一節傳統“動能、動能定理”教學設計的探討

楊 彥

（寧夏育才中學，寧夏 銀川）

“動能、動能定理”是高中物理人教版必修二第八章第七節內容，是整個機械能的重點章節，也是由特殊問題向一般問題的轉折章節，其重點就是通過恒力做功得到與速度變化的具體關系，推廣到求變力做功、總功等。在此之前，學生學習了重力做功與重力勢能變化和彈簧彈力做功與彈性勢能變化之間的關系，但對于其他力做功、變力做功和合力做功沒有明確的概念，只是通過實驗發現了力對物體做功與物體速度的關系，并沒有一個明確的公式來具體求解。本文對傳統教學設計沒有注重知識的連續性以及突破重點方法的不足進行探討，提出符合物理學科核心素養觀念的新設計。

一、傳統的教學設計

通過簡單的物理情境設計（如圖1所示）一個質量為M的物體在光滑水平面上，受到與運動方向相同的水平恒力F的作用下發生一段位移S，速度由V1增加到V2。

（1）由牛頓第二定律可知F＝ma。

得到該方程可通過與重力做功與重力勢能的變化對比得出動能的定義和動能定理的內容。這樣做的好處是教師在突破重點內容時比較容易掌控，學生在老師的逐步設計下在理論的推導上容易上手。但不足的是不能體現很多非知識性內容。首先不能與前一節“實驗：探究功與速度變化的關系”有機聯系且不符合學生學習、認知的連續性；其次不能提高學生的探究能力；再次不能體現提升物理學科核心素養的教學理念。

二、新的教學設計

在學習本節課之前，學生已經具備了經典理論幾乎所有的基礎知識和研究一些未知事物的基本方法，如控制變量法、實驗法、類比法、數學方法等。為了進一步提升學生的物理學科核心素養，體現物理觀念、科學思維、科學探究，我們不妨跳出教材進行新設計。

（一）重點知識的引入

復習第六節“實驗：探究功與速度的變化關系”中得到的關系即但是通過這個關系式是不能在已知功的情況下求速度或在已知速度的情況下求功。如果要用于具體計算只能將這個比例式寫成等式，那么就必須加比例系數k，變為方程W=k通過此變化既可以聯系前一節內容，又能將學生的注意力吸引到比例系數k上，從而引發學生對k的猜想。此方式在“萬有引力定律”一課中使用過，學生不難想到要通過實驗來測量k值，但是還是不能確定k是一個常量系數還是一個與某物理量有關的量。這時候就需要引導學生對比例系數k的可能性進行逐一排除。

（二）實驗環節的設計

進入實驗設計教學環節后，將確定需要探究問題“比例系數k與那些因數有關？”，引導學生從單位制的角度分析k，即將功和速度的單位都用基本單位表示出來并計算出比例系數k的單位，恰好是質量的單位千克。通過這種方法可以快速確定k的可能性，比例系數k是一個與質量有關的量。那么新的問題又出現了：“k是物體質量還是物體質量的某一個倍數？”。在真實的教學實踐中有很多學生到這一步時都單純地認為比例系數k就是質量，往往忽略其他可能性。由此繼續提問引導使學生形成猜想比例系數k可能是等”。接下來通過實驗驗證猜想。

在進入實驗實施教學環節后需要注意幾個問題：（如下實驗簡圖2可作為參考）

圖2

（1）測量W由W=FS可知，用力傳感器測量小車受到的拉力F，拉力F為恒力，兩個光電門之間的距離S就是拉力在經過兩光電門過程中的做功距離。

（3）在實驗時可使用氣墊導軌或帶軌道小車（需要平衡摩擦力），動滑輪下方物體質量要遠小于小車質量。在數據處理時用M與k的比值比較容易發現規律，改變小車質量重復測量比較就會發現M/k的值近似于2倍。

（三）實驗結論的探討

這個結論的得出是實驗探究的結果，因為實驗誤差的存在使得數據與結論不能完全符合，所以需要理論上的驗證。然后創設圖一的物理情境通過牛頓第二定律和勻變速直線運動的規律進行理論推導，發現與實驗相同的結論。這樣既可以將試驗探究和理論驗證有機地結合起來，使得結論更具有說服力，又可以使學生明確理論推導的目的。

符合物理學科核心素養的新設計從開始由已認知的實驗結論出發，在對結論不斷地完善的過程中發現新問題，并對其進行科學合理的推理，使新問題具體化。最后對具體化的問題進行合理的猜想并設計相應的實驗進行驗證最終形成統一的結論，從而提升學生發現問題、解決問題的探究水平。