精選多版資源 優(yōu)化“功”的教學(xué)

【摘 要】俗話說“不怕不識(shí)貨，就怕貨比貨”。通過教材比較“異中求同、同中思異、取長(zhǎng)補(bǔ)短”是教師備課思考的手段，更是創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)的“思維源泉”。本文以《功》的教材比較和備課為例，探討如何比較教材以深化對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的理解、如何借鑒不同版本教材的優(yōu)秀資源以優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】功;核心主線;教學(xué)資源;對(duì)比分析

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2015）34-0052-03

【作者簡(jiǎn)介】孟擁軍，江蘇省高淳高級(jí)中學(xué)（江蘇高淳，211300）教師。

高中物理教學(xué)中，“功”是為了進(jìn)一步得出“能”的概念服務(wù)的，它的概念性強(qiáng)且相當(dāng)抽象。承前“功與動(dòng)力學(xué)規(guī)律緊密相聯(lián)”，啟后“功能關(guān)系又是整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)的一條主線”，這條主線在整章甚至后續(xù)的物理學(xué)習(xí)中“時(shí)隱時(shí)現(xiàn)”，是分析和解決問題的有力工具。

一、核心主線的對(duì)比分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對(duì)“功”的要求是能舉例說明功是能量變化的量度，理解功。雖然內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)相同，但“人教版”“魯科版”“教科版”“粵教版”這四套教材對(duì)這一節(jié)的內(nèi)容有著不同的編排方式。“人教版”和“教科版”的核心主線為：功引入的必要性和意義→功的因素、功的公式推導(dǎo)→直接給出功是標(biāo)量→功的正負(fù)判斷及意義→例題感受功和總功的求法;“魯科版”和“粵教版”的核心主線為：怎樣才算做了功→功的計(jì)算→直接給出功是標(biāo)量→功的正負(fù)判斷及意義→例題感受功和總功的求法。可以看出：四套教材都重點(diǎn)圍繞“理解功”這一內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)來呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。不同的是，“人教版”和“教科版”都呈現(xiàn)“功”引入的必要性和意義的舉例與思考，以滲透“能舉例說明功是能量變化的量度”這一內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。而“魯科版”和“粵教版”是通過第二節(jié)來補(bǔ)充落實(shí)的，如：“粵教版”在第二節(jié)“動(dòng)能、勢(shì)能”中運(yùn)用功的公式推導(dǎo)“動(dòng)能和重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能”的表達(dá)式，以滲透“做功是能量轉(zhuǎn)化的量度”;且“魯科版”在第二節(jié)“功和能”中用大篇幅詳細(xì)討論“做功和能量的轉(zhuǎn)化”的多個(gè)實(shí)例。

1.不能省略“功的必要性”的教學(xué)環(huán)節(jié)。

人類最初引入“功”來度量機(jī)器的效能。隨著認(rèn)識(shí)的深入，人類認(rèn)識(shí)到“力對(duì)空間的積累即‘功，它的效果是引起能量的變化”，此后“功”被納入物理學(xué)的體系，“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”也是物理學(xué)科的重要思想。聯(lián)系實(shí)際也不難看出：“功”和“能”是兩個(gè)相互依存的概念，這些思想是物理學(xué)引入“功”的本質(zhì)和意義所在。因此，本節(jié)教學(xué)必須借助于“能量轉(zhuǎn)化”來理解“功”的概念，增加“引入功的必要性及意義”的教學(xué)環(huán)節(jié)，既符合學(xué)科邏輯和學(xué)科思想，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。有關(guān)“物理思想方法”的教學(xué)指出：“如果知識(shí)的背后沒有方法，知識(shí)只能是一種沉重的負(fù)擔(dān);如果方法的背后沒有思想，方法只不過是笨拙的工具。知識(shí)、思想方法和能力是物理教學(xué)的三大要素，思想方法則是物理教學(xué)的精髓和靈魂。”如果教學(xué)中省略“功”的必要性，確實(shí)節(jié)省時(shí)間，但缺少了物理思想方法的滲透，從課程觀來看是不妥的。

“功”是一個(gè)特別抽象的概念，直接復(fù)習(xí)初中學(xué)習(xí)的“功”的概念而引入，就會(huì)形成抽象的、無背景的概念和符號(hào)表征，學(xué)生獲得的是惰性概念，只能靠大量的習(xí)題來強(qiáng)化，其后果只會(huì)增加學(xué)生學(xué)習(xí)的困惑。由此說來，省略“功的必要性”的教學(xué)，從教學(xué)觀來看也是不妥的。

