楊川

摘 ? 要：情景創(chuàng)設(shè)是物理概念教學(xué)的重要輔助手段。文章以動(dòng)能定理的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，通過(guò)增設(shè)實(shí)驗(yàn)情景，推導(dǎo)動(dòng)能定理表達(dá)式;創(chuàng)設(shè)生活情景，加深對(duì)動(dòng)能定理的理解;展示社會(huì)情景，幫助學(xué)生鞏固動(dòng)能定理的應(yīng)用。以期幫助學(xué)生更好地掌握動(dòng)能定理的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也希望能為教師的教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：動(dòng)能定理;情景創(chuàng)設(shè);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）1-0067-3

建構(gòu)主義者提出了情境性認(rèn)知的觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)、知識(shí)和智慧的情境性，認(rèn)為知識(shí)是不可能脫離活動(dòng)情境而抽象存在的，學(xué)習(xí)應(yīng)該與情境化的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合起來(lái)[1] 。培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中解決問(wèn)題的能力，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要手段。

《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》中，對(duì)“情境”的解釋為“情景;境地”，對(duì)“情景”的解釋為“（具體場(chǎng)合的）情形;景象”[2]。從內(nèi)涵看，情境和情景意思相近，情景可以看作情境的具體化、細(xì)節(jié)化。物理學(xué)是一門(mén)自然科學(xué)，物理研究離不開(kāi)觀察和實(shí)驗(yàn)，物理教學(xué)也離不開(kāi)情景創(chuàng)設(shè)。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與物理知識(shí)相關(guān)的具體情景，帶領(lǐng)學(xué)生通過(guò)情景理解知識(shí)，通過(guò)情景掌握知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)情景、生活情景、社會(huì)情景將書(shū)本知識(shí)的學(xué)習(xí)變成一個(gè)直觀、生動(dòng)的體驗(yàn)過(guò)程。學(xué)生在直接經(jīng)驗(yàn)的幫助下理解間接經(jīng)驗(yàn)，在教師創(chuàng)設(shè)的情景中將知識(shí)融會(huì)貫通，并熟練運(yùn)用。

《動(dòng)能和動(dòng)能定理》是人教版必修2第七章第七節(jié)的課程內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求為：理解動(dòng)能的定義和推導(dǎo)動(dòng)能定理，并應(yīng)用動(dòng)能定理解決實(shí)際問(wèn)題。由于動(dòng)能定理是高中物理考綱要求的主干知識(shí)，對(duì)后面機(jī)械能守恒定律和能量守恒定律有重要的啟示和鋪墊作用，因此，筆者決定在上一節(jié)實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，得出決定動(dòng)能的相關(guān)因素——質(zhì)量與速度，再用熟悉的物理情景進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，探究功與動(dòng)能的定量關(guān)系（推理、演繹、歸納），最后應(yīng)用動(dòng)能定理。

本文以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的教學(xué)設(shè)計(jì)片段為例，介紹三種物理情景的創(chuàng)設(shè)方法，幫助學(xué)生掌握動(dòng)能定理的相關(guān)知識(shí)。

1 ? ?創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情景，推導(dǎo)動(dòng)能定理表達(dá)式

教師將小車(chē)放在水平軌道上，一根細(xì)線(xiàn)穿過(guò)定滑輪，一端連在小車(chē)上，另一端連在鉤碼上。由于小車(chē)與軌道之間的摩擦力為滾動(dòng)摩擦力，比較小，可以忽略不計(jì)，這樣水平方向就只受拉力。請(qǐng)同學(xué)們注意觀察這個(gè)過(guò)程，看小車(chē)做的是什么運(yùn)動(dòng)。然后思考：

情景一：質(zhì)量為m的小車(chē)在繩拉力F的作用下（不計(jì)阻力），沿水平軌道發(fā)生一段位移l，速度從v1增加到v2。如圖1所示，試尋求這個(gè)過(guò)程中拉力F做的功與m、v1、v2的關(guān)系？

讓學(xué)生上臺(tái)展示他的推導(dǎo)過(guò)程，老師點(diǎn)評(píng)。

然后開(kāi)始做第二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，教師把小車(chē)倒過(guò)來(lái)，這個(gè)時(shí)候小車(chē)與軌道之間的摩擦就不再是滾動(dòng)摩擦了。請(qǐng)同學(xué)們注意觀察這個(gè)過(guò)程，看小車(chē)做的是什么運(yùn)動(dòng)。然后思考：

情景二：質(zhì)量為m的小車(chē)在繩拉力F的作用下，沿粗糙水平面運(yùn)動(dòng)了一段位移l，受到的摩擦力為Ff，速度從v1變?yōu)関2。如圖2所示，試尋求這個(gè)過(guò)程中合力做的功與m、v1、v2的關(guān)系？

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)這兩個(gè)等式來(lái)猜測(cè)動(dòng)能的表達(dá)式：

（1）由于前面已經(jīng)知道物體的動(dòng)能跟物體質(zhì)量和速度有關(guān)，并且以上兩個(gè)等式中的mv2跟質(zhì)量和速度有關(guān)系，所以有理由相信它就是我們要找的動(dòng)能表達(dá)式。

（2）我們知道做功是能量的量度，因此等式左邊是力所做的功，右邊必然是能量的變化，說(shuō)明mv2應(yīng)該是一種能量，基于這一點(diǎn)我們更加有理由相信它就是我們要找的動(dòng)能表達(dá)式。

