吝歡歡 任新成

[摘 ? 要]以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）為依據(jù)，遵循中學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，借助原始物理問題，引導(dǎo)學(xué)生運用邏輯方法和數(shù)學(xué)知識通過科學(xué)推理得出動能概念和動能定理，以提高學(xué)生的自學(xué)能力、建模能力和科學(xué)推理能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和邏輯思維，最終培養(yǎng)中學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。主要從教學(xué)分析、教學(xué)模式、教學(xué)過程等方面討論《動能和動能定理》一課的教學(xué)設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)設(shè)計;動能和動能定理;原始物理問題;科學(xué)推理

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0042-03

教學(xué)設(shè)計是教學(xué)工作最重要的環(huán)節(jié)之一，是教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和學(xué)生特點，綜合把握教學(xué)中各方面因素，運用系統(tǒng)科學(xué)的方法精心編制教學(xué)方案。它體現(xiàn)了一個教師的教育理念和教學(xué)認(rèn)知。同時，科學(xué)優(yōu)化的教學(xué)設(shè)計是實現(xiàn)高效課堂的前提和保證。因此，一名合格的物理教師應(yīng)該根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的教學(xué)分析基礎(chǔ)上，合理確定教學(xué)目標(biāo)，選擇有效的教學(xué)模式、策略、方法以及評價方式，最終形成具體的教學(xué)流程和操作方案[1]。同時，按照新課程理念，教學(xué)設(shè)計應(yīng)該重視教學(xué)過程的邏輯順序以及科學(xué)方法的顯化。

對于《動能和動能定理》一課的教學(xué)，首先應(yīng)明確：定理是根據(jù)公理或其他已被證明了的命題在邏輯限制的條件下運用演繹推理的方法得出的，它不同于其他需要用實驗證據(jù)來支撐的科學(xué)理論，所以我們可以根據(jù)已學(xué)規(guī)律運用演繹的方法推導(dǎo)得出。但需要注意在推理的過程中對學(xué)生的啟發(fā)引導(dǎo)。其次，我們在引導(dǎo)學(xué)生推理得出動能概念和動能定理的過程中，是在“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的前提下，參照重力勢能（或彈性勢能）的推導(dǎo)過程運用類比方法完成的，但需要注意后者是一個力做功的結(jié)果，而前者涉及合外力，所以需要設(shè)置合理的情境，避免產(chǎn)生思維混淆和認(rèn)識誤區(qū)。

一、教學(xué)分析

根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中高中物理課程結(jié)構(gòu)的設(shè)計，《動能和動能定理》處于必修2模塊，是全體學(xué)生必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容，承擔(dān)著培養(yǎng)高中生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)性任務(wù)[2]。

1.教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，下面分別從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

（1）物理觀念：進(jìn)一步發(fā)展有關(guān)動能的觀念：對動能概念有更加深刻的認(rèn)識，理解動能定理的物理內(nèi)涵;能從能量的視角解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，能運用動能定理解決實際物理問題。

（2）科學(xué)思維：能從原始物理問題的情境中根據(jù)需要，選擇合適的模型，運用邏輯方法和數(shù)學(xué)知識推導(dǎo)動能定理，掌握有關(guān)科學(xué)方法;能運用動能定理對常見的物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并做出解釋。

（3）科學(xué)探究：學(xué)會從物理學(xué)的角度分析有關(guān)現(xiàn)象，提出問題，尋找規(guī)律，通過分析、抽象構(gòu)建物理模型，并通過演繹推理的探究過程得出動能定理。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：具有較強的物理學(xué)習(xí)動機和自主學(xué)習(xí)信念，養(yǎng)成獨立思考、交流合作的學(xué)習(xí)習(xí)慣。認(rèn)識到物理知識在現(xiàn)實生活中的巨大作用，充分認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系。

