解決實際問題的體驗式教學研究——以初中物理“合理利用機械能”為例

安徽省合肥市行知學校 王 琪

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出，物理是以多樣統一的自然界為研究的探究活動，是建立在證據和理性思維基礎上的，其基本動力是人類的好奇心和求知欲，以及經濟與技術的發展需求。為此，物理教師要精心設計教學，以生活自然場景為引，求知欲為驅動，解決實際問題為目的進行物理教學。

一、“合理利用機械能”課程教學要求

“合理利用機械能”是滬科版八年級第十章第六節的內容。這一節開始涉及“能”的概念，比較抽象。從這節開始，需要初步建立“能”的觀念，幫助學生建立解決問題的方法，為后面高中物理的學習奠定基礎。本節課，對物理觀念的建立非常重要。而初二的學生年齡在十四五歲，心智正處于發育階段，對抽象概念的學習有一定的難度。因此需要結合大量的自然、生活實例來幫助學生理解，也踐行了物理來源生活、應用生活的觀念。

在本節課之前，學生已經學習了“功”的概念，前認知已經打好了基礎，為我們這節課的學習減低了難度。

二、教學設計

（一）“能”的概念的建立

本節課中，既要吃透概念，又有實驗探究，內容繁重。課本中安排從做功角度認識能，但由于篇幅所限，只列舉三個例子。因此，在引入“能”的概念前，應盡可能多地列舉自然、生活中的做功實例，讓學生能夠通過對比、歸納，總結出“什么是能”。但筆者在實際教學過程中發現，光列舉做功實例，學生還是不能理解“能”到底是什么。為了解決這一問題，筆者看了很多優秀老師的視頻，設計自己解決問題的方案如下：視頻展示自然界中“能”的威力，圖片展示生活中的做功、具備做功條件的場景，讓學生結合兩者，歸納、總結“能夠對外做功的物體具有能”“能是物體做功能力大小的物理量”。設計的問題如下：（1）在日常生活或新聞媒體中，你聽說過哪些“能”？（2）我們通過一段視頻來了解一下自然界當中的“能”的威力。（播放視頻）（3）你從這個視頻里看到了哪些“能”？你為什么會覺得它們具有能量？（4）流動的水向前推動竹排；彎曲的撐竿向上推起運動員；被舉高的重錘向下錘木樁，在這些生活場景中，它們蘊含了怎樣的物理知識？（5）那高山上的石塊和運動的車有沒有對外做功呢？它們具不具備對外做功的能力呢？（6）如果做功，會產生什么樣的效果？你覺得它們和剛才的視頻里有什么共同點？

通過一系列問題的提出，讓學生意識到“能”和“做功”之間的關系。這樣，在不知不覺中，培養學生能夠從自然、生活中提煉出物理知識的能力。

（二）認識“機械能”

認識了“能”的概念，我們為什么要學習“能”？誠然，物理來源于生活，也能服務于生活。接下來就需要認識與人類生活緊密聯系的“機械能”。學生在認識“能”之后，完全可以根據物體的狀態把它們分為動能、重力勢能、彈性勢能。在這一階段，前概念的學習已經完成，學生較易達到目標，那這一部分設計可以加深學生的印象為主，讓學生能夠熟練地加以區分。這一部分，在其他優秀教師的建議下，筆者進行了改進：設計“你說我猜”的搶答活動環節。提升了學生的學習興趣，也讓學生從剛才的概念學習中能有所應用，增強學生學習物理的信心。

（三）探究影響機械能大小的因素

課本中，這一部分主要安排了“探究影響動能大小的因素”和“探究影響重力勢能大小的因素”，彈性勢能的探究在這里只做簡單的一句話概括。那么在設計實驗時，應以“探究影響動能的大小因素”為主，教學中要注意營造科學探究的氣氛，引導學生積極參與，讓他們自己設計實驗，得出決定動能、重力勢能大小的相關因素，以增強學生的成就感。

1.探究影響動能大小的因素

為了踐行物理服務于生活，體現物理的學科價值，筆者從生活場景入手，播放車禍視頻。加強安全教育的同時，提出問題：交通規則中有哪些舉措？對你有什么啟發？讓學生結合生活經驗得出猜想：影響動能的因素有質量和速度。這一猜想學生較易得出。如何設計實驗呢？筆者接下來結合車禍現場的視頻引導學生把場景搬到實驗室進行模擬。用小車代替汽車，用木塊代替障礙物。提出如下問題，讓學生設計實驗：（1）研究誰的動能？（2）你如何探究不同質量的物體對動能的影響？（3）如何控制速度的大小呢？（4）怎么比較動能的大??？觀察誰？（5）該實驗用到了哪些實驗方法？

