摘 要：以“功”的的概念的形成教學為例，芻議物理概念形成的三個主要環(huán)節(jié)感知活動、建構(gòu)結(jié)構(gòu)和掌握方法。
　　關(guān)鍵詞：物理概念；感知活動；建構(gòu)結(jié)構(gòu)；掌握方法
　　物理概念是反映物理現(xiàn)象、物理過程本質(zhì)屬性的一種抽象，“是在大量觀察、實驗的基礎上，運用邏輯思維方法，把一些事物本質(zhì)的、共同的特征集中起來加以概括而形成的?！庇纱丝芍?，物理概念形成應包括三大要素，第一大要素是：物理概念形成的基礎，即“感知活動”；第二大要素是：物理概念形成的形式，即“邏輯數(shù)學結(jié)構(gòu)”；第三大要素是：物理概念形成的方法，即“問題方法”。
　　功的概念是能量概念形成的基礎，功是“機械能守恒定律”一章的重要的基本概念，是研究力在空間上的累積效果的物理量，是在力概念形成后的又一個復雜的抽象的物理概念。因此，“功”的概念形成的教學是難點。在實際的教學中，圍繞概念形成的三大要素，我嘗試著對教學過程中幾個主要環(huán)節(jié)作了如下的處理：
　　
　　一、感知活動
　　
　　物理概念是對物理現(xiàn)象、物理過程的抽象而建立的。必須通過一系列的感知活動，才能獲得要研究的物理問題的感性材料。感知活動是物理概念形成的教學程序基礎，它包括“提出問題”、“導讀教材”和“觀察實驗”。而這三個要素都必須圍繞以豐富學生的感性認識為前提。所提供的感性材料要有針對性，使學生的原有的隱概念、前概念、初概念逐步向物理概念轉(zhuǎn)化。
　　提出問題：初中物理教材中關(guān)于功的概念是從功是力所產(chǎn)生的“成效”、“功效”人手的，稱物理上的功是力具有“功勞”的含義。高中物理中對“功”認識，吸收了“功勞”的意思，但是還有它特殊的含義。新教材是這樣表述的：“在認識能量的過程中，人們建立了功(work)的概念，因而，功和能是兩個密切聯(lián)系的物理量。如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化，那么這個力一定對物體做了功?！?br/>　　導讀教材：新課程教材中舉了這樣幾個例子——貨物在起重機的作用下重力勢能增加了；列車在機車牽引下動能增加了；握力器在手的壓力下彈性勢能增加了等實例，豐富學生的感性認識，讓學生體會做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程。教學中可引導學生通過閱讀教材思考下列問題：(1)功的兩個必要因素是什么?生活中哪些情況下力(或物體)做了功?哪些情況下力沒有做功?(2)如何定義功?如何理解功的定義式?
　　觀察實驗：功的本質(zhì)是力在空間上的累積效果，可在課堂上演示幾個身邊的例子。如讓—個同學給飲水機換水，推動課桌向前移動，粉筆自由落下，用力拉伸或壓縮一根彈簧，并用生動的板畫描繪出來，讓學生比較直觀地體會機械功的兩個必要的因素。
　　
　　二、建立結(jié)構(gòu)
　　
　　物理概念形成的最終表現(xiàn)，就是建立“邏輯數(shù)學結(jié)構(gòu)”，布魯納在《認識論》一文中說：知識是我們經(jīng)驗中的規(guī)律性以意義和結(jié)構(gòu)而組成的一個模式。知識體系的組織意味著經(jīng)驗的簡約與聯(lián)系的構(gòu)造。建構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是物理概念形成的教學程序的關(guān)鍵，它包括“概念結(jié)構(gòu)”、“數(shù)學結(jié)構(gòu)”和“知識結(jié)構(gòu)”。
　　概念結(jié)構(gòu)：物理學里，許多概念一建立起來就能體會它明確的物理意義，如速度是用來反映運動快慢的物理量，加速度是用來反映速度變化快慢的物理量等。但勸是先定義，然后在功和能的關(guān)系研究過程中逐步體會功的物理意義。通過主體感知活動，揭示出功的特性：(1)機械對工作對象施以力的作用；(2)機械使工作對象沿力的方向發(fā)生位移。建立功的定義式W=Fs，并進一步講清功的單位。教學中可以引導學生從正反實例中加深對功的兩個必要因素的理解，還可以把“功”和“工2作”的含義加以對比，以使學生對功的理解更準確。
　　功的一般計算公式的建立。因為學生在初中已接觸過功，我是先把他們置于曾經(jīng)熟悉的情景之中，提出以下兩個小問題，讓學生分別計算圖1和圖2中力F做的功是多大?
　　
　　學生能較快地回答圖1中力F做的功為W=Fs；圖2中力F做的功為零，其理由是在力的方向上沒有發(fā)生位移。緊接著我們提出如圖3所示的問題，力F與位移：有一個夾角α，請學生在未預習不看書的情況下計算力F做的功。
　　因為在此之前學生已經(jīng)學習過力的合成與分解的相關(guān)知識，如果把這一知識點遷移到此處，是能夠順利地解決問題的。注意，教師不要點撥、啟發(fā)，但可以告訴學生所學的知識已經(jīng)能夠解決這個問題，并鼓勵學生，看誰能先找到思路。這是一個激發(fā)學生積極思維，使學生思維保持一定的強度和張力的一個機會．是本課中最有價值的閃光點，教師要有耐心。
　　實踐證明，總會有學生將力的分解知識移植到這里，總會有學生將力F分解為豎直方向上和水平方向上的兩個力。力F在豎直方向上的分力做功為零，在水平方向上的分力為P=Fcosa，它所做的功為W=Fs=Fscosa，并用等效性原理來說明這個功就是力F所做的功。
　　但怎樣求幾個力的總功呢?課本中直訴方法，沒有讓學生感悟知識形成的過程或感受方法的正確性、可靠性。我們采取的方案是暫不告訴求總功的方法，而是巧妙地搭建了“腳手架”，在應用功的公式解題時發(fā)現(xiàn)、感悟、提煉出求總功的方法。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　如圖4所示，在一個傾角為300的斜面上有一個質(zhì)量為lOkg的物體恰能沿斜面勻速下滑，已知物體在斜面上下滑了5m．
　　(1)試用功的公式分別算出重力、支持力、摩擦力做的功，并算出它們的數(shù)值的和。
　　(2)物體受到的合力多大，合力做的功是多少?