2.教學(xué)重難點

（1）教學(xué)重點：動能概念的引出和理解;動能定理的物理意義及其應(yīng)用。

（2）教學(xué)難點：通過對原始物理問題的分析，構(gòu)建物理模型，運用數(shù)學(xué)知識和演繹推理得出動能定理。

二、教學(xué)模式

教學(xué)模式是根據(jù)一定的教學(xué)思想和理論，在充分把握學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的基礎(chǔ)上建構(gòu)的既有利于提高教學(xué)質(zhì)量與效率，又符合學(xué)生思維模式的框架結(jié)構(gòu)和活動程序，應(yīng)遵循反饋性、有序性和整體性原則[4]。在基本教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，筆者提出翻轉(zhuǎn)課堂與BOPPPS相融合的教學(xué)模式，以下是基于該模式的本節(jié)課的教學(xué)流程。

現(xiàn)做簡要說明：在課前通過微課教學(xué)，及時檢測以及交流互動，使學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固相關(guān)原有知識，為新知識的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，使課堂教學(xué)更加高效。其中包括初中有關(guān)動能的知識，以及通過實驗明確動能的兩個影響因素;勻變速直線運動（包括速度位移公式）和牛頓第二定律的相關(guān)知識。課中引入“物體隨電梯上升”這一原始物理問題并加以分析，通過構(gòu)建理想物理模型（對象模型和過程模型），對物體進(jìn)行受力分析（受到重力和支持力作用），進(jìn)而分析物體的運動過程。運用科學(xué)推理和類比思維得到動能概念以及動能定理，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)膯栴}推進(jìn)教學(xué)，使學(xué)生的思維由淺入深，學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)動能定理的應(yīng)用步驟，形成問題解決的一般思路和方法。進(jìn)一步通過課堂習(xí)題的檢測、展示與講解，使學(xué)生學(xué)以致用，鞏固提高。通過比較分析，使學(xué)生認(rèn)識到動能定理與牛頓運動定律的不同，加深對動能定理的理解。課后要求學(xué)生復(fù)習(xí)總結(jié)，通過繪制思維導(dǎo)圖，提高學(xué)生思維的可視性與知識學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性。通過調(diào)查走訪，收集汽車剎車距離與車速的數(shù)據(jù)，并用動能定理進(jìn)行解釋，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)收集與分析能力，使學(xué)生充分認(rèn)識科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，積極貫徹新課程“從生活走向物理，從物理回歸社會”的理念，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)過程

中學(xué)物理教學(xué)過程是體現(xiàn)教師教學(xué)理念、達(dá)成課堂教學(xué)目標(biāo)的實踐環(huán)節(jié)，是中學(xué)生在物理教師創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境中，在原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，在教師的引導(dǎo)及教學(xué)資源的幫助下，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，以建構(gòu)物理知識，掌握科學(xué)方法，提高基本技能，從而實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。筆者認(rèn)為，物理教學(xué)除了應(yīng)依據(jù)基本的中學(xué)物理教學(xué)原則，遵循教學(xué)的一般規(guī)律，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式、方法以及策略以外，還應(yīng)重視教學(xué)過程的邏輯順序和科學(xué)方法的顯化。下面筆者從這兩方面對《動能和動能定理》一課進(jìn)行設(shè)計。

1.教學(xué)過程的邏輯順序

所謂教學(xué)過程的邏輯順序是指在教學(xué)過程中所應(yīng)遵循的一定的內(nèi)在邏輯關(guān)系和展開順序。中學(xué)物理教學(xué)過程不僅應(yīng)依據(jù)中學(xué)物理學(xué)科內(nèi)容本身的邏輯性，還應(yīng)符合中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)知發(fā)展特點，從而有層次、有條理地推進(jìn)教學(xué)。在本節(jié)課的教學(xué)過程中，首先在“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的前提下，通過在已經(jīng)學(xué)習(xí)過的重力勢能（或彈性勢能）的推導(dǎo)過程中重力（或彈力）做功引起重力勢能（或彈性勢能）的變化引出研究主題：動能變化與外力做功的關(guān)系。然后按照由定性到定量、由特殊到一般的邏輯順序進(jìn)行展開。具體如下：

（1）將物體隨電梯的上升過程分為勻加速、勻速和勻減速三個階段，畫出示意圖，分別進(jìn)行研究。分析三個運動階段物體的動能變化特點以及重力、支持力和合外力做功的特點，找出其中的定性規(guī)律。

