夏曉梅 費志明

摘 ?要：學生是課堂的主體。教學活動的設(shè)計應(yīng)更多地關(guān)注學生的已有認知和思維特點，讓學生在體驗中學習新知，提升思維能力，提高科學素養(yǎng)。文章以機械能一課為例，主要闡述了以關(guān)鍵問題引導(dǎo)學生參與動能影響因素實驗的設(shè)計;剖析學生生活經(jīng)驗和已有認知對新知學習的影響;探討了重力勢能影響因素實驗器材的合理選擇等，探討了如何基于學生的思維特點和認知水平設(shè)計教學過程。

關(guān)鍵詞：生本理念;思維;機械能;教學設(shè)計

機械能是一種重要的能量形式?！皺C械能”這節(jié)課是學生在學習了機械運動，能量的各種形式之后對運動與能量的進一步認識。學好機械能有助于以后理解能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，為能量守恒思想的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

生本教育理念強調(diào)學生是課堂的主體。教學活動應(yīng)充分發(fā)揮學生的主體性，讓學生真正參與到課堂中。教師應(yīng)基于學生已有認知創(chuàng)設(shè)活動情景，讓學生參與設(shè)計過程，在體驗中形成科學概念，完善認知結(jié)構(gòu)。同時教師要尊重學生的前概念，允許并鼓勵學生質(zhì)疑，讓學生充分表達自己的觀點?？梢?，我們應(yīng)多站在學生的角度來思考問題，讓學生真正參與實驗的設(shè)計、操作、評價等環(huán)節(jié)，在交流中提升思維層次?；谝陨辖逃砟?，筆者對機械能這一課做了如下設(shè)計，探討促進學生思維的有效策略。

一、動能教學

1.創(chuàng)設(shè)情境，形成動能概念

通過兩個小視頻導(dǎo)入，思考為什么紙片和火車有這么大的威力？

（1）質(zhì)量較小的紙片，當速度較大時也能將堅硬的物體切斷。

（2）質(zhì)量較大的火車，即使速度較小，也能將汽車撞飛。

設(shè)計意圖：學生具備一定的生活經(jīng)驗，對運動與能量已有了初步的認識，但缺乏用能量觀點解釋問題的意識。學生可能會認為：紙片“速度大”而切斷了物體，火車質(zhì)量大而撞飛了汽車。通過觀看這兩段視頻，促使學生轉(zhuǎn)變分析角度，感受到運動的物體具有能量——動能，而且動能的大小與速度和質(zhì)量都有關(guān)系，為下面的探究做鋪墊。

2.提出猜想，聯(lián)系生活

提問：能量有大小之分。動能大小與什么因素有關(guān)？說說理由。

小組討論交流：

猜想①：動能與物體的質(zhì)量大小有關(guān)。

猜想②：動能與物體的速度大小有關(guān)。

設(shè)計意圖：讓學生猜測動能的影響因素并說明理由。學生可能會根據(jù)生活經(jīng)驗舉例。這里不期望學生能說出類似結(jié)論的猜想，如物體的速度一定時，質(zhì)量越大，動能越大。因為學生還沒有經(jīng)歷實驗設(shè)計和探究過程，很難完整地表述類似結(jié)論的猜想。

3.前置討論，體現(xiàn)科學思維

初中學生的思維正處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段。學生具備一定的探究能力，但對于實驗過程的設(shè)計以及邏輯推理能力還較欠缺。通過子問題的探討，引導(dǎo)學生自主設(shè)計實驗。

引導(dǎo)：如果一個量同時受到兩個量的影響，我們應(yīng)該怎么研究？

學生：控制變量法。

①速度不變時，改變質(zhì)量大小，研究動能與質(zhì)量的關(guān)系。

②質(zhì)量不變時，改變速度大小，研究動能與速度的關(guān)系。

設(shè)計意圖：這里，學生不難想到用控制變量的方法。這樣我們就把一個問題分解成了兩個子問題。

（1）剖析關(guān)鍵問題，體驗設(shè)計過程

問題1：如何判斷小球動能的大?。?/p>

設(shè)計意圖：首先明確我們研究的是小球的動能。結(jié)合演示實驗（小球以不同的速度撞擊木塊）引導(dǎo)學生，可通過木塊被撞擊后移動距離的遠近來判斷小球的動能大小。木塊被撞擊后，在水平面上運動的距離越大，說明小球的動能越大。在討論交流中，滲透轉(zhuǎn)換法的科學思想。

