在寬廣的人文背景下開展復習課的教學①
——以蘇科版“機械能和內能”章末復習為例

龐德軍 陳衛春

(1. 江蘇省海安縣海陵中學，江蘇 海安 226600；2. 江蘇鳳凰科學技術出版社，江蘇 南京 210009)

·教學研究·

在寬廣的人文背景下開展復習課的教學①
——以蘇科版“機械能和內能”章末復習為例

龐德軍1陳衛春2

(1. 江蘇省海安縣海陵中學，江蘇 海安 226600；2. 江蘇鳳凰科學技術出版社，江蘇 南京 210009)

本文以蘇科版物理教材“第十二章 機械能和內能”章末復習為例，從關注科學人文教育和貼近學生生活的角度，以汽車上的能量和能量轉化為線索重組知識結構，并討論從實驗出發開展復習課教學的問題。

能量;復習課;人文教育

章末復習課的教學在幫助學生鞏固與內化已學知識、深化對知識的理解和形成清晰的知識結構等方面具有重要的意義。但是長期以來，不少教師不知道如何入手，要么“眉毛胡子一把抓”，將本章的知識再講一遍、將演示實驗重做一遍；要么用投影儀投影出若干例題，逐題講解。結果一堂復習課下來，給人的感覺是內容雜亂，主線不清晰、缺少“靈魂”，因而有必要反思和重新定位復習課的教學。

首先要重新定位的是復習課的教學目標。章末復習課的教學目標應當是：鞏固和內化所學知識，建立知識之間的聯系，形成良好的知識結構；以重溫知識發現過程為線索，對知識的發現和應用以及與之相關的物理人文、科技史知識有比較清晰的了解，對知識的認識和理解上升到一個新的高度。

如何實現上述目標？這需要教師從以下問題入手，來認識、設計和反思課堂教學：本章的主干知識有哪些？本章的重點是什么？本章內容與前面所學的知識有怎樣的聯系，對后續的學習有怎樣的鋪墊作用？本章的知識結構是怎樣的？本章知識與人們的生產、生活有著怎樣的聯系？歷史上有哪些與本章知識相聯系的重大發現和歷史事件？能否以這些發現為背景，將本章的主干知識“串”起來，重組本章的知識結構？怎樣使學生對知識的理解提升到新的層次？筆者以蘇科版物理教材“機械能和內能”章末復習為例，談談復習課的教學。

1 從能量視角認識本章內容的地位和意義

物理學是研究物質、運動及相互作用的科學，而物質、運動及相互作用都與能量有關，因此，能量及其轉化是物理學也是科學的核心概念和觀念。初中物理教材中“能”的概念是在“功”的基礎上逐步形成的，“一個物體能對另一個物體做功，就表明這個物體具有能量”可以清晰地反映這種關系。本章的主題——機械能和內能，既是對前面各章節所涉及的能量知識的提煉和升華，更是為后續與能量有關章節學習做好鋪墊。

從教材的整體結構可以發現，對能量概念的深入認識離不開對能量轉化過程的討論，正因為如此，教材把機械能和內能放在一章中來討論。通過本章學習，學生應當學習用能量的觀點反思前面各章所學的知識，領悟前面學習的機械運動、分子熱運動這兩種運動形式，分別對應著機械能和內能，而且每種形式的能量并不是孤立的，是可以相互轉化(如動能與勢能的轉化、機械能與內能的轉化)或轉移(如內能的轉移)的。

需要指出的是，教材在本章并未討論能量的守恒問題，而是在“能源與可持續發展”一章中將貫穿于整個教材的能量線索顯性化，點出了能量轉移和轉化的基本規律，從而使學生能深入領會節約能源、有節制地開發和利用能源對于人類可持續發展的重要意義，初步形成用能量的觀點分析問題的習慣。這體現了螺旋式上升的思想，避免將知識一步到位，造成難點過于集中的問題。

2 以汽車的能量為線索，重組知識結構，梳理本章知識

蘇科版物理教材“機械能和內能”一章，從學科知識的邏輯關系角度建構的知識結構如圖1所示。

圖1

這樣的知識結構邏輯性強，能充分反映概念之間的內在聯系。但僅以此來設計復習課還是不夠的，因為從復習課的目標來說，還應當努力挖掘科學思想與人文教育的功能，使學生體會到物理知識與現代生活和社會發展的聯系。因此有必要尋找新的與學生生活密切聯系的線索對本章的知識結構進行重組。那么，我們借助什么線索重組知識結構？方法因人而異。筆者從熱機的應用與社會發展的角度提出一條途徑，供大家參考。

