夏曉梅 費(fèi)志明

摘 ?要：學(xué)生是課堂的主體。教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)更多地關(guān)注學(xué)生的已有認(rèn)知和思維特點(diǎn)，讓學(xué)生在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)新知，提升思維能力，提高科學(xué)素養(yǎng)。文章以機(jī)械能一課為例，主要闡述了以關(guān)鍵問題引導(dǎo)學(xué)生參與動(dòng)能影響因素實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì);剖析學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和已有認(rèn)知對新知學(xué)習(xí)的影響;探討了重力勢能影響因素實(shí)驗(yàn)器材的合理選擇等，探討了如何基于學(xué)生的思維特點(diǎn)和認(rèn)知水平設(shè)計(jì)教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：生本理念;思維;機(jī)械能;教學(xué)設(shè)計(jì)

機(jī)械能是一種重要的能量形式?！皺C(jī)械能”這節(jié)課是學(xué)生在學(xué)習(xí)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)，能量的各種形式之后對運(yùn)動(dòng)與能量的進(jìn)一步認(rèn)識。學(xué)好機(jī)械能有助于以后理解能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，為能量守恒思想的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

生本教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生是課堂的主體。教學(xué)活動(dòng)應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓學(xué)生真正參與到課堂中。教師應(yīng)基于學(xué)生已有認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)設(shè)活動(dòng)情景，讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)過程，在體驗(yàn)中形成科學(xué)概念，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。同時(shí)教師要尊重學(xué)生的前概念，允許并鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，讓學(xué)生充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)。可見，我們應(yīng)多站在學(xué)生的角度來思考問題，讓學(xué)生真正參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作、評價(jià)等環(huán)節(jié)，在交流中提升思維層次。基于以上教育理念，筆者對機(jī)械能這一課做了如下設(shè)計(jì)，探討促進(jìn)學(xué)生思維的有效策略。

一、動(dòng)能教學(xué)

1.創(chuàng)設(shè)情境，形成動(dòng)能概念

通過兩個(gè)小視頻導(dǎo)入，思考為什么紙片和火車有這么大的威力？

（1）質(zhì)量較小的紙片，當(dāng)速度較大時(shí)也能將堅(jiān)硬的物體切斷。

（2）質(zhì)量較大的火車，即使速度較小，也能將汽車撞飛。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生具備一定的生活經(jīng)驗(yàn)，對運(yùn)動(dòng)與能量已有了初步的認(rèn)識，但缺乏用能量觀點(diǎn)解釋問題的意識。學(xué)生可能會認(rèn)為：紙片“速度大”而切斷了物體，火車質(zhì)量大而撞飛了汽車。通過觀看這兩段視頻，促使學(xué)生轉(zhuǎn)變分析角度，感受到運(yùn)動(dòng)的物體具有能量——?jiǎng)幽埽覄?dòng)能的大小與速度和質(zhì)量都有關(guān)系，為下面的探究做鋪墊。

2.提出猜想，聯(lián)系生活

提問：能量有大小之分。動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)？說說理由。

小組討論交流：

猜想①：動(dòng)能與物體的質(zhì)量大小有關(guān)。

猜想②：動(dòng)能與物體的速度大小有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生猜測動(dòng)能的影響因素并說明理由。學(xué)生可能會根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)舉例。這里不期望學(xué)生能說出類似結(jié)論的猜想，如物體的速度一定時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。因?yàn)閷W(xué)生還沒有經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究過程，很難完整地表述類似結(jié)論的猜想。

3.前置討論，體現(xiàn)科學(xué)思維

初中學(xué)生的思維正處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段。學(xué)生具備一定的探究能力，但對于實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)以及邏輯推理能力還較欠缺。通過子問題的探討，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

引導(dǎo)：如果一個(gè)量同時(shí)受到兩個(gè)量的影響，我們應(yīng)該怎么研究？

學(xué)生：控制變量法。

①速度不變時(shí)，改變質(zhì)量大小，研究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系。

②質(zhì)量不變時(shí)，改變速度大小，研究動(dòng)能與速度的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：這里，學(xué)生不難想到用控制變量的方法。這樣我們就把一個(gè)問題分解成了兩個(gè)子問題。

（1）剖析關(guān)鍵問題，體驗(yàn)設(shè)計(jì)過程

問題1：如何判斷小球動(dòng)能的大小？

設(shè)計(jì)意圖：首先明確我們研究的是小球的動(dòng)能。結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)（小球以不同的速度撞擊木塊）引導(dǎo)學(xué)生，可通過木塊被撞擊后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近來判斷小球的動(dòng)能大小。木塊被撞擊后，在水平面上運(yùn)動(dòng)的距離越大，說明小球的動(dòng)能越大。在討論交流中，滲透轉(zhuǎn)換法的科學(xué)思想。