問題2：研究問題①時，如何在改變小球質(zhì)量時，控制小球在水平面的初速度不變？

學生：用手很難控制球的速度，可以利用一個斜面，讓質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度滾下來（m1> m2）。

引導(dǎo)：讓不同質(zhì)量的小球，從斜面的同一高度，自由靜止開始滾下。

設(shè)計意圖：問題的探討過程其實是實驗裝置的設(shè)計與完善過程。這里我們沒有直接為學生提供斜面裝置。而是通過問題引導(dǎo)，讓學生逐步意識到斜面的作用。這樣的設(shè)計符合學生的認知特點，便于學生領(lǐng)會實驗裝置的設(shè)計內(nèi)涵。

這里我們雖然能得到期望的“答案”——同一高度，自由靜止?jié)L下，但有的學生腦海中還是有疙瘩：質(zhì)量不同的兩個球，從同一高度，自由靜止?jié)L下，到達水平面時的速度相同嗎？生活經(jīng)驗使其產(chǎn)生困惑：質(zhì)量大的物體下落得不是更快嗎？石頭和羽毛從同一高度靜止落下，不是石頭先落地嗎？其實生活中物體下落時往往受到空氣阻力的影響。而上圖中小球與斜面、空氣間的摩擦較小，對實驗的影響較小。教學中我們可做適當補充，幫助學生解決心中的困惑。

問題3：在保持小球質(zhì)量不變時，如何改變小球的速度大?。?/p>

學生：讓同一個小球從斜面上的不同高度，自由靜止?jié)L下。

在前一個問題的基礎(chǔ)上，相信這個問題對學生而言并不難。但是學生的腦海中有著豐富的前概念。這些會影響甚至干擾科學概念的形成。生活中類似玩滑滑梯的情景可能使其誤認為——從更陡的斜面滾下時，物體到達水平面的速度更大。

其實小球從不同斜面滾下來，涉及加速度的問題。我們可以將問題簡化，看成同一物塊從同一高度沿不同傾角的斜面自由靜止下滑。

從能量轉(zhuǎn)化與守恒角度分析，若摩擦阻力不計，物塊兩次到達水平面時的速度相同。實際斜面存在摩擦。若考慮斜面與物塊間的摩擦，第1次時物體下滑受到的摩擦力（ ）更大，而沿斜面運動的距離更長，則第1次實驗中物體克服摩擦做的功更多。從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，第1次實驗中物體到達水平面的速度的確比第2次小。

其實教學中出現(xiàn)類似問題時，我們也不必急于刨根問底。因為我們已經(jīng)具備了一定的能量守恒觀，能不自覺地從能量守恒的角度來分析問題，甚至會運用公式 來判斷。但這種思維能力學生還是比較欠缺的。我們可以先淡化一下，等學習能量轉(zhuǎn)化與守恒相關(guān)知識后，再來細細品味實驗設(shè)計的巧妙之處，可能對學生科學思維的觸動會更大。

（2）設(shè)計表格，呈現(xiàn)探究思路

學生自主設(shè)計實驗表格：

設(shè)計意圖：雖然教材中已詳細介紹了實驗操作步驟，觀察記錄對象，但學生可能很難有耐心仔細閱讀看似繁瑣的文字表述。如果讓學生自己設(shè)計表格，標出要記錄的量。比如研究質(zhì)量不變時動能與速度的關(guān)系時，表格中勢必需要記錄“高度”和“木塊移動距離”這兩個量。

（3）實驗操作，得出結(jié)論

小組實驗1：質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度，自由靜止下落，撞到木塊上，比較木塊運動距離的遠近，記錄現(xiàn)象。

