問題在情境中呈現 目標在過程中達成

丁宏偉

摘要：概念教學要關注的是三個方面：是什么、為什么、什么應用.要做到這三點，必須讓學生在具體情境中主動建構知識，體會內涵.

關鍵詞：情境；功

普通高中《物理課程標準》（實驗）明確指出：科學始于觀察，思維源于問題，在講解物理概念、原理和規(guī)律時，應從觀察和問題出發(fā)，引導學生展開想象的翅膀，提出各種可供檢驗的猜想和假說，再經過分析和驗證，直到問題的解決.可見，有效問題的提出對科學研究及教學的重要性.南京市教研員楊震云老師關于引領學生自主建構認知的論述中指出：“要想獲得有意義的知識，應該將學生置身于問題情境中，對知識進行主動性建構，揭示真實情境在學習中的內在意義，以促進知識的遷移.”這告訴我們在教學中應將“知識問題化、問題情境化”，學生在探究過程中逐漸發(fā)現問題，解決問題，從而形成知識，生成能力.下面筆者以《功》的教學為例談談如何讓：“問題在情境中呈現，目標在過程中達成”.

一、教學目標

1借助實驗的觀察和啟示，學生能準確舉例說明功是能量轉化的量度；

2借助具體情境，學生通過觀察和思考能得出引入功的必要性；

3通過觀察和實例分析，學生在討論與交流中能準確說出力做功的兩個因素，并能在具體的情境中快速判斷某個力對物體是否做功；

4借助力與位移的方向相同與不同的兩種情景，學生在教師的引導下能獨立推導功的公式；

5讓學生用功的公式求解實際問題，學生在交流與合作中能發(fā)現功的標矢性，能準確說出功的公式的用法、公式含義、區(qū)分正、負的意義、總功的求解方法.

二、教學設計

【創(chuàng)設情境】

情境1：重物從高處落到報紙上，觀察實驗現象.

情境2：水平彈簧拉重物，觀察實驗現象.

問題：兩個情境中，分別有哪些力做功？能量是如何轉化的？

情境3：PPT呈現閱讀材料：“功的概念溯源：功的概念來源于早期的工業(yè)發(fā)展，工程師們?yōu)楹饬繖C械的功效，而把物體的重量與路程的乘積作為量度.卡諾（S Carnest）把這個量稱為‘作用矩.1820年，法國科學家科里奧利（Coriolis）把這個量稱為‘功，并定義為‘力和力的作用點的位移的乘積，這樣功的概念就進入物理學.”

【歸納1】

1通過力做功才能實現不同形式的能量轉化，做功的過程就是能量轉化的過程.

2要研究能的問題，研究做功是重要的途徑.

【設計意圖】如何引入“功”的必要性？筆者通過對具體情境1、2的呈現及對問題的分析和討論，學生能明白“功是能量轉化的量度”，從而也清楚地意識到“功”提出的必要性；通過對物理學史的學習能讓學生了解“功”提出的背景及意義.此設計既符合學科邏輯和學科思想，也符合學生的認知規(guī)律.學習目標在過程中能夠很好地達成.

【問題1】怎樣衡量一個力是否做功呢？請你分別舉出做功和不做功的例子.

【設計意圖】學生已在初中接觸過“功”，也簡單了解“功”的兩個要素，根據學生的前概念結合理論聯系實際，提出問題，讓學生邊回憶，邊尋找生活中的實例，從實例中有可能暴露學生對“功”的要素的錯誤理解.教師及時糾正，引出“功”的概念.

【歸納2】（PPT投影）

1功的定義：物體受到力的作用，并沿力的方向發(fā)生一段位移，則該力對物體做了功.

2做功的兩個必要因素：（1）作用在物體上的力；（2）物體在力的方向上發(fā)生一段位移.

【理論聯系實際】視頻播放廖輝舉重過程，思考兩個問題：

【設計意圖】在生產和生活中，力做功無處不在，但并不是有力就有功或有位移就有功.通過視頻呈現，既要學生能感受運動員廖輝奪冠的喜悅，又能體會在運動中如何判斷力做功.

【探究功的公式】

【問題2】如圖2所示，怎樣計算力做了多少功呢？

【追問1】物體的重力和地面對物體的支持力分別做了多少功呢？

【追問2】如圖3所示，如果力F與位移l夾角為α，怎樣計算力做了多少功呢？

【追問3】你還有其它方法嗎？

【設計意圖】在探究“功”的公式，筆者采用一個問題加三個追問.先給出最簡單、核心的物理情境，由學生自主得出W=Fl.通過追問1再次回到“功”的二個要素，這是為推導“功”的一般式做鋪墊.追問2中給出情境，學生在前面的鋪墊下能自主提出解決方案，從而順利得到“功”的一般式.在得到公式后學生的思維處于一種非常活躍的狀態(tài)，此時順勢提出追問3，學生自我意識到既然能分解力就可以分解位移，一個是沿著力的方向，另一個是垂直于力的方向.而只有沿著力的方向上的位移才有力做功，從而實現了從不同角度看待功的公式，既訓練了學生的發(fā)散思維，又讓學生自主體驗知識的形成過程，真正理解概念的本質.此意圖也體現了從特殊到一般、從簡單到復雜的科學的研究方法.

【歸納3】（PPT投影）

1內容：力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角余弦這三者的乘積.

2公式：W=Flcosα

3單位：國際單位：焦耳（焦）符號：J1 J=1 N · m

【設計意圖】歸納3主要是通過PPT呈現出來，理由如下：1是及時總結所學知識；2是讓學生在書上留白處寫一寫、記一記，方便再次復習.后面的歸納都有此目的.

