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1、湖南 中 学物理 H u n a n M i d d l e S c h o o l P h y s i c s2 0 1 4 年第 1 期功的原理 : 一 节物理规律课的高端备课刘 锐, 邢红军 , 郑 珊(首都师范大 学 物理 系 , 北 京 1 0 0 0 4 8 )摘要: 就功 的 原理初 中物理教材编写 中 , 只做实验就得出 结论, 没有抓住物理概念规律教学的 童点 , 提出传找 “ 守恒” 思想 的髙端备课, 并对教学提出 了三 点 启 示。关键词: 功的 原理; 物理教学: 高端备课; 守恒“ 功 的原 理 ” 作 为初 中 阶段十分重要 的物理规律,历来是教学的重点与难点。
2、它既与简单机械联系密切 , 又是学习机械效率的基础 。 该节课不仅能使学生对功 的概念有更深次层的理解, 也 将简单机械和能量的关系融入其中 。 因此 , 对这节课的教学进行深入研究, 具有重要意义。-、 教材 的变化 与缺憾人民教育出 版社新版初中 物理教材 , 对 “ 功的原理 ” 的编排做了 较大改动 。 旧版教材中 , “ 功的原理” 被安排在 功节里 , 前有简 单机械的铺垫,后有机械效率和机械能 的承接。 1 新版教材则未点明“ 功的原理 ” , 只在 机械效率 节中 隐藏使用 ,并且被安排在 功 、 机械能和 简单机械之后 。 2 这样的变动显然弱 化了 功 的原理, 反映 了编
3、者特殊的编胃胃g到目 的 , 结果却往往收效甚微。即便如此, 现行所有教材依然 没有对功的原理教学给予足够重视。 对功的 原理 ( 规律 ) 而言 , 由于它是将学生的 物理视域从 “ 力 ” 与 “ 简单机械 ”等概念向 “ 能量 ” 概念延伸扩展的 关键点 , 如 果不能恰当 处理, 往往容易 导 致知识链条脱节 , 给 学失的思纟! 发展造成 目难 。我们认为 , 功的原理教学的关键在于 解决原理的抽象性 问 题 。 教学实践表明 , 只 凭做好实验是远远不够 的, 作为 经过科学抽象得到的物理规律 , 功的原理 的 习 得不应单纯依靠学生机械的记 忆, 必须着重让 学生理解 原理的物理
4、意义, 努力探寻功理背后 隐藏的物理本质 ,这才是功的原理教学的康庄大道 。a、彰显规律本质的教学设计在内 容上 , 旧 版教材在讲解功 的原理 节时 , 通过实验探究 , 比 较用 手提高重物和用 杠杆或动滑轮提髙重物所做功的 大小 , 从而 得出下面结论: 使用机械时 , 人们所做的功 , 都不 会少于不 用 机械时所做的功 , 也就是使用 任何机械都不省功 。 即 功的原理。 3 而在新版教材中 , 功 的 原理 被融入机械效率的学习过程 中 , 化为 了有用 功与总功。 现行其他教材也都不外乎这两种处理方式。“ 功 的原理 ” 节 的教学之所 以长 期成为教学关注 的重点与 难点 ,
5、主要原 因 在于它的 内 容比较抽象,应用 到 的知识较多 。 许多教师企图 优化 教学,却把精力 集中 在实验改进上 , 认为做好实验就能达现行教材的编写表明 , 功 的原理的重要性并没有受到 足够的重视。 事实上 , “ 功” 、 “ 机械能守恒 ” 、“ 机械效率 ” 是紧密联系 的系统性知识, 而功 的原理是联系 “ 功 ” 和另外两者的纽带, 作为 “ 功 ” 的本质属 性的表现, 其重要性不言而喻。 也正基于此 , 我们认为 , 功的 原理应安排在 “ 功” 的学习 之后 。以下是 “ 功 的原理 ” 髙端备课的 具体内 容 1 . 明 确 实 验与 讲解的原 因随着力 学研究的深
6、入, 人们逐渐形成 了 “ 功 ”和“ 能 ” 的 概念, 尤其是 “ 功 ” , 它被看作是分析机器运转中 的基本参数 。 不断提髙工程技术 , 促进社会发展, 是人们长久以 来的追求, “ 功 的原理 ” 的教基金项目 : 本文为 中 国教育学会物理教学专业委 员会 2 0 1 3 年 2 0 1 6 年全国物 理教育科研 重点课题 “ 物理高端备课 的研究 ” 阶段性成果之 。作者简介 :刘锐( 1 9 8 9),女 , 河北张家 口 人 , 首都师范大学物理课程与 教学 论硕士研究生 ;邢红军( 1 9 6 0 ) ,男 ,河南平舆人 ,首都师范大学物理系教授、 博士 、 博士生导师