　　經(jīng)過計算，學生會發(fā)現(xiàn)在一個過程中只要物體所受的力不變，則合力做的功與各個力做功的代數(shù)和是等值的。其實細心的同學會發(fā)現(xiàn)，在功的計算公式的得出過程中其實已隱含了分力做功的代數(shù)和等于合力所做的功這一重要思路。
　　由于力的合成是建立在等效性原理上的，所以我們可以得出這樣的結(jié)論：各個力對物體所做的總功等于各個力分別做的功的代數(shù)和。到這個時候可強調(diào)一下功是“標量”：所謂標量是與矢量比較而言的，矢量有方向，求和時遵守平行四邊形法則，而標量沒有方向，求和時用代數(shù)法。
　　數(shù)學結(jié)構(gòu)：功的定義式和計算公式都是用數(shù)學公式來表示，關(guān)鍵是要把公式中各量的物理含義弄清楚，把數(shù)學和物理結(jié)合起來，在得出功的一般計算公式之后，即用W=Fscma去解簡單的習題。如新教材的“問題與練習”第1題，學生可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)算出三種情況下力F所做的功分別為。這些數(shù)據(jù)是彌足珍貴的，它讓學生發(fā)現(xiàn)功有正負，并知道了在什么情況下是正功，什么情況下是負功。這樣，我們在一次小的練習中既熟悉了計算功的公式又懂得了功的正負，而不必像課本中那樣專開一段講正功和負功，節(jié)約了課堂上的寶貴時間，教學效果也好。當然，我們還需要就這個例題對正功和負功的意義做一個說明，做正功，力是“幫助”物體的運動的，做負功，力是阻礙物體的運動的。
　　知識結(jié)構(gòu)：功的概念知識結(jié)構(gòu)，包括功率概念、動能原理、機械能守恒定律、功能關(guān)系。教學中應根據(jù)學生實際和教材實際逐步深入，這里不再展開。
　　通過讓學生在主體經(jīng)驗的基礎上進行自主建構(gòu)，學生品嘗到獨立建立功的計算公式的成功，也讓學生直接地發(fā)現(xiàn)功的正負，并在實驗中直接地把握了正功和負功的意義和本質(zhì)。整個過程生動、流暢、簡潔。
　　
　　三、掌握方法
　　
　　一個物理概念和物理規(guī)律的形成，必將有與之對應的科學方法的形成。在物理教材中，顯形和隱形對應著特定的科學方法，教師應看清概念規(guī)律建立所使用的科學方法，并引導學生歸納總結(jié)。應側(cè)重在建立新的概念，解決新的問題中不斷地鞏固深化，形成能力。
　　方法提煉：功概念的建立，首先是對大量機械工作實例進行分析，抽象出功的定義，這里用到了分析和綜合方法，具體到一般的方法。而功的定義式發(fā)展到計算公式，經(jīng)歷了由特殊到一般，再回到特殊的思維過程。涉及到了力的分解，位移分解這種矢量分解方法。在計算式的討論中充分運用了數(shù)學方法。在變力做功研究中，物體做曲線運動的研究中，用到了“微元法”和“曲變直”方法。教學要站在科學方法的高度去指導教學，使學生逐步理解掌握這些科學方法。
　　方法應用：科學方法既要在概念形成中掌握，又要在解決實際問題中逐步鞏固。下面舉例說明。
　　例1：一個人用力F拉著質(zhì)量G=300N的物體，在水平面上勻速前進了100m，力F的方向跟水平面的夾角為45°，物體與水平面之間的摩擦系數(shù)μ＝0．lPiA98kjLLl3fO5OgbbPCQ==2。試求物體所受的幾個力各做了多少功?合功是多少?
　　該題第一個問是圍繞功概念的含義、量值大小來解答。第二個涉及到合功的兩種計算方法。即先求各個力功，再求合力的功。也可以先求合力，再求合力的功。
　　例2：設在圓形軌道上有一小車，如圖5。改變的切向力F推這個小車，由A點出發(fā)，沿半徑為R的圓周軌道走了一圈又回到A點，如圖所示，這個切向力F對物體做功等于多少?
　　解答此題，就要用到“曲變直”方法和“微元法”思想。
　　能力轉(zhuǎn)化：練習是鞏固知識，掌握方法，從而培養(yǎng)學生能力的重要途徑。
　　
　　例3：質(zhì)量為100ks的正方形木箱，一人用翻滾辦法，把它移動10m，則此人至少做了多少功?
　　此題可以考查學生對功能關(guān)系的理解和解決問題的能力，從而培養(yǎng)學生的理解能力、數(shù)學能力、分析解決物理問題的能力。
　　例4：某人以10m/s的速度拋出一質(zhì)量為1kg的小球，求這一過程中人對小球所做的功。
　　此題考查學生應用功能定理以及逆向思維的能力，教學中要設置這方面的練