沈德良

學(xué)習(xí)是新舊經(jīng)驗(yàn)相互作用的過(guò)程.奧蘇貝爾認(rèn)為，要建立新、舊知識(shí)之間的聯(lián)系，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生，最有效的策略是利用適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料對(duì)當(dāng)前所學(xué)新內(nèi)容加以定向與引導(dǎo)，這種引導(dǎo)性材料就稱(chēng)為“先行組織者”.“先行組織者”能夠幫助學(xué)生有效地利用原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去同化新的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)向主體知識(shí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，并加強(qiáng)學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)的清晰性、穩(wěn)定性.

在物理課堂教學(xué)中，教師可根據(jù)教材內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，向?qū)W生提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料，如圖片、視頻資料、體驗(yàn)活動(dòng)、問(wèn)題情境、實(shí)驗(yàn)等.這些引導(dǎo)性材料的優(yōu)化呈現(xiàn)能讓學(xué)生充分發(fā)揮主體作用，較快地對(duì)新知識(shí)進(jìn)行吸收和意義建構(gòu)，從而有效地提升物理課堂教學(xué)的有效性. 筆者在《功》一節(jié)的新課教學(xué)中采用了“先行組織者”教學(xué)策略，并且將“組織者”與學(xué)生的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，在實(shí)際教學(xué)中收到了良好的效果，具體設(shè)計(jì)如下.

一、“先行組織者”教學(xué)設(shè)計(jì)圖（如圖1）

二、教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

（一）新課引入環(huán)節(jié)

（1）復(fù)習(xí)提問(wèn)：學(xué)生通過(guò)《追尋守恒量——能量》的學(xué)習(xí)，已認(rèn)識(shí)到能量的抽象性和重要性.教師可提出過(guò)渡性問(wèn)題——如何來(lái)研究能量？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)能使教學(xué)內(nèi)容承上啟下，較快地吸引學(xué)生的注意力，開(kāi)展新課教學(xué).

（2）學(xué)生活動(dòng)：釋放重物、水桶搬上講臺(tái)、彈弓彈射子彈、來(lái)回搓手.

設(shè)計(jì)意圖：豐富的課堂體驗(yàn)活動(dòng)能較好地提升學(xué)生的參與度，提高其學(xué)習(xí)的積極性.學(xué)生在觀察和定性分析的基礎(chǔ)上，體會(huì)做功與能量轉(zhuǎn)化的密切聯(lián)系.

（3）滑輪提升重物實(shí)驗(yàn)（如圖2） 兩次實(shí)驗(yàn)重物均緩慢提升相同高度，并比較兩次實(shí)驗(yàn)的異同.

設(shè)計(jì)意圖：定性的體驗(yàn)活動(dòng)能提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的參與度，定量實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生較好地理解功是能量轉(zhuǎn)化量度的含義，體會(huì)“功”概念引入的必要性.

（二）概念內(nèi)涵的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.做功的要素

學(xué)生觀看舉重視頻，教師可在學(xué)生觀看視頻后設(shè)置如下問(wèn)題供學(xué)生討論.

①運(yùn)動(dòng)員將杠鈴從地面舉起的過(guò)程中有沒(méi)有做功？②杠鈴舉到最高點(diǎn)后在空中保持的3s內(nèi)有沒(méi)有做功？③杠鈴舉到最高點(diǎn)后，運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴緩慢向前移動(dòng)的過(guò)程中有沒(méi)有做功？④做功有哪些必備的要素？

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)動(dòng)員舉重視頻能為學(xué)生的學(xué)習(xí)增加趣味性，吸引其注意力，問(wèn)題設(shè)置能幫助學(xué)生準(zhǔn)確總結(jié)力做功的兩個(gè)要素，理解功的內(nèi)涵.

2.功的計(jì)算

功的一般計(jì)算式W=FLcosα相比于初中功的計(jì)算式具有更高概括性. 考慮到學(xué)生解決此問(wèn)題的基礎(chǔ)知識(shí)和能力都已具備，所以此環(huán)節(jié)安排學(xué)生進(jìn)行自主合作式的學(xué)習(xí)較為適宜.教師可先出示如下三種問(wèn)題情境（如圖3）供學(xué)生獨(dú)立思考，要求提供盡可能多的解決方案，然后組織學(xué)生分組開(kāi)展討論，并在小組中交換意見(jiàn).最終派學(xué)生代表匯報(bào)結(jié)果.

