談談《機械能與內能相互轉化》第一課時教學環節的設計

摘 要：本節圍繞物理知識“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學思路，《新課程標準》要求物理課程的設置應貼近學生的生活，從學生身邊熟悉的生活現象中探究并認識物理規律，讓物理知識與社會實踐相結合，體會物理在生活和生產中的實踐應用。

關鍵詞：教材分析；教學環節設計；教學反思

一、 教材地位和作用

本節課把《機械能》《內能》知識進行結合，學習這兩種能量的相互轉化及在生活中的應用，是《功》《機械能》《內能》知識的自然延伸和拓展，同時也是對改變物體內能方式的補充，讓學生認識到熱傳遞和做功在改變物體內能方式上的異同。而《功》《機械能》《內能》等相關知識是學好本節課的前提和基礎，掌握做功是能量改變的量度，影響機械能大小的因素及影響內能大小的因素等相關知識，為本節課的學習積累了一定的知識儲備。

本節課是教材安排兩課時中的第一課時，列舉對物體做功及物體對外界做功等實例，來說明做功是改變物體內能的又一種方式，同時說明做功伴隨著機械能與內能的相互轉化；通過列舉熱傳遞方式改變物體內能的例子作比較，有助于學生認識這兩種改變物體內能方式之間的異同。做好“空氣壓縮引火儀引燃硝化棉”、“觀察點火爆炸現象”實驗，是理解機械能與內能相互轉化的前提，而且還是熱機的壓縮沖程和做功沖程的模擬實驗，為下節的熱機教學作鋪墊。

在引導學生得出做功可以改變物體內能時，可以采用學生分組實驗、老師的演示實驗等形式，通過討論、歸納方法得出。而這些研究方法中學生的體驗式教學思想有著較高的價值和學習意義。

二、 教學環節的設計

1. 通過打氣筒打氣時，氣筒發熱現象引入課題。

俗話說“萬事開頭難”，作為一堂課的“頭”——課堂引入是至關重要的。精彩的課堂引入可以一上課就吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，增強學生的學習積極性，進而提高課堂的教學效率和課堂的教學質量，達到事半功倍的效果。

在本課題引入時，筆者設計三步進行：（1）播放火箭發射“神舟十一號”升空視頻，提出火箭升空過程涉及哪些能量？這些能量之間是否可以相互轉化？通過火箭升空能量轉換作為切入點，簡明扼要點出課題，同時適時進行愛國主義教育，介紹我國航天事業所取得的成就，激發學生的愛國熱情。（2）復習上一節物體內能與溫度關系及熱傳遞方式可以改變物體的內能等知識，為做功方式改變物體內能作鋪墊。（3）通過打氣筒打氣時筒壁發熱實驗，說明氣筒溫度升高內能在增大而提出問題：是熱傳遞方式改變了物體的內能？點出本節課所要探究的另一種改變物體內能的方式——做功。

2. 設計多個學生分組實驗和演示實驗，通過歸納方法得出做功是改變物體內能的另一種方式。

很多學生對“熱傳遞改變物體內能”容易理解，而對“做功改變物體內能”比較陌生。因此要從貼近學生生活來設計實驗，如“反復彎折鐵絲”、“砂紙摩擦鐵絲”、“手指滑過棉線”，通過“彎折”、“摩擦”、“滑過”這些動作讓學生感受物體內能的變化，體會與熱傳遞方式改變內能的不同。演示“引火儀壓縮空氣引燃棉花”實驗，讓學生認識到火不僅可以點燃，也可以壓燃；演示“點火爆炸現象”實驗，讓學生認識到點燃幾滴酒精產生的推力可以把盒蓋沖出好遠，通過這兩個實驗讓學生感知平時難以見到的物理現象，增加學生的求知愿望。

在總結做功改變物體內能時，可以提兩個問題：1.物體內能是否有變化？教師可以引導學生從物體的溫度、物體的機械能變化考慮，如果物體的溫度升高了，物體的內能就增大；如果物體機械能增大了，物體的內能就減小了（用到能量守恒知識，這部分知識已經在機械能的動能和勢能相互轉換中學過）；2.提煉實驗中出現的“彎折”、“摩擦”、“滑過”、“壓”、“推”這些動作，讓學生思考：這些動作說明了物體在做什么？學生討論后可以得出這些動作都體現了有力的作用，并且在力的方向移動了距離，即物體做了功，進而得出做功改變物體內能的結論。