問題2：研究問題①時(shí)，如何在改變小球質(zhì)量時(shí)，控制小球在水平面的初速度不變？

學(xué)生：用手很難控制球的速度，可以利用一個(gè)斜面，讓質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度滾下來（m1> m2）。

引導(dǎo)：讓不同質(zhì)量的小球，從斜面的同一高度，自由靜止開始滾下。

設(shè)計(jì)意圖：問題的探討過程其實(shí)是實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與完善過程。這里我們沒有直接為學(xué)生提供斜面裝置。而是通過問題引導(dǎo)，讓學(xué)生逐步意識到斜面的作用。這樣的設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，便于學(xué)生領(lǐng)會實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)涵。

這里我們雖然能得到期望的“答案”——同一高度，自由靜止?jié)L下，但有的學(xué)生腦海中還是有疙瘩：質(zhì)量不同的兩個(gè)球，從同一高度，自由靜止?jié)L下，到達(dá)水平面時(shí)的速度相同嗎？生活經(jīng)驗(yàn)使其產(chǎn)生困惑：質(zhì)量大的物體下落得不是更快嗎？石頭和羽毛從同一高度靜止落下，不是石頭先落地嗎？其實(shí)生活中物體下落時(shí)往往受到空氣阻力的影響。而上圖中小球與斜面、空氣間的摩擦較小，對實(shí)驗(yàn)的影響較小。教學(xué)中我們可做適當(dāng)補(bǔ)充，幫助學(xué)生解決心中的困惑。

問題3：在保持小球質(zhì)量不變時(shí)，如何改變小球的速度大??？

學(xué)生：讓同一個(gè)小球從斜面上的不同高度，自由靜止?jié)L下。

在前一個(gè)問題的基礎(chǔ)上，相信這個(gè)問題對學(xué)生而言并不難。但是學(xué)生的腦海中有著豐富的前概念。這些會影響甚至干擾科學(xué)概念的形成。生活中類似玩滑滑梯的情景可能使其誤認(rèn)為——從更陡的斜面滾下時(shí)，物體到達(dá)水平面的速度更大。

其實(shí)小球從不同斜面滾下來，涉及加速度的問題。我們可以將問題簡化，看成同一物塊從同一高度沿不同傾角的斜面自由靜止下滑。

從能量轉(zhuǎn)化與守恒角度分析，若摩擦阻力不計(jì)，物塊兩次到達(dá)水平面時(shí)的速度相同。實(shí)際斜面存在摩擦。若考慮斜面與物塊間的摩擦，第1次時(shí)物體下滑受到的摩擦力（ ）更大，而沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離更長，則第1次實(shí)驗(yàn)中物體克服摩擦做的功更多。從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，第1次實(shí)驗(yàn)中物體到達(dá)水平面的速度的確比第2次小。

其實(shí)教學(xué)中出現(xiàn)類似問題時(shí)，我們也不必急于刨根問底。因?yàn)槲覀円呀?jīng)具備了一定的能量守恒觀，能不自覺地從能量守恒的角度來分析問題，甚至?xí)\(yùn)用公式 來判斷。但這種思維能力學(xué)生還是比較欠缺的。我們可以先淡化一下，等學(xué)習(xí)能量轉(zhuǎn)化與守恒相關(guān)知識后，再來細(xì)細(xì)品味實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處，可能對學(xué)生科學(xué)思維的觸動(dòng)會更大。

（2）設(shè)計(jì)表格，呈現(xiàn)探究思路

學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格：

設(shè)計(jì)意圖：雖然教材中已詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)操作步驟，觀察記錄對象，但學(xué)生可能很難有耐心仔細(xì)閱讀看似繁瑣的文字表述。如果讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)表格，標(biāo)出要記錄的量。比如研究質(zhì)量不變時(shí)動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí)，表格中勢必需要記錄“高度”和“木塊移動(dòng)距離”這兩個(gè)量。

（3）實(shí)驗(yàn)操作，得出結(jié)論

小組實(shí)驗(yàn)1：質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度，自由靜止下落，撞到木塊上，比較木塊運(yùn)動(dòng)距離的遠(yuǎn)近，記錄現(xiàn)象。