設(shè)計(jì)意圖：由特殊到一般的問(wèn)題情境的呈現(xiàn)，能夠幫助學(xué)生分解認(rèn)知梯度.學(xué)生通過(guò)相互間的交流與合作，能夠順利找到分解力和分解位移兩種解決問(wèn)題的思路，同時(shí)也提升了表達(dá)能力.

（三）概念外延的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.辨析一：功與力的對(duì)應(yīng)性

情境1：在地面光滑和粗糙的兩種情況下，物體在相同的力F作用下（F與L成某個(gè)角度），向前運(yùn)動(dòng)L的位移，兩種情況下力F做的功一樣多嗎？為什么？

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)置干擾因素幫助學(xué)生深化公式中F的理解，通過(guò)情境1的討論使學(xué)生知道功與力的對(duì)應(yīng)性，明確某一個(gè)力做功只與該力的大小、物體的位移及力和位移的夾角有關(guān)，與其他力、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).

2.辨析二：W=FLcosα適用于恒力做功

情境2：如圖4，有一勁度系數(shù)為k的輕彈簧，左端固定在墻壁上，右端緊靠一物塊，開(kāi)始彈簧處于壓縮狀態(tài).物塊在彈簧彈力作用下從A運(yùn)動(dòng)到B處，B為彈簧原長(zhǎng)位置.AB間的距離為x，此過(guò)程中，彈簧彈力做了多少功？

教師設(shè)問(wèn)：根據(jù)功的公式W=FL=kx·x=kx2，這樣算對(duì)嗎？為什么？

情境3：如圖5，在足夠長(zhǎng)的光滑水平桌面上，人對(duì)物體施加水平向右的5N的拉力作用，當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)了10m時(shí)拉力突然反向、大小不變，一直到把物塊拉回原處，在全過(guò)程中人對(duì)物體的拉力做了多少功？

教師設(shè)問(wèn)：整個(gè)過(guò)程中拉力大小都為F=5N，由于總位移L=0，那W=0，對(duì)嗎？如果不對(duì)該如何分析？

設(shè)計(jì)意圖：階段式問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合作探究，成功總結(jié)出W=FLcosα適用于恒力做功，在探究過(guò)程中獲得了成功的體驗(yàn).而且情境探究式學(xué)習(xí)比直接告訴結(jié)論的接受性學(xué)習(xí)更有利于學(xué)生知識(shí)體系的意義建構(gòu).

3.辨析三：力與物體位移的對(duì)應(yīng)性

情境4：如圖6，在粗糙的水平地面上，人對(duì)物塊施加恒定的推力F，物體向前運(yùn)動(dòng)位移s1后撤去F，F(xiàn)撤去后物體又向前運(yùn)動(dòng)了位移s，則推力F在全過(guò)程中對(duì)物塊做了多少功？

設(shè)計(jì)意圖：此“先行組織者”設(shè)置的目的是，使學(xué)生明確在高中階段W=FLcosα中的位移一般指的是F作用過(guò)程中物體的對(duì)地位移.

4.辨析四：α為矢量間的夾角

情境5：物體在力F=10N的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移l=5m，分別計(jì)算以下圖7中的三種情況下力F對(duì)物體所做的功.

設(shè)計(jì)意圖：易錯(cuò)情境的設(shè)置，目的在于讓學(xué)生能夠區(qū)別實(shí)際問(wèn)題中標(biāo)注的角度與力與位移間的夾角不同，明確W=FLcosα中的夾角α應(yīng)為矢量間的夾角.

綜觀上述四個(gè)思維辨析，“先行組織者”已讓學(xué)生找到了深化功外延理解的固著點(diǎn)，學(xué)生關(guān)于功的認(rèn)知體系已逐漸變得深入、清晰和可辨，較初中上升了一個(gè)層次.

（四）概念難點(diǎn)突破的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.辨析五：功是矢量還是標(biāo)量？

由于受前概念的影響，學(xué)生很容易把功理解為矢量，認(rèn)為功的正負(fù)表示方向.功的標(biāo)量性是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，由于此部分的教學(xué)內(nèi)容具有一定的深度，因此引導(dǎo)性材料的呈現(xiàn)可以與探究式的學(xué)習(xí)方式有機(jī)結(jié)合，以此來(lái)突破教學(xué)難點(diǎn).endprint

①提出問(wèn)題：功是矢量還是標(biāo)量？

②猜想與假設(shè)：學(xué)生猜想觀點(diǎn)的陳述.

