǎn)化為簡單的能夠處理的問題。③引導學生用準確的語言將精煉的物理公式表述清楚。④培養(yǎng)學生多角度、靈活分析問題的科學推理能力。

4.功的單位：焦耳，符號J

（二）功的正負

師：有了功的公式，功的正負就水到渠成了。請大家討論做功正負的各種情況。

克服某力做功：力對物體做負功，這個力阻礙物體的運動。在物理學上常常說成，物體克服這個力做功。

設計意圖：①理解功的正負及與能量轉(zhuǎn)化的關系，引導學生從多個角度思考問題。②為理解功是標量做好鋪墊。

（三）功是標量

通過分析各個力做功的代數(shù)和與合力做功的關系，證明功是標量。

1.練習

在光滑水平面上，物體受到兩個沿水平方向、互相垂直的大小分別為F1=4 N和F2=3 N的恒力（如圖14），從靜止開始運動L=10 m，求：

（1）F1、F2分別做的功;

（2）合力做的功。

學生展示，求解過程。

師生共同分析評價……

師：根據(jù)上述分析過程，我們可以發(fā)現(xiàn)，各個力對物體做的功與合力對物體做的功，有什么關系？

猜想功是矢量還是標量。如何證明你的猜想？

學生分析有困難時，可適當點撥，并引導學生思考：區(qū)分矢量、標量的標準是什么？

設計意圖：①培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、合理猜測的能力。②利用合成法則引導學生分析功是標量，培養(yǎng)學生的證據(jù)意識。③練習功的公式。

2.一般驗證

師：這個結(jié)果，會不會是一個偶然？其他情況的合成，也遵循代數(shù)和關系嗎？要想使我們的猜想更可靠，怎么辦？

引導學生分析物體受多個力，成任意角的情況。

3.結(jié)論：功是標量

設計意圖：①引導學生根據(jù)合成法則理解功是標量，實現(xiàn)難點的突破。②通過理論探究，培養(yǎng)學生分析論證的能力。

（四）拓展延伸，變力做功

引導學生回憶勻變速直線運動位移公式的推導過程，并遷移到對變力做功情況的分析。

設計意圖：①彈性設計，根據(jù)時間靈活安排。②類比遷移，培養(yǎng)學生的等效思維能力。③留下懸念，為探究彈性勢能的表達式埋好伏筆。

[總結(jié)]

引導學生從物理觀念、科學思維、科學態(tài)度等方面，總結(jié)本節(jié)課的要點。

（1）你學習了哪些知識？

（2）運用了哪些物理思想方法？

（3）對你感觸最深的是什么？

（4）關于功，你還想知道什么？

[作業(yè)]

1.（必做）本節(jié)學案。

2.（選做）回顧歷史，從路程到位移。

早期的工業(yè)革命中，工程師用物體受的力與路程的乘積作為機械功的量度。請您查閱資料，了解科學家對功的認識過程。請思考：

在功的定義中，科學家為什么把其中的路程修訂為位移？

設計意圖：①學以致用，鞏固本節(jié)知識。②借助科學史，使學生了解功的概念的發(fā)展過程，理解其中蘊含的科學思維。

七、板書設計

（一）功

1.定義：力和在力的方向上發(fā)生的位移的乘積。

2.功的二要素（略）。

3.公式W = Fl cos α。

4.功的單位：焦耳，符號：J。

（二）功的正負

（三）功是標量，合成遵循代數(shù)和

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 人民教育出版社，課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書：物理（必修2）教師教學用書[M].3版.北京：人民教育出版社，2010.

[2]? 金遜.科學探究能力目標之本質(zhì)[J].新課程研究（基礎教育），2007（7）：3-6.

[3]? 金遜.利用熱點時事提高教學效果[J].物理教學探討，2004（7）：21-22.

（責任編輯 易志毅）