基于歸納與建模的教學(xué)設(shè)計探討
——以“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”教學(xué)為例

(1. 湖北省廣水市武元中學(xué)，湖北　廣水　432721；2. 湖北省廣水市廣水辦事處中心中學(xué)，湖北　廣水　432721)

“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”是學(xué)生學(xué)習(xí)完能量概念后，進(jìn)一步認(rèn)識能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，蘇科版教材編排的結(jié)構(gòu)順序為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再到內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而出示內(nèi)燃機(jī)概念。筆者在準(zhǔn)備本節(jié)課教學(xué)設(shè)計時，在網(wǎng)上觀摩了江蘇幾位教師的課堂實錄，發(fā)現(xiàn)幾位教師的引入、設(shè)計都是遵循教材設(shè)計，先做彎折鐵絲實驗，再做壓縮空氣引火儀實驗、點火爆炸實驗，最后由點火爆炸實驗涉及的原理引出內(nèi)燃機(jī)概念。筆者運用歸納法和建模思想設(shè)計本節(jié)課教學(xué)，呈現(xiàn)了不同的教學(xué)思路。

1　引入

教師在PPT中展示一句話：請同學(xué)們幫我完成一個任務(wù)，將手中的鐵絲溫度升高。桌上提供的器材有鐵絲一根，學(xué)生進(jìn)行小組活動探究，匯報實驗方法，教師點評改變鐵絲內(nèi)能的方法，引出本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容——機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。

評析：活動的設(shè)置鍛煉了學(xué)生動手能力，同時去除教師冗雜的講解，簡潔明了、開門見山。

2　運用歸納法，進(jìn)入新課教學(xué)

師：通過彎折鐵絲，我們發(fā)現(xiàn)對鐵絲做功，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，鐵絲是固體，你還能舉出其他的對固體做功、使內(nèi)能增加的例子嗎？

生1：用鋼絲球刷鍋，發(fā)現(xiàn)鍋的溫度升高。

生2：玩滑滑梯，滑下來之后小孩發(fā)現(xiàn)自己的臀部很燙。

生3：摔、砸鐵絲同樣可以使鐵絲溫度升高，內(nèi)能增大。

師：剛才大家列舉了這么多對固體做功的實例，如果對液體做功，是否可以使液體的內(nèi)能增大？

生：可以用筷子快速地攪拌水，用溫度計測量攪拌后水的溫度變化情況，看是否升高。

師：好，老師這里也有一燒杯，裝入了適量水，請你來試試。

學(xué)生快速攪拌水，通過實驗發(fā)現(xiàn)：盡管攪拌快速，但水溫變化并不明顯，再加上玻璃燒杯的散熱效果很好，幾乎看不出水溫的變化情況，教師提示學(xué)生有沒有更好的實驗設(shè)計方案。

此時，教師展示榨汁機(jī)，提醒學(xué)生榨汁機(jī)攪拌有力、攪拌速度更快，將溫度計改為溫度傳感器，將探頭從榨汁機(jī)蓋子中間的孔放入，快速攪拌，可以發(fā)現(xiàn)在1分鐘內(nèi)傳感器示數(shù)變化了1-2攝氏度，效果明顯。

師：此實驗現(xiàn)象說明了什么？

生：攪拌頭對水做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。

師：看來對液體做功，我們也有了實例，那么對氣體做功，氣體內(nèi)能是否會增加？請看實驗裝置。

教師帶領(lǐng)學(xué)生做壓縮空氣引火實驗，在講解過程中可以先壓活塞，問學(xué)生：有機(jī)玻璃管中的空氣溫度會不會升高，你有什么解決方法？學(xué)生會聯(lián)想到將溫度傳感器的探頭放入管中監(jiān)測溫度，也有的學(xué)生想到里面放上酒精(提示酒精著火點較高，教師可以做一次實驗給學(xué)生看)，還有的學(xué)生認(rèn)為可以放火柴頭、紅磷、棉花等燃點較低的可燃物，教師給予相應(yīng)的點評和表揚。

評析：通過歸納法將看似零散的實驗巧妙結(jié)合在一起，體現(xiàn)知識主線的同時，也能有效拓展學(xué)生的思維。

3　解釋現(xiàn)象和實際應(yīng)用

任何規(guī)律的獲得都伴隨諸多現(xiàn)象的解釋和在實際生活中的應(yīng)用，通過歸納法得出結(jié)論的同時，積極引導(dǎo)學(xué)生解釋現(xiàn)象，可鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力。教師利用PPT展示相關(guān)圖片，如玩滑滑梯臀部發(fā)燙、寒冷的冬天搓手取暖、劃火柴、鉆木取火等。