【功的公式的應用與理解】

思考1運動員用50N的力踢出足球，足球向前滾動40m，運動員對足球做了多少功？

思考2如圖4所示，比較以下兩種情景下的同一力F對物體做的功情況？

思考3如圖5所示物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移x，分別計算這三種情形下力F對物體做的功.設這三種情形下力F和位移x的大小都是一樣的，F=10N，x=2m，角θ的大小如圖所示.

【設計意圖】在概念學習時，我們要關注概念的內涵和外延.對此問題，筆者采用3個情境，在情境中生成3個問題，能夠解決問題就能夠理解功的本質了.思考1是采用“以錯防錯”的方式，讓學生在自省中反思公式中的“l(fā)”.思考2是采用“欲擒故縱”的提問方式，讓學生提出自己觀點、暴露問題、合作交流直至最終達成教學目標.思考3是先讓學生自己計算，三人上前板演，學生自主交流、評價，最終讓學生深刻理解角度.思考3能讓學生去除物理學習中生搬硬套公式的陋習，另外也引出正、負功概念.實踐證明，通過三個思考進行課堂教學，可以讓學生深刻理解功的公式.

【歸納4】（PPT投影）

α的取值cosαW示意圖

α=0°1W=Fl

0°<α<90°>0W>0

α=90°0W=0

90°<α<180°<0W<0

α=180°-1W=-Fl

【問題3】力對物體做正功或負功時對物體運動有什么意義呢？

【思考4】一重為20N的小球，被豎直向上拋出，小球向上運動的最大高度為5m后又返回至起點，問：

（1）上升過程中，小球的重力做了多少功？

（2）下落過程中，小球的重力做了多少功？

（3）上升過程中，小球克服重力做了多少功？

【設計意圖】正、負功的存在是可以讓學生接受的，但其意義是比較難以理解的，故筆者先拋出問題，后給出具體情境，在情境中呈現具體問題，讓學生感受正、負功對物體運動的意義.而對于力對物體做功的另一種表述方式筆者認為不必繞彎子，直接給出，這也符合學生的生活感受和認知規(guī)律.

【歸納5】（PPT投影）

1某力對物體做負功，往往說成“物體克服某力做功”（取絕對值）.這兩種說法的意義是等同的.

2正負功的意義

正功：促進物體運動，是動力

負功：阻礙物體運動，是阻力

【思考5】如圖6所示，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3N和4N的恒力的作用，從靜止開始運動5m.（cos37°=08，cos53°=06）

求：（1）每個力做的功？（2）合力做的總功？

【歸納6】（PPT投影）

1功是標量、遵循標量運算法則

2合力做功（總功）的求法

方法1：求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數和.即：W總=W1+W2+…+Wn

方法2：先求出各個力的合力，則總功等于合力所做的功.W總=F合l cosα

【設計意圖】前蘇聯教育家蘇霍姆林斯基說：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是發(fā)現者、研究者、探索者，而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈.但如果不向這種需求提供養(yǎng)料，即不積極接觸事實和現象，缺乏認識的樂趣，這種需求就會逐漸消失，求知興趣也與之一道熄滅”.功是標量是本節(jié)課的重點也是難點，若直接給出，學生不能進行新舊知識的構建，形成的知識也只能是暫時性記憶.學生即使接受功是標量這一認知，但在知識的內在聯系上有缺失，也會讓學生失去發(fā)現規(guī)律、形成知識的機會，也就失去學習的樂趣.所以，功是標量的教學應該是創(chuàng)設問題情境，將學生置身于問題情境中對知識進行主動性構建，揭示真實的知識的形成過程，從而實現知識的內化.在教學中，學生在已構建的知識體系中能夠完成對力做功的求解.在解決問題時會自然而然地發(fā)現W≠W21+W22，從而形成認知沖突.教師因勢利導，引導學生發(fā)現問題的本質，學習目標在此過程中悄然生成，如有“嫁與春風不用媒”的效果.

【評價】如圖7所示，兩個互相垂直的力F1和F2作用在同一物體上，物體克服力F1做4J的功，力 F2對物體做功3J， F1和F2的合力對物體做功為多少？

【設計意圖】華師大崔允漷教授說：“教師要根據學習目標需要編制適合的評價方案，判斷學習目標中所描述的各種要求，以此來評判學生的學習狀況，從而進行預測、反饋與指導，促進教與學都能按照有效的目標導引方向進行.”功是標量是否真正理解，需要相應的評價，而此題恰好能夠實現評價與目標的一致性.

【課堂小結】略

【課外實踐與思考】

1測定你扛30kg大米上三樓所做的功.

2如圖8所示，光滑水平面上的物塊在彈簧彈力作用下從A點運動到B點，思考能否用W=Fl求彈簧彈力對物體所做的功？

三、核心主線

四、課堂反思

歌德說過：“教會學生學什么是為了過去，教會學生怎樣學才是為了未來.”在教學中應把知識作為線索進行教學，讓學生親身經歷概念和規(guī)律建立的過程，因為過程本身也是一種知識，在過程的學習中也蘊含著方法，這也是新課程標準中“培養(yǎng)學生終身學習能力”的要求.

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，200314.

[2] 孟擁軍精選多版資源 優(yōu)化“功”的教學[J].物理教學，2015（12）：9.

[3] 楊震云，史獻計高中物理建構型教學模式的實踐思考與感悟[J].中學物理教學參考，2012（12）：11.

[4] 崔允漷有效教學[M].上海：華東師范大學出版社，20096.

[5] 湯家合有效教學需要目標引領——“目標引領﹒問題導學”教學模式探索[J].物理教學，2013（11）：6.