以科學方法為中心的課堂教學實踐

張清和

摘 要：傳統的課堂以知識灌輸為主，導致學生對知識的理解往往是表面的、零星的、不連續的。當遇到新的問題、新的題境，會感到無從下手，因為學生在以科學知識為中心的教學過程中得到的是識記能力的訓練，只有以科學方法為中心的教學才能夠將思維訓練從頭到尾灌輸到學習過程中的每一個環節，學生將從過程和方法中得到系統、完整的知識架構，學生的能力得以充分、全面的發展。

關鍵詞：機械能守恒;科學方法;邏輯思維

一、背景

科學知識和科學方法是科學課程的兩大組成部分[1]。物理課程是重要的科學課程之一，我們應通過科學方法得到科學知識并實現對科學知識的應用。這樣才能實現學生知識體系構建和智力發展的平行與同步。如果以科學知識為中心設計教學，學生對知識的理解往往是表面的、零星的、不連續的。達不到靈活運用的目的;如果按照科學方法的邏輯設計教學，學生將從中得到系統、完整的知識架構，更重要的是在這個過程中學生的能力能得到發展。

筆者以“機械能守恒定律”一堂課為載體，按照學生的認識發展規律，通過實驗歸納和理論推導雙管齊下，將科學方法貫穿到整節課中。讓學生在獲得知識的同時獲得有效的思維訓練和邏輯訓練。

二、教學設計

遵循科學方法的教學邏輯以及學生的認識過程，筆者將這節課設計為以下三個維度、四個步驟如圖1所示：

從科學探究的四大要素（第一維度）出發對上課的流程（第二維度）進行合理設計，讓學生在每個過程結束后獲得相應的經驗（第三維度）。具體內容如下：

（一）提出問題

1.讓同學們通過不同場景動手感受能量轉化的過程，形成感性認識。

具體操作如下：每組選兩位同學上臺，根據真實的圖片情境（擺鐘、過山車、射箭、蹦蹦床），從給定器材中選一個跟情境相對應的器材（單擺，軌道和小球，弓箭，彈跳小人）a.演示動能和勢能轉化的運動過程;b.描述能量轉化過程。

2.引導學生猜想運動過程中機械能總量如何變化。

（二）尋找證據

對實驗過程的設計，筆者采用從小到大，從點到線，以循序漸進的方式讓學生一步步得出結論。

1.實驗1：對比單擺下落過程中兩個位置

圖2，光電門在下擺的過程中，會被這些小圓鈕阻斷信號，從而得到穿過這些小圓鈕的瞬時速度。這些小圓鈕高度間間隔是恒定的。

在下擺過程中任意選取兩個位置（以④，⑥點為例），讓學生按照下表中的內容進行數據測量和計算。

讓學生對表中的數據進行分析，得出結論：在一定誤差范圍內，下擺過程中的兩個點間：（1）勢能減小=動能增加;（2）機械能相等。

2.實驗2：完整周期擺動

為了讓結論具有普遍性，測量兩個點是不夠的，我們需要觀察整個運動過程。

（三）理論解釋

為了看清事物的本質，引導學生對背后原理進行探究。在探索的道路上學生從來不應該是孤獨前行的，需要老師的引導和陪伴。筆者將大問題分解成幾個小步驟，讓學生的思考“有跡可循”。以下圖運動過程為例：

分析圖4中從位置1到2的能量問題：

1.根據動能定理，思考動能變化原因。

生：動能定理：W合=ΔEk，即重力做正功導致動能增加。

2.根據重力做功與重力勢能的變化關系，思考勢能變化原因。

生：重力做功與重力勢能變化關系：WG=ΔEp，即重力做正功導致重力勢能減少。

3.從而思考動能和勢能轉化關系以及兩點的機械能關系。

生：ΔEk=-ΔEp，即減小的勢能等量轉化為增加的動能。

Ek2-Ek1=Ep1-Ep2;Ep1+Ek1=Ep2+Ek2，即機械能相等。

師：因為1，2兩個點具有普遍性，所以可以得出整個過程中機械能守恒的結論。另外我們可以在這個過程中看出能量轉移和能量守恒之間本就是共生關系，是同一事物在不同視角下的結果。

4.思考機械能守恒是否需要條件？

生：機械能守恒的條件是：W合=WG，即只有重力做功！

5.乘勝追擊，思考如果有重力以外的其他力做功，機械能總量如何？

生：WG+W其他=ΔEk;WG=-ΔEp

W其他=ΔEk+ΔEp=（Ep2+Ek2）-（Ep1+Ek1）

說明如果其他力做正功，機械能增加;其他力做負功，機械能減小。比如在單擺實驗中摩擦力做負功，導致機械能減小。

參考文獻：

邢紅軍，陳清梅.從知識中心到方法中心：教學教育理論的重要轉變[J].首都師范大學學報（自然科學版），2011，32（6）：20-26.

編輯 杜元元