2.不能直接給出“功是標(biāo)量”的屬性。

四套教材均直接給出“功是標(biāo)量”的文本，可能是考慮到高中階段對(duì)“點(diǎn)乘與叉乘”不作要求，所以淡化處理。實(shí)踐表明，學(xué)生的前概念里對(duì)于矢量有兩種錯(cuò)誤觀念：一是學(xué)生都知道“速度和加速度的正負(fù)用來表示方向”，因此“有正負(fù)的物理量都是矢量”;二是學(xué)生在牛頓第二定律的學(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)到“矢量（加速度）乘以標(biāo)量（質(zhì)量）仍得到矢量”，學(xué)生因?yàn)樗季S定勢(shì)，形成了有條件的結(jié)論無條件遷移的錯(cuò)誤觀念，所以形成了“矢量與標(biāo)量的乘積一定是矢量，功是矢量”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。楊震云在關(guān)于引領(lǐng)學(xué)生自主建構(gòu)認(rèn)知的論述中指出：“要想獲得有意義的知識(shí)，應(yīng)該將學(xué)生置身于問題情境中對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)性建構(gòu)，揭示真實(shí)情境在學(xué)習(xí)中的內(nèi)在意義，以促進(jìn)知識(shí)的遷移?！睆募m正學(xué)生“錯(cuò)誤的前概念”角度來看，“功是標(biāo)量”的教學(xué)不能淡化處理，要通過問題情境促進(jìn)學(xué)生自省和自悟。

綜合這些論述，本節(jié)課的核心主線可確定為：功引入的必要性和意義→功的因素、功的公式推導(dǎo)及應(yīng)用→功的正負(fù)判斷及意義→例題感受總功的兩種求法→感悟功為什么是標(biāo)量。

二、教學(xué)資源的對(duì)比分析

四套教材所呈現(xiàn)的資源，我們不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行疊加，而應(yīng)在理解課程標(biāo)準(zhǔn)和教材編寫意圖的基礎(chǔ)上，通過比較以精選和優(yōu)化這些教學(xué)資源。

1.引入功的必要性。

“魯科版”在第二節(jié)“功和能”中安排了一個(gè)實(shí)驗(yàn)（如圖1所示），并要求學(xué)生比較兩次提起重物的過程，即“人所用拉力是否一樣，拉力做功是否一樣。”“人教版”通過一段“功”的引入歷史的回顧，即介紹“機(jī)械舉起的重量與舉起高度的乘積可以用來度量機(jī)器的效能，從而比較蒸汽機(jī)的優(yōu)劣，并把物體的重量與其上升高度的乘積叫做功……”這些教學(xué)素材向?qū)W生滲透了“千差萬別的物理現(xiàn)象中存在著不變量”的認(rèn)識(shí)?！叭私贪妗蓖ㄟ^展示“起重機(jī)舉起貨物時(shí)，貨物的重力勢(shì)能增加;列車在機(jī)車的牽引下動(dòng)能增加;握力器在手的壓力下彈性勢(shì)能增加”三張圖片滲透“能量的轉(zhuǎn)化要通過做功來實(shí)現(xiàn)”的思想?！敖炭瓢妗币舱故玖巳龔垐D片并在標(biāo)注中提出問題，分別是：舉起杠鈴的過程中，人在滑梯上下滑，箭射出時(shí)，什么力對(duì)箭做了功？什么力做了功？對(duì)比這兩套教材的插圖不難看出，“教科版”的插圖更接近學(xué)生的真實(shí)生活，它在插圖的標(biāo)注中提出問題，更讓學(xué)生通過問題思考以感受“做功是能量轉(zhuǎn)化的原因”，也增加了互動(dòng)性，是較好的圖片資源。受這些資源的啟發(fā)，“引入功的必要性”的教學(xué)可設(shè)計(jì)如下：

【情景1】把重為10N的重物勻速舉高h(yuǎn)=1m，有三種方式：（1）直接把重物舉高（如圖2）;（2）用傾角為θ=37°的光滑斜面舉高（如圖3）;（3）用輕質(zhì)動(dòng)滑輪把物體舉高（如圖4）。請(qǐng)?zhí)顚懴铝斜砀瘢?

考察：不同方式提升重物的力F和位移l存在什么關(guān)系？

【情景2】（“粵教版”教材圖片）下列四幅圖片描述的情景中，人是否對(duì)物體做了功？說說你的理由？

引入上述情景的目的是讓學(xué)生感悟：通過力和力的方向上的位移可以衡量機(jī)器或力的效能。此外，自然界中不同形式的能量轉(zhuǎn)化都是通過力做功來實(shí)現(xiàn)的，做功的過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程，所以要研究能量的問題，研究做功是一個(gè)極其重要的研究方向。為了促進(jìn)學(xué)生深層建構(gòu)“做功的因素”，教師還可以補(bǔ)充如圖6所示的圖片讓學(xué)生感受“漢字的魅力”與“力做功的因素”。

2.功的公式推導(dǎo)及應(yīng)用。

關(guān)于功的公式推導(dǎo)的教學(xué)，四套教材均從學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)，先回顧“W=Fl”，再利用力的分解推導(dǎo)出力與位移成α角時(shí)“W=Flcosα”，這也是常規(guī)教學(xué)的通用手段。但不同教材針對(duì)“W=Flcosα”公式的“問題與練習(xí)”則體現(xiàn)了不同的編寫和教學(xué)思想，優(yōu)秀的資源有：