其實教材已經給我們學習本章知識提供了很好的指引。從本章的章導圖可以看出，教材的編寫有明暗兩條線索。明的一條線索是以現代交通工具——汽車為載體引入的，先后介紹了機械能、內能及其相互轉化，以及物質的比熱容、燃料的熱值、內燃機的工作原理等知識。暗的一條線索以能量的概念展開，讓學生了解能量的形式是多種多樣的。受此啟發，筆者以汽車為典型，以其中的機械能、內能及其轉化為線索，重組知識結構，形成如圖2所示的邏輯結構。

圖2

整章知識都可以與汽車建立聯系，在復習課的教學中，建議將知識梳理的主動權交給學生，讓學生在問題的引導下進行知識梳理。教師在帶領學生梳理知識的同時，采用板書的形式，根據圖2有目的地逐一列出學生找出的概念，此外還要指出該物理概念與汽車的什么方面相關。這樣不僅能幫助學生將抽象的物理概念與生活建立聯系，而且使學生明確了概念的物理意義，教師主導下的教學過程如下。

(1) 課堂導入

教師：誰能用一句話概括一下，我們怎么知道某個物體具有能量？(播放視頻：汽車在高低不平的道路上顛簸前進，飛機起飛，“遼寧號”航母在海上航行，火箭發射，發動機工作)

通過這一段視頻，你能回憶起在第十二章中學習的哪些能量？(板書：動能、勢能、機械能等)

這里的汽車、飛機、“遼寧號”航母、火箭為什么能夠運動起來？它們是靠什么驅動的？

我們通常說的熱機就是一種發動機，它是人類歷史上的偉大發明。請看一組圖片。(展示伏爾加河上的纖夫、牛拉犁耕地、人力車、水磨等利用人畜力和自然力進行生產勞動的一組照片)

將這組圖片與我們前面看到的視頻進行對比，你有什么感想？從這兩個時代的巨大差異可以看出，科技對推動社會發展的巨大作用。

下面，讓我們從汽車上的能量和能量轉化為線索，來梳理本章學到的知識。

(2) 知識梳理

剛才講到熱機，常見的熱機有兩種：柴油機和汽油機，我們以汽油機為例，來認識熱機的工作原理和熱機工作過程中的能量轉化。汽油機工作有幾個沖程？四個沖程中，有能量轉化的是哪兩個沖程？

壓縮沖程中活塞對汽油和空氣的混合氣體做功，混合氣體發生了什么變化？這個過程是什么能轉化為什么能？

這是改變物體內能的一種方法：對物體做功。(板書：對內做功，并從“機械能”向“內能”畫箭頭)

在做功沖程中，什么能轉化為什么能？

這一個沖程是汽油機獲得機械能的關鍵。在這個過程中氣體內能減少了，說明物體對外做功，內能減少。(板書：對外做功，并從“內能”向“機械能”畫箭頭)

從這里我們可以看出，內能和機械能之間是可以相互轉化的。他們之間能量轉化的途徑是做功。(板書：改變物體內能的方式——做功)

我們在本章第二節還學到一種改變內能的方式是什么？這種改變內能的方式對我們汽車發動機的降溫很有作用！(板書：熱傳遞)熱傳遞和做功都既可以使物體內能增大，又可以使內能減小，它們在改變物體內能上是等效的。

大家有沒有想過，為什么要向我們汽車的發動機水箱中灌水，要用水作為冷卻液，而不用油？

因為水的“容熱”能力強，相同質量的水每升高1℃，吸收的熱量更多。為了反映物質的這種特性，我們定義了一個新的物理量——比熱容。(板書：比熱容、熱量及計算)

大家在討論汽油機的做功沖程時，一般都說是內能轉化為機械能。因為火花塞點火后，混合氣體爆燃，推動活塞運動。但是同學們忽略了一個問題，這里還存在一個化學能的轉化問題。混合氣體爆燃，說明汽油燃燒釋放了化學能。(板書：化學能)

我們這里談的是汽油，還有煤油，酒精等可燃物(我們將之稱為燃料)，它們燃燒都會放熱，怎么來描述它們燃燒放熱的本領呢？物理學中用燃料完全燃燒放出的熱量與所消耗的燃料的質量之比，來定義了一個新的物理量。(板書：熱值)

此外，可在介紹動能和勢能相互轉化的過程中，借助籃球下落、彈起的演示實驗引出勢能包含重力勢能和彈性勢能。分子勢能、分子動能與內能相對應，建議在介紹內能、溫度、熱量的區別與聯系時順帶回顧。