在能量轉化中讓學生討論上述活動哪些物體的內能在增大？哪些物體的內能在減小？能量怎樣轉化？教師可以通過列表的方式要求學生完成，如下表：

表格設計有直觀性，有針對性，學生可以根據內能增大還是減小對上述活動進行歸類，通過比較，鑒別出哪些活動是內能轉化為機械能，哪些活動是機械能轉化為內能。培養學生學會比較、歸類的方法，提高認知能力。

最后讓學生比較熱傳遞和做功在改變物體內能方式上的異同。教師提出采用哪些方法使鐵絲的溫度升高、內能增大？僅憑鐵絲溫度升高、內能增大這一現象，能否斷定內能的增大是通過熱傳遞方式還是做功方式來實現的？使學生認識到熱傳遞和做功在改變物體內能上的等效性。通過分析，熱傳遞是內能發生了轉移，而做功是機械能與內能發生轉化，得出熱傳遞與做功在改變物體內能上的不同點。列表如下：

3. 通過“再探打氣筒打氣”實驗，深化所學的知識。

在學生“再探打氣筒打氣”實驗時教師可以設計三個有層次的問題：1.氣筒壁發熱主要是整個筒壁發熱還是局部發熱？2.氣筒活塞從一端運動到另一端時，活塞有克服筒壁摩擦做功、活塞壓縮空氣做功兩種做功方法，這里主要是哪一種？3.在學生討論分析出壓縮空氣做功方式后，提出筒壁內能的改變又經歷了哪些方式？在三個問題的基礎上，通過抽絲剝繭的方法達到深化所學的知識，使做功和熱傳遞方式改變物體的內能在日常生活中得到了應用。

三、 教學反思和體會

通過“再探打氣筒打氣”實驗，與引入部分前后呼應，通過氣筒底部發熱現象，解決打氣筒發熱主要是通過做功方式改變內能，同時氣筒壁發熱又包含熱傳遞改變內能，達到深化所學的知識，真正做到物理知識從生活走向物理，從物理走向社會的教學思路。

教材上研究做功改變物體內能時，安排了“彎鐵絲”、“引火儀壓縮空氣”兩個實驗，這兩個實驗都是做功方式增加物體的內能；而我設計“彎鐵絲”、“砂紙摩擦鐵絲”、“手指滑過棉線”、“引火儀壓縮空氣”、“點火爆炸現象”、“火箭升空視頻”這些活動中既有做功方式增加物體的內能，也有做功方式減小物體的內能，是對做功改變物體的內能的一種更好的詮釋。這些活動放在一起，讓學生鑒別哪些活動是做功方式增加物體的內能，哪些活動是做功方式減小物體的內能，可以提高學生的認知水平。

做好“空氣壓縮引火儀”和“點火爆炸”這兩個演示實驗是本堂課的關鍵。但很多教師難駕馭這兩個實驗，覺得有困難，難于成功。我根據自己的體會談幾點：1. 關于“空氣壓縮引火儀”，先檢查引火儀的活塞與管壁的密封性，如果不密封，可以在活塞上涂少許蓖麻油，起密封和潤滑作用。棉花不能用脫脂棉，即使蘸有乙醚也不容易成功，再者乙醚有毒，也不容易買到。實驗前先準備好著火點低的硝化棉，把硝化棉撕成半個指甲大的薄薄一層放入引火儀底部，注入新鮮空氣，壓縮活塞一定要迅速有力，同時，下壓的方向一定要盡可能保證豎直，這樣容易成功。2. 關于“點火爆炸”裝置，找個瓶口較小的飲料瓶（小瓶口說明蓋子輕，容易打出），在瓶子底部開個放電管剛好能塞進的小孔，先在飲料瓶中用滴管滴兩滴無水酒精，再把瓶蓋掛在瓶口（不能旋緊），電子式火花發生器的放電管插入飲料瓶的小孔（靠近飲料瓶的底部），最后靜放半分鐘，讓酒精完全汽化再點火十有八九能演示成功，小瓶蓋可以推出10多米遠。

總之，這節課是由教師先創設物理情境，在若干個活動的基礎上再引導學生分析討論，最終得出結論。同時通過體驗式教學，來增強學生的學習興趣，培養學生的實驗設計及探究能力，更好地掌握學習物理的科學方法。

參考文獻：

[1]蘇科版教師教育參考[S].

[2]全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）[S].

作者簡介：

繆美根，江蘇省昆山市，江蘇省昆山市張浦中學。