因此得出結(jié)論，mv2就是我們要找的動(dòng)能表達(dá)式。

根據(jù)情景一和情景二中分析得到的這兩個(gè)等式，提出問(wèn)題：是否可以把這兩個(gè)等式統(tǒng)一起來(lái)？

發(fā)現(xiàn)情景一中，物體所受繩的拉力就是物體所受的合力，這樣就把這兩個(gè)式子統(tǒng)一起來(lái)了。然后請(qǐng)學(xué)生用一句話(huà)來(lái)描述這個(gè)等式想告訴我們的物理規(guī)律：物體所受的合外力就等于物體動(dòng)能的變化。這樣就引出動(dòng)能定理。

2 ? ?創(chuàng)設(shè)生活情景，加深對(duì)動(dòng)能定理的理解

情景三：足球被踢出后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，阻力對(duì)足球做了-5 J的功，那么在這個(gè)過(guò)程中足球的動(dòng)能怎么變化？如圖3所示。

通過(guò)這道題的分析，讓學(xué)生總結(jié)出：合力對(duì)物體所做的功就是動(dòng)能的量度，合力做多少功，動(dòng)能就相應(yīng)變化多少。

然后，引導(dǎo)學(xué)生來(lái)探索動(dòng)能定理的適用范圍：

前面在分析情景一和情景二的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這兩種情景中物體受到的都是恒力，并且它們的運(yùn)動(dòng)軌跡都是直線(xiàn)，那就說(shuō)明動(dòng)能定理適用于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和恒力做功，那它適用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和變力做功嗎？要解決這個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)該先建立一個(gè)實(shí)際的物理模型。

首先，給學(xué)生展示一個(gè)小朋友玩滑梯的情景（如圖4），接著引導(dǎo)學(xué)生從物理的角度來(lái)分析一下小孩實(shí)際的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，得出物理模型。

物理模型：小孩在變力作用下沿滑梯向下做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，那么在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能定理成立嗎？

引導(dǎo)學(xué)生用微元法來(lái)分析這個(gè)過(guò)程并得出結(jié)論：

既適用于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng);

既適用于恒力做功，也適用于變力做功。

既然動(dòng)能定理適用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和變力做功，因此接下來(lái)我們用動(dòng)能定理解決以上物理模型的問(wèn)題。

情景四：根據(jù)滑梯的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6675.11-2007，6歲至9歲的兒童滑梯安全速度小于等于22 km/h，如果一個(gè)7歲的小孩質(zhì)量m=20 kg，從靜止開(kāi)始從最高點(diǎn)沿滑梯向下運(yùn)動(dòng)，最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的高度差h=2 m，整個(gè)過(guò)程摩擦力對(duì)小孩做了-150 J的功，請(qǐng)判斷小孩滑到最低點(diǎn)時(shí)，是否安全？（g=10 m/s2）

請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)求解，老師再作補(bǔ)充。首先，將滑梯上的小孩看作質(zhì)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行受力分析。然后，對(duì)小孩從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理進(jìn)行計(jì)算。用動(dòng)能定理解題時(shí)首先要明確研究對(duì)象，然后明確研究過(guò)程，這樣我們就用動(dòng)能定理解決了滑梯模型。

3 ? ?展示社會(huì)情景，幫助學(xué)生鞏固動(dòng)能定理的應(yīng)用

接下來(lái)請(qǐng)學(xué)生看我國(guó)第一艘航母遼寧艦上艦載機(jī)起飛的畫(huà)面，這標(biāo)志著我國(guó)是繼美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)之后第五個(gè)掌握艦載機(jī)技術(shù)的國(guó)家。艦載機(jī)技術(shù)之所以難以掌握，其中一點(diǎn)就是艦載機(jī)要通過(guò)很短的距離獲得很大的動(dòng)能，這對(duì)于動(dòng)力以及軌道的要求是很高的。又由于艦載機(jī)在加速過(guò)程中受到的是變力，并且做的是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以如果我們要研究這個(gè)過(guò)程中位移、力、動(dòng)能的關(guān)系，我們就需要運(yùn)用動(dòng)能定理。

教師總結(jié)提升：正是由于動(dòng)能定理適用于變力做功以及曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以在解決很多實(shí)際的力學(xué)問(wèn)題中，動(dòng)能定理得到了廣泛的應(yīng)用。

4 ? ?總 ?結(jié)

通過(guò)上節(jié)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以具有這樣的前概念：通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出做功與物體速度的關(guān)系W∝v2，從而初步理解了做功可以改變物體的動(dòng)能。高中生的認(rèn)識(shí)規(guī)律是從感性到理性、從定性到定量，所以本節(jié)課設(shè)計(jì)了利用細(xì)繩拉動(dòng)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生自己推理、歸納動(dòng)能和動(dòng)能定理的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行情景分析，培養(yǎng)其思考和創(chuàng)新能力，效果良好。

本節(jié)課難點(diǎn)在于動(dòng)能定理的理解和運(yùn)用，通過(guò)創(chuàng)設(shè)物理情景，將抽象的物理概念、物理定義、物理公式與學(xué)生在實(shí)際中看得見(jiàn)、摸得著的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生通過(guò)情景體驗(yàn)物理，通過(guò)實(shí)際情景學(xué)習(xí)物理，逐步內(nèi)化物理知識(shí)。在創(chuàng)設(shè)情景的時(shí)候，包含情景的多樣性，從實(shí)驗(yàn)情景到生活情景，再推廣到社會(huì)情景;在挑選例題的時(shí)候，注重其代表性，例題內(nèi)容從恒力到變力，從直線(xiàn)到曲線(xiàn)，遵從由淺入深、層層遞進(jìn)的思路，幫助學(xué)生順利完成動(dòng)能定理的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大均.教育心理學(xué)（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2015：96.

[2]中國(guó)社會(huì)科學(xué)院語(yǔ)言研究所詞典編輯室.現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典（第7版）[M].北京：商務(wù)印書(shū)館，2016：1068.

（欄目編輯 ? ?張正嚴(yán)）