3 從實驗出發，進行重、難點的復習，突出科學方法教育

實驗是物理教學的重要基礎、內容、方法和手段。但是，受多方面因素的影響，教師往往把復習課當成了習題訓練課，忽略了實驗在物理復習課中的作用。實際上，實驗在復習課中同樣可以發揮十分重要的作用。例如，用籃球下落和彈起的過程創設情境，物理圖景清晰，學生很容易理解動能、勢能、彈性勢能之間的相互轉化，教師主導下的教學過程如下。

教師：在前面知識梳理時已經回憶過了，汽車上坡時動能轉化為重力勢能，下坡時，重力勢能又轉化為動能。這里有一個籃球，請大家注意觀察它下落和彈起的過程，并說出這個過程中的能量轉化情況。(演示：使籃球從高處落下，學生可以看到籃球彈起的高度越來越低，最終停下來)

籃球在高處時具有什么能？籃球從高處下落的過程中，什么能逐漸轉化為什么能？你是怎么知道的？

教師出示一張籃球下落的頻閃照片，如圖3所示。利用頻閃照相技術，照相機每隔相同的時間曝光一次，就可以把不同時刻的籃球拍攝在同一張照片上。

圖3

請同學們注意觀察：籃球在下落過程中，相同時間內下落的距離越來越大，這說明什么問題？(速度越來越大，即動能越來越大)

反過來，籃球彈起后，上升的過程中，在相同的時間內上升的距離越來越小，這又說明了什么？(速度越來越小，即動能越來越小)

由此看來，籃球在下落過程中速度越來越大(即動能越來越大)，高度越來越小(即重力勢能越來越小)；上升過程中，高度越來越大(即重力勢能越來越大)，速度越來越小(即動能越來越小)。這說明籃球下落時，重力勢能轉化成動能；彈起后，動能轉化成重力勢能。

有沒有人觀察到，籃球接觸地面時發生了變化？(教師拿著籃球壓在講臺上，讓學生觀察籃球的形變)

這說明，籃球接觸地面時發生了怎樣的能量轉化？籃球從地面彈起的過程中，又發生了怎樣的能量轉化？

這說明，動能與彈性勢能之間也是可以相互轉化的。(板書：彈性勢能)

我們今天討論的是宏觀物體的動能和勢能。其實，微觀物體也有動能和勢能。比如分子具有分子動能和分子勢能……(引入難點問題：內能與溫度、熱量的關系)

從上面的案例可以看出，從實驗出發不僅能夠覆蓋本章的重點和難點，而且很好地創設了學習的情景，激發了學生的學習興趣。除此之外，實驗在物理復習課中還可以在以下方面發揮不可替代的作用：(1) 激發認知沖突，撼動學生大腦中錯誤的前概念；(2) 幫助學生重溫概念和規律的發現過程，深化對概念的理解；(3) 進一步鞏固實驗教學的成果，實施實驗技能訓練。

綜上所述，以蒸汽機的廣泛使用為標志的第一次工業革命，開創了人類的大工業時代，它不僅是人類技術發展史上的一次巨大革命，更是一場深刻的社會變革，極大地促進了生產力的發展和人類文明進步。從這一點出發，可以理解以汽車上的能量及能量轉化為線索展開“機械能與內能”復習課教學的深刻含義：從學生熟悉的汽車入手，讓學生提出并討論與汽車有關的能量問題，不僅能全面覆蓋本章的主干知識，而且可以拉近抽象的能量概念與學生的距離，更能將本章知識的復習在寬廣的人文背景下逐步展開，充分發揮物理教學的人文教育功能。

[1] 劉炳昇.從“物理核心素養”的視角思考物理復習教學問題——以“力與運動”章后小結為例[J].物理之友,2017,33(1):1.

[2] 劉炳昇,李容.義務教育課程標準實驗教科書 物理 九年級上冊[M]，南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2013：31-60.

[3] 查有梁，謝仁根，沈仁和等.物理教學論[M].南寧：廣西教育出版社，1996:309-312.

[4] 蘇敏,董耀.讓物理課堂閃耀愛的光芒[J].物理之友 ,2015,(4).

陳衛春，江蘇鳳凰科學技術出版社副編審，蘇科版初中物理教材責任編輯，主要研究方向為現代教育技術學、中學物理教學。

①本文為江蘇省中小學教學研究室基礎教育課程教學改革重大項目“初中物理常態教學整體優化設計與實施的行動研究”(項目編號：2015 jssjys-08)的研究成果。