觀點(diǎn)一：速度有正負(fù)，速度是矢量.功有正負(fù)，所以功是矢量，功的正負(fù)表示方向.

觀點(diǎn)二：功雖有正負(fù)之分，但溫度也有正負(fù)，溫度是標(biāo)量，所以功是標(biāo)量.

③制定方案：物理量是矢量還是標(biāo)量的判斷標(biāo)準(zhǔn)的討論.

設(shè)置疑問(wèn)：水平面上原來(lái)靜止的物體受到向西的2N拉力作用，往西運(yùn)動(dòng)10m，拉力做了20J的正功；同樣原來(lái)靜止的物體若受到向東的2N拉力作用，向東運(yùn)動(dòng)10m，拉力也做20J的正功，兩次功的方向相反嗎？

教師點(diǎn)撥：2kg大米和3kg大米合起來(lái)是5kg大米，2℃水升高了3℃變?yōu)?℃.那2N的力和3N的力合起來(lái)一定是5N嗎？

方案確定：區(qū)分矢量還是標(biāo)量的標(biāo)準(zhǔn)在于運(yùn)算法則.標(biāo)量運(yùn)算符合代數(shù)運(yùn)算，矢量運(yùn)算符合平行四邊形定則.

④分析論證：教師可提供如下的問(wèn)題情境，使問(wèn)題的討論更具一般性.

情境6：光滑水平面上（俯視圖，圖8），物塊在水平力F1和F2（成任意夾角）的共同作用下做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在極短時(shí)間Δt內(nèi)的位移為Δs（Δs與V同向）.分別求出Δs位移內(nèi)F1做的功、F2做的功及兩者合力所做的功.

⑤評(píng)價(jià)交流.學(xué)生交流心得：在每一小段位移Δs內(nèi)功的運(yùn)算的確符合代數(shù)運(yùn)算法則，由此可推知全過(guò)程中功的運(yùn)算仍然符合代數(shù)運(yùn)算，功是標(biāo)量.合力做的功等于各個(gè)分力做功的代數(shù)和，數(shù)學(xué)工具在解決物理問(wèn)題中的重要性，微元思想在解決物理問(wèn)題中的重要意義.

設(shè)計(jì)意圖：探究學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)置，旨在讓學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，更好地讓學(xué)生從本質(zhì)上理解功是標(biāo)量的原因，領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究方法的精髓，提高學(xué)生科學(xué)探究的能力和素養(yǎng).

2.正負(fù)功的含義

為了幫助學(xué)生更好地挖掘正負(fù)功的含義，教師可設(shè)計(jì)橡皮筋拉小車(chē)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，如圖9.

設(shè)計(jì)意圖：首先通過(guò)形象的物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，并在教師的引導(dǎo)下學(xué)生自主總結(jié)出功的正負(fù)表示的力做功的性質(zhì)（動(dòng)力或阻力），正功和負(fù)功分別代表著不同的能量轉(zhuǎn)化方向.

三、教學(xué)后記

本節(jié)課應(yīng)用“先行組織者”策略與學(xué)生自主、合作、探究等學(xué)習(xí)方式的有機(jī)結(jié)合，較好地達(dá)成了三維教學(xué)目標(biāo)；通過(guò)合理地呈現(xiàn)視頻、實(shí)驗(yàn)、問(wèn)題情境等“先行組織者”，極大地提升了課堂教學(xué)的廣度，整節(jié)課課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，課堂參與度高；五個(gè)思維辨析不僅深化學(xué)生對(duì)功計(jì)算式W= FLcosα中各個(gè)物理量的理解，而且使學(xué)生從本質(zhì)上理解了功的標(biāo)量性.“先行組織者”在提升課堂教學(xué)的深度上發(fā)揮了巨大的作用；“特殊到一般”“等效”“化變?yōu)楹恪薄拔⒃钡人枷敕椒ńY(jié)合教學(xué)內(nèi)容在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了有效地滲透，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到了提升，課堂高效、有序.endprint