小組實驗2：相同質(zhì)量的小球從斜面的不同高度，自由靜止下落，撞到木塊上，比較木塊運動距離的遠近，記錄現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：教師巡視并及時指導(dǎo)學生規(guī)范操作，及時記錄相關(guān)科學量。對于操作中出現(xiàn)的新問題應(yīng)當及時記錄，以便適當調(diào)整后續(xù)教學內(nèi)容。

在表述結(jié)論時，學生可能認為“動能與高度有關(guān)”，甚至表述中根本沒有提到“動能”這兩個字。這是學生的共性錯誤。如果出現(xiàn)這些問題，我們就能直接在課堂上分析、探討并解決。

二、勢能教學

1.小組實驗，注重結(jié)論表述

類比動能影響因素的探究，引導(dǎo)學生自主探究重力勢能的影響因素，并討論、交流，得出結(jié)論。

設(shè)計意圖：在研究重力勢能和質(zhì)量的關(guān)系時，我們應(yīng)注意選擇體積相同，質(zhì)量不同的兩個小球。若兩個小球質(zhì)量和體積都不同，對實驗會有什么影響呢？假如兩個小球的質(zhì)量和下落高度相同，那么具有的重力勢能應(yīng)該是相等的。但是，由于體積不同，小球在下落過程中受到的空氣阻力不同（空氣阻力與橫截面積有關(guān)），這樣剛剛落到沙面時，速度已經(jīng)不同。接下去，體積大的球，與沙面的接觸面積更大，這樣，兩次實驗中沙面的凹陷程度將不同。我們通過沙面的凹陷程度來判斷重力勢能的大小，而此時，重力勢能相同的情況下，沙面的凹陷程度卻不同。這會干擾我們對重力勢能大小的判斷。

其次，在動能實驗的基礎(chǔ)上，這部分的實驗設(shè)計相對較容易。學生不難理解用沙面的凹陷程度來判斷重力勢能大小。但是，我們應(yīng)注重學生的結(jié)論表述，是否體現(xiàn)了控制變量法和轉(zhuǎn)換法的科學思想。

2.視頻展示，滲透安全教育

視頻：實驗演示一個小小的雞蛋，從不同的樓層掉下來，砸在石膏板上，對石膏板的破壞程度。

設(shè)計意圖：石膏板的堅硬程度與人體的骨骼的硬度接近。這樣的實驗情景對學生的觸動還是蠻大的。因為，即使是初中的學生，可能也不太清楚，自己家陽臺上小小花盆也有潛在的危險。所以這里有必要進行相關(guān)安全教育，增強安全意識，提高基本的科學素養(yǎng)。

3.結(jié)合事例，探究彈性勢能

這一部分教學，可根據(jù)時間靈活調(diào)整。可列舉學生較為熟悉的事例分析或者從學生較為熟悉的橡皮筋入手，探討彈性勢能大小的影響因素。

三、機械能組成歸納

讓學生借助圖形總結(jié)歸納機械能的組成部分，讓學生對機械能有一個整體性的認知。

生活中還有很多關(guān)于機械能的例子。一些是利用機械能，而一些是由于物體具有機械能而造成的危害（學生舉例說明）。

在后續(xù)課堂中，還可讓學生觀看一些有關(guān)機械能的科技類視頻，如太空垃圾對宇宙飛船的威脅。了解科學家如何利用模擬實驗演示動能與速度的關(guān)系，通過儀器將一顆小小的塑料球加速到相當于太空垃圾的速度后撞擊金屬塊。通過慢鏡頭，學生能清楚地看到塑料球撞擊金屬塊的震撼畫面。

參考文獻

[1] ?劉潔民 郭玉英《初中科學課程標準解讀（2011年版）》.北京：高等教育出版社，2012年8月版.

[2] ?梁天驕.《機械能》說課.[J].中學物理，2017，（05）：43-44.

作者簡介：夏曉梅（1987-），女，浙江海寧，本科，一級教師，研究方向：初中物理教學。

費志明（1972-），男，浙江海寧，本科，高級教師，研究方向：初中物理教學。