師：鉆木取火歷史久遠(yuǎn)，我們無法感受古人取得火種瞬間的愉悅感，老師今天也要把它搬進(jìn)課堂，請同學(xué)們看好了。

教師拿出電鉆，利用鉆頭對著木板快速打孔，經(jīng)過快速旋轉(zhuǎn)、摩擦，鉆頭溫度很高，將一根火柴頭貼近高溫鉆頭，火柴燃燒起來了，現(xiàn)場學(xué)生情緒高漲，課堂氣氛活躍。

評析：教學(xué)的目的不是一味地進(jìn)行知識的灌輸，而是要讓學(xué)生真正去認(rèn)識知識的價值，應(yīng)用知識解釋、解決生活中遇到的問題，可提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

4　內(nèi)燃機(jī)建模

師：做功能使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，那么內(nèi)能能否轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？

教師讓學(xué)生用手快速旋轉(zhuǎn)空礦泉水瓶，輕輕旋動瓶蓋，學(xué)生發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶蓋飛了出去，同時發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)有白霧產(chǎn)生。

師：如果想使瓶蓋飛出去更遠(yuǎn)，你還可以怎樣改進(jìn)？

生：在瓶中加酒精或者其他可燃?xì)怏w，點燃?xì)怏w。

教師演示如圖1所示的點火爆炸實驗。

圖1

師：能否讓燃?xì)膺B續(xù)對瓶蓋做功？這時為了讓瓶蓋不至于飛出去，我們想辦法把它變成活塞。

圖2

教師出示裝置(如圖2)，在空圓柱體塑料透明桶中間放一個活塞，兩端封閉，活塞可以在中間自由拉動。

師：對于這個裝置，怎樣才能讓氣體進(jìn)入？

生：可以在裝置上方開一個孔，讓氣體吸入。

師：吸入空氣好，還是吸入可燃?xì)怏w好？

生：可燃?xì)怏w。

師：很好，我們在裝置上加一個吸氣門(教師添加一個導(dǎo)管模擬吸氣門)，利用活塞怎樣吸氣？

生：將活塞桿向下拉。

師：活塞向下運動，從氣缸頂端到底端就是吸氣沖程，在這個沖程中有沒有能量的轉(zhuǎn)化？接下來為了獲得更多的機(jī)械能，大家想想向下拉完活塞又可以通過何種方式使氣體獲得機(jī)械能？

生：向上推活塞。

師：吸氣門要不要關(guān)閉？

生：要關(guān)閉。

師：剛才這個沖程我們把它稱之為壓縮沖程，但當(dāng)活塞到氣缸的最頂端時，可燃?xì)怏w已經(jīng)獲得了較大的機(jī)械能，但是如何轉(zhuǎn)化為內(nèi)能呢？如何被點燃？

生：加裝一個點火裝置。

師：可加裝一個火花塞。(教師邊講邊在裝置上加裝一個模擬火花塞的導(dǎo)管示意)，點火之后，高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊龉?，活塞向下運動，這個沖程叫做功沖程。

師：氣體燃燒完之后會產(chǎn)生廢氣，怎么處理？

生：再加裝一個排氣門。

師：我們離真正的內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)在只差一步，剛才經(jīng)歷了吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程再到排氣沖程，好像只能進(jìn)行一次，那么能不能連續(xù)的循環(huán)往復(fù)了，請大家看動畫。

教師出示汽油機(jī)動畫，引導(dǎo)學(xué)生在活塞和連桿的基礎(chǔ)上加上飛輪，利用飛輪的慣性就可以使四個沖程循環(huán)往復(fù)運轉(zhuǎn)起來。

評析：內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)建是本節(jié)課的靈魂所在，教師在平常教學(xué)時都是通過先做點火爆炸實驗直接一步到位引出內(nèi)燃機(jī)，這樣做無形中降低了思維含量，學(xué)生對內(nèi)燃機(jī)的理解也僅是一個模型而已，通過逐層建模，由擠壓礦泉水瓶，

瓶蓋飛出去的實驗逐層深入、拓展與改進(jìn)，最終建立起內(nèi)燃機(jī)的完整模型，可以讓學(xué)生更加生動、具體地了解內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造和工作原理。

通過上述案例，不難發(fā)現(xiàn)歸納法和建模思想在本節(jié)課的教學(xué)中起到了至關(guān)重要的作用，初中生學(xué)習(xí)物理更需要一種符合自身認(rèn)知特點的教學(xué)方法。俗話說教無定法，善于運用各種方法進(jìn)行教學(xué)，不僅能使教師在教學(xué)中如虎添翼，而且更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的強烈動機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸建華.新課程背景下如何運用問題啟發(fā)引導(dǎo)教學(xué)實現(xiàn)高效課堂—《機(jī)械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化》教學(xué)設(shè)計[J].數(shù)理化解題研究，2012,(7):39-40.

[2] 趙家云.《機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化》教學(xué)設(shè)計[J].新課程(下旬)，2011,(9):146.