在學生想到讓小車從不同高度的斜面下落時，速度不同，提示學生注意課本中“加油站”的一句話：“小球在光滑斜面上由靜止開始下滑，到達斜面底端的速度只與起點的高度有關，起點越高，到達底端的速度越大”，從而為學生的這一想法奠定理論基礎，同時為其他學生解惑。

在學生提出，可以用木塊被撞擊的遠近程度衡量車的動能大小時，可以繼續讓學生回答這里所蘊含的功能關系。既是對上一模塊概念的鞏固，也能開始滲透能量轉化的思想。

接下來學生開始進行分組實驗。在實驗過程當中，繼續強調這樣幾個問題：你是如何進行控制變量的？你要研究的對象是誰？觀察對象是誰？你是如何判斷小車動能大小的？

至此，學生結合生活實際，參與實驗過程，解決生活問題，得出結論：物體的質量越大、速度越大，物體具有的動能越大。

2.探究影響重力勢能的大小因素

在探究影響動能大小的因素中，學生經過猜想、設計、實驗、得出結論，已經具備一定的能力，這一部分相對來說較好理解。而這一部分除了書本中介紹的方法，還有很多其他方式?？梢猿浞职l揮學生的主觀能動性，讓學生不拘泥于課本，提出自己的想法。因此，筆者設計了學生自主實驗的課外活動環節，再次讓學生體驗到學習物理的樂趣。

3.彈性勢能

課本中，這一部分只做少量敘述，并未進行實驗探究。然而筆者認為，教材的安排是有道理的，前面探究影響動能和重力勢能大小的因素實驗中已經訓練了學生的思維，而彈性勢能在初中階段又不作為主要內容，無須過多贅述。但關于彈性勢能的這句話“在彎弓射箭時，弓張得越滿，放手后，箭就射得越遠。這表明，物體的彈性形變越大，具有的彈性勢能就越大”，筆者認為可以充分利用起來，引導學生思索功能關系。知道“能不光是衡量物體能夠做功多少的物理量”，還能認識到“能量通過做功的方式進行轉換”“能量通過做功可以從一個物體轉移到另一個物體，可以從一種形式轉換為另一種形式”“能量不會憑空消失”，從而滲透機械能轉化與守恒的思想。所以在這一部分，筆者設計這樣幾個問題引導學生思考：（1）你覺得彈性勢能與什么因素有關？為什么？（2）在彎弓射箭的過程中，你能說一說這里能量的形式以及大小變化情況嗎？總結：箭的動能增加了，這說明做功多少不光能體現出物體具備能的多少，更是可以通過做功把一個物體的能轉移到另一個物體上，可以從一種形式轉換為另一種形式，能不會憑空消失，因此說功是能量轉換的度量。

至此，本節課的主要內容得以解決。之后，筆者注意到這樣一個問題：本節課課題為“合理利用機械能”。我們了解能，探究了能大小的影響因素，為的是更好地解決實際生活中的問題，那么，“合理”利用機械，到底怎樣叫“合理”呢？

（四）合理利用機械能

筆者經過思考覺得可以利用開頭視頻展示的自然界中“能”的威力，對比人們利用風能、水能等發電，為人類所服務，提示學生合理利用自然界中的能量為人類所服務是我們學習這節課更深遠的意義。也讓學生真正認識到，我們學習機械能的目的，學以致用，課本知識與實際生活的聯系一直是我們學習科學知識的本質動力。

至此，本節課的教學任務完成。

三、反思

課后，筆者又對這節課進行了反思。比如，在引用課本中“加油站”的一句話“小球在光滑斜面上由靜止開始下滑，到達斜面底端的速度只與起點的高度有關，起點越高，到達底端的速度越大”時，知識的學習只是通過“填鴨式”告知完成，不具備直觀性。筆者也嘗試通過實驗達到教學目的，但效果并不理想，說服力不強。筆者也查閱了相關材料，觀看了相關視頻，得知即使在質量相同時，由于質量的分布不同，仍會導致質量相同的物體從同一高度下落到底端速度不同。當然，理論上是成立的，現實實驗中需要考慮物體的材質、形狀等因素的影響，實驗現象不明顯，演示實驗難度大。這也提示筆者，物理教師一定要自己動手、反復試驗，應時時以發展的眼光看待自己的教學過程。

本節課中，兩個視頻的引入能充分調動學生的積極性，能有效引導學生思考、解決問題，能合理結合生活實際讓學生進行體驗式學習。

物理教師深知物理學科的本質，以實驗為基礎，以思維為中心，由生活經驗引導，格物知理。通過層層遞進的提問，讓學生在探究過程中，不斷進行新的思考，不斷提出解決策略和實驗方案。更是要直面問題，把基于證據的物理學習落到實處，創新進取，拓展思路。