7、, 研究方向 为 物理 课程 与教学论、 学科能力 发展与 培养;郑珊( 1 9 9 0) , 女 ,北京市人,首都师范 大学 物理课程与教学论硕士研 究生。3 7刘 锐, 邢红 军 , 郑珊/ 功的原 理: 一 节物理 规律 课 的 高 端 备课学则立足于探明 使用 机械时 能不能省功及其原 因 , 即如果能 省功, 为什么 ? 如 果不能 , 又是为什么 ?现行教材通过实验已 经证 明 , 使用任何机械都不省 功, 而对于为什么不 能省功却 没有给出 明 确解答。 如前所述, 解决为什么 不能省 功的 问 题 , 让学生认识功 的原理的本质, 才是解决 功的原理教学 困难的根本。 应当特别
8、 指出 的是 , 功 的 原理 , 即 使用任何机械都不省功的真正 原因是机械能守恒定律。由此 , 可将教学分为 两大环节 : 首 先通过实验让学生知道使用机械不能省 功, 然后重点解 决使用机械不能省功的原因 。2 .守恒: 教学 困 境 的 宋破 口将“ 功 的原理” 的学习 安排在 “ 功 ” 之后 , 就意 味着学生此 时并不知道机械 能守恒定律, 这便是“ 功的原 理 ” 不易 讲解 的另原因 。 功是能量转化的量度, 对于功 的原理 的本质, 如 果不能从 能量的变化上去 分析和认识, 而单凭实验去验证 , 是不能说明 为 什么使用机械不能省功 的道理的 。我们 知道 , 在初中
9、物理教学中 , 如果过分追求定义 的准确性, 有时学生 反而会在理解定 义时遇到困难 。 因 此 , 定义不应追求过于严格。 同理, 不 能用机械能 守恒来解释功的 原理的本质 , 就应寻求其他能让学生 明 白 的 方式。 我们认为 , 可以 通过 “ 守恒 ” , 或者说 “ 不变 ” 的思 想, 来解释功的 原理。 这不仅 为后续机械能守恒 、 能量 守恒 、 动量守恒等定律的 学习 奠定基础 , 而且 符合学生的 认知发展水平。初中 学生 的 认知水平 已 经达到 了 具体运算阶段,学生 的 思维具 备了 守恒和可逆性 , 也就是学生知道一 个量如果没有任何增加或减少, 即使物体外形变化
10、了 , 该量也 保持不变 。 功的原 理说 的是 , 使用 机械时 , 人们所做 的功 , 都不会少于 不用 机械时所做的 功 。 这里 , 教师要对物体做的 功不会因 为是否使用 机械而减少 , 只跟所用的力和在力的方向上移动的 距离有关 , 即 所做 的功是守 恒的 , 或者说是不变 的 做 出 切 中 要 害的 讲授 。 比 如要把质量为2 松 的物体竖直升高 l m,需要 克服 重力做 的功为J F - m g x S - 2 0 / 。 不论用 怎样的方式将物体升髙 ( 用 手举起 、 使用定 滑轮或动滑轮提起 ) , 物体的 重力不随外部做功方式的变化而变化, 上升的髙度也是固 定
11、的 , 因此需要做的功不会有任何增加或减少,即使对物体做功的 方式变化 了 , 这个量也保持不变。3 .回归 具体 , 加深认 识“ 守恒 ” 是 自 然 界普 遍存在 的 规律, 在 向 学 生传授 “ 守恒 ” 思想的 过程中 , 应结 合学生 已经知道的物理知 识和生活中 的经验 , 来让学生进 步更好地理解 “ 守恒 ” 的思想。比如 , 儿童都有玩面团 的经验, 面团 不论被捏怎样的形状, 体积都是不会变化的 。如果把面团弄成 圆 柱体 , 它 的体积就是厂 - 乂 / ! ,对于同 个面团 ,如果縮短长度,就会变粗 ; 如果 拉长, 又会变细 ,而面 团的 体积 ,即底面积与 高的
12、乘积是不会变的 。与此类 比 ,将任 物体竖直提升 定高度所做的功 为 =如果利用 简单机械省了 力 , 就需要较长的距离;如果 节省 了距离 , 就 定会费力 ,但是所做的 功 , 即力 与距离的 乘积始终是不变的。“ 体积 ” 与 “ 功的 原理 ” 事实上都体现着 “ 守恒 ” , 它们计算方法的相似性也有利于学 生理解和接受。联系生活中 蕴含 “ 守 恒” 思想的朴 素认识, 将抽象的知识与 学生 的 日 常生活经验相结 合, 能让学生对功的原理的理解更加深入。=“ 功的原理” 教学的 髙端备课与般的备课有所不同 , 高端备课在讲求教学逻辑 的同 时 , 把重点放在学 生的思 维发展上 , 力 求在学生可以 理解 的基础上 , 对功的 原理有全面而深刻的 认识。 本节课的教学设计有 以下三点 启 示。1.注重概念规律物理意 义 的 阐