引導(dǎo)學(xué)生初步得出結(jié)論：在一個過程中合外力對物體做正功，物體的動能增大;合外力做負(fù)功，動能減小;合外力不做功，動能不變。

（2）以勻加速直線運動為例進(jìn)行定量運算，由勻變速直線運動速度位移公式及牛頓第二定律推導(dǎo)得出特殊條件下的“動能定理”。

（3）考慮更一般的情形，在這一過程中物體受到若干恒力作用而做勻變速直線運動的情形。再進(jìn)一步推及物體做勻變速曲線運動（這里應(yīng)指明在推導(dǎo)中所使用的公式均是矢量式，我們就可以借助矢量的點乘運算得出結(jié)論，即[F合·s=F合×scosθ]，其中[θ]是[F合]與[s]的夾角）以及受變力作用（微元法）的情形。由特殊到一般，得出普遍意義下的動能定理。

（4）引導(dǎo)學(xué)生運用動能定理解釋電梯三個運行階段物體動能變化的原因，使教學(xué)前后呼應(yīng)，提高學(xué)生運用物理知識解釋自然現(xiàn)象的能力。

2.科學(xué)方法的顯化教育

科學(xué)方法是指人們在認(rèn)識和改造物質(zhì)世界的過程中所遵循或運用的、符合一般科學(xué)原則的各種途徑和方式。與科學(xué)知識相比，科學(xué)方法具有更加穩(wěn)定和更加普適的特點，由科學(xué)現(xiàn)象形成科學(xué)理論（科學(xué)學(xué)習(xí)）以及由科學(xué)理論轉(zhuǎn)化為實踐（科學(xué)應(yīng)用）的過程都需要借助一定的科學(xué)方法[5]。在中學(xué)物理教學(xué)過程中，科學(xué)方法的教育顯得尤為重要，它是使學(xué)生在建構(gòu)物理知識、形成物理觀念，進(jìn)而應(yīng)用物理知識的過程中真正有效的思維工具。而相比于科學(xué)方法的“隱性”教育方式，對科學(xué)方法進(jìn)行顯化教育（即“打開天窗說亮話”）則更能夠使學(xué)生直接感受和真正習(xí)得有關(guān)科學(xué)方法的知識。本節(jié)課的教學(xué)過程中所涉及的科學(xué)方法有以下幾種。

（1）控制變量法：課前復(fù)習(xí)初中有關(guān)動能的知識，通過實驗使學(xué)生明確：在探究動能的兩個影響因素（物體的質(zhì)量和速度的大?。┑倪^程中，需要運用控制變量法。

（2）理想化模型法：課中借助物體隨電梯上升這一原始物理問題。為了簡化問題，首先需要忽略物體的大小、形狀等因素，把物體抽象為一個質(zhì)點;其次將物體隨電梯的運動過程理想化為勻加速、勻速和勻減速這樣三個過程模型。

（3）演繹推理法：在根據(jù)勻變速直線運動及牛頓第二定律的知識推導(dǎo)得出動能及動能定理的過程中，需要運用演繹推理法。而在推導(dǎo)時需要做適當(dāng)?shù)淖冃?，這就需要教師進(jìn)行合理的引導(dǎo)并給予學(xué)生充分的思考時間，使學(xué)生主動探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，增強物理學(xué)習(xí)的自主性。

（4）類比法：在引出研究主題及分析得出動能表達(dá)式的過程中，均是在“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的前提下借助重力（或彈力）做功與重力勢能（或彈性勢能）變化的關(guān)系運用類比法得出的。

教師在教學(xué)過程中應(yīng)該對上述科學(xué)方法予以顯化處理，以使學(xué)生明確、理解，進(jìn)而掌握和運用所學(xué)方法。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?閆金鐸，郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論[M].3版.北京：高等教育出版社，2009：78.

[2] ?中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3] ?封小超，王力邦.物理課程與教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2005：76.

[4] ?查有梁.新教學(xué)模式之建構(gòu)[M].南寧：廣西教育出版社，2003：13-23.

[5] ?邢紅軍.物理科學(xué)方法顯化教育的理論與實踐研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（24）：73-74+81.

（責(zé)任編輯 易志毅）