小組實(shí)驗(yàn)2：相同質(zhì)量的小球從斜面的不同高度，自由靜止下落，撞到木塊上，比較木塊運(yùn)動(dòng)距離的遠(yuǎn)近，記錄現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：教師巡視并及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作，及時(shí)記錄相關(guān)科學(xué)量。對于操作中出現(xiàn)的新問題應(yīng)當(dāng)及時(shí)記錄，以便適當(dāng)調(diào)整后續(xù)教學(xué)內(nèi)容。

在表述結(jié)論時(shí)，學(xué)生可能認(rèn)為“動(dòng)能與高度有關(guān)”，甚至表述中根本沒有提到“動(dòng)能”這兩個(gè)字。這是學(xué)生的共性錯(cuò)誤。如果出現(xiàn)這些問題，我們就能直接在課堂上分析、探討并解決。

二、勢能教學(xué)

1.小組實(shí)驗(yàn)，注重結(jié)論表述

類比動(dòng)能影響因素的探究，引導(dǎo)學(xué)生自主探究重力勢能的影響因素，并討論、交流，得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：在研究重力勢能和質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，我們應(yīng)注意選擇體積相同，質(zhì)量不同的兩個(gè)小球。若兩個(gè)小球質(zhì)量和體積都不同，對實(shí)驗(yàn)會有什么影響呢？假如兩個(gè)小球的質(zhì)量和下落高度相同，那么具有的重力勢能應(yīng)該是相等的。但是，由于體積不同，小球在下落過程中受到的空氣阻力不同（空氣阻力與橫截面積有關(guān)），這樣剛剛落到沙面時(shí)，速度已經(jīng)不同。接下去，體積大的球，與沙面的接觸面積更大，這樣，兩次實(shí)驗(yàn)中沙面的凹陷程度將不同。我們通過沙面的凹陷程度來判斷重力勢能的大小，而此時(shí)，重力勢能相同的情況下，沙面的凹陷程度卻不同。這會干擾我們對重力勢能大小的判斷。

其次，在動(dòng)能實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，這部分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對較容易。學(xué)生不難理解用沙面的凹陷程度來判斷重力勢能大小。但是，我們應(yīng)注重學(xué)生的結(jié)論表述，是否體現(xiàn)了控制變量法和轉(zhuǎn)換法的科學(xué)思想。

2.視頻展示，滲透安全教育

視頻：實(shí)驗(yàn)演示一個(gè)小小的雞蛋，從不同的樓層掉下來，砸在石膏板上，對石膏板的破壞程度。

設(shè)計(jì)意圖：石膏板的堅(jiān)硬程度與人體的骨骼的硬度接近。這樣的實(shí)驗(yàn)情景對學(xué)生的觸動(dòng)還是蠻大的。因?yàn)?，即使是初中的學(xué)生，可能也不太清楚，自己家陽臺上小小花盆也有潛在的危險(xiǎn)。所以這里有必要進(jìn)行相關(guān)安全教育，增強(qiáng)安全意識，提高基本的科學(xué)素養(yǎng)。

3.結(jié)合事例，探究彈性勢能

這一部分教學(xué)，可根據(jù)時(shí)間靈活調(diào)整。可列舉學(xué)生較為熟悉的事例分析或者從學(xué)生較為熟悉的橡皮筋入手，探討彈性勢能大小的影響因素。

三、機(jī)械能組成歸納

讓學(xué)生借助圖形總結(jié)歸納機(jī)械能的組成部分，讓學(xué)生對機(jī)械能有一個(gè)整體性的認(rèn)知。

生活中還有很多關(guān)于機(jī)械能的例子。一些是利用機(jī)械能，而一些是由于物體具有機(jī)械能而造成的危害（學(xué)生舉例說明）。

在后續(xù)課堂中，還可讓學(xué)生觀看一些有關(guān)機(jī)械能的科技類視頻，如太空垃圾對宇宙飛船的威脅。了解科學(xué)家如何利用模擬實(shí)驗(yàn)演示動(dòng)能與速度的關(guān)系，通過儀器將一顆小小的塑料球加速到相當(dāng)于太空垃圾的速度后撞擊金屬塊。通過慢鏡頭，學(xué)生能清楚地看到塑料球撞擊金屬塊的震撼畫面。

參考文獻(xiàn)

[1] ?劉潔民 郭玉英《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀（2011年版）》.北京：高等教育出版社，2012年8月版.

[2] ?梁天驕.《機(jī)械能》說課.[J].中學(xué)物理，2017，（05）：43-44.

作者簡介：夏曉梅（1987-），女，浙江海寧，本科，一級教師，研究方向：初中物理教學(xué)。

費(fèi)志明（1972-），男，浙江海寧，本科，高級教師，研究方向：初中物理教學(xué)。