【問題1】（“粵教版”）足球運(yùn)動(dòng)員向足球踢了一腳，踢足球的力F=100N，球在地面上滾動(dòng)的距離l=50m，根據(jù)W=Fl得出運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球做的功為5000J，這樣求踢球做的功對(duì)不對(duì)？為什么？

【問題2】（“人教版”）一個(gè)重量為10N的物體，在15N的水平拉力的作用下，一次在光滑水平面上移動(dòng)0.5m，另一次在粗糙水平面上移動(dòng)相同的距離，粗糙面與物體間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，這兩種情況下，拉力做的功各是多少？這兩次拉力做的功是否相同？

【問題3】（“人教版”）物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移x，分別計(jì)算這三種情形下力F對(duì)物體做的功。設(shè)這三種情形下力F和位移x的大小都是一樣的：F=10N，x=2m。角θ的大小如圖7。

仔細(xì)考察這三道“問題與練習(xí)”，它們的教學(xué)意蘊(yùn)深遠(yuǎn)，“問題1”采用“以錯(cuò)防錯(cuò)”的提問方式，促進(jìn)學(xué)生在自醒中理解公式中的“l(fā)”。“問題2”采用“欲擒故縱”的提問方式，引領(lǐng)教師“先試誤再糾錯(cuò)”，讓學(xué)生在錯(cuò)誤的泥潭里拔一拔雙腳后再給予點(diǎn)撥和引導(dǎo)，學(xué)生在“吃一塹、長(zhǎng)一智”的自省中生成教學(xué)目標(biāo)?！皢栴}3”則充分利用了學(xué)生的“視覺偏差”來設(shè)計(jì)問題，使學(xué)生“生搬硬套公式的陋習(xí)”經(jīng)歷了一次洗禮。實(shí)踐證明，將這三道“問題與練習(xí)”按順序作為課堂“跟進(jìn)性問題”來教學(xué)，對(duì)于功的公式的理解可以達(dá)到“嫁與春風(fēng)不用媒”的效果。

3.功為什么是標(biāo)量。

教材是靜態(tài)的，而且由于篇幅限制只能把最核心的內(nèi)容呈現(xiàn)出來。教材的編寫者也難以獲得讀者的直接信息，也就很難設(shè)計(jì)出“有呼有應(yīng)”的活動(dòng)過程，所以四套教材均直接給出“功是標(biāo)量”的信息。細(xì)品四套教材的文本，也有不同程度的讓學(xué)生感悟“功為什么是標(biāo)量”的內(nèi)容。

【問題1】（“教科版”）如圖8，甲、乙兩人在河的兩岸同時(shí)用繩拉船，使船在河的中間沿直線路徑行駛，甲、乙的拉力分別為F1、F2，其大小和方向如圖所示，在船行駛80m的過程中，用兩種方向求合力對(duì)船所做的功。

（1）先求合力，再求合力的功;（2）先求兩分力的功，再求分力的功的代數(shù)和;（3）比較兩種方法，你能得到什么結(jié)論呢？

【問題2】（“粵教版”）有人說，一個(gè)力對(duì)物體做

-10J的功，另一力對(duì)物體做5J的功，-10J的功一定比5J的功小，對(duì)此，你有何看法？

“教科版”這一“練習(xí)與評(píng)價(jià)”的安排是頗具特色的，學(xué)生分別求解第1、2兩問題會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)W合=W1+W2。實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)：對(duì)于第3問的回答，學(xué)生只能得出“合力的功有兩種求法”的結(jié)論。教師需要補(bǔ)充“在計(jì)算中我們發(fā)現(xiàn)F合=而W合≠，對(duì)嗎？”這一追問，然后再通過陳述“既有大小又有方向，在相加時(shí)遵循平行四邊形定則（或三角形定則）的物理量叫作矢量。只有大小，沒有方向，求和時(shí)按照算術(shù)法則相加的物理量叫標(biāo)量?！钡母拍?，讓學(xué)生很快領(lǐng)悟到功的運(yùn)算不符合平行四邊形定則，應(yīng)該是標(biāo)量?？梢姡炭瓢娼滩膯l(fā)教師要讓學(xué)生在“做中學(xué)”，從而感悟“功是標(biāo)量”?？紤]到學(xué)生在矢量的學(xué)習(xí)中形成的“物理量的正負(fù)表示方向”的錯(cuò)誤觀念很“頑固”，再利用“粵教版”中“討論與交流”的設(shè)問，讓學(xué)生發(fā)表見解，可以起到深耕學(xué)生“錯(cuò)誤觀念”的作用，從而幫助學(xué)生深度建構(gòu)“功是標(biāo)量”的認(rèn)知。

通過教材比較“異中求同、同中思異、取長(zhǎng)補(bǔ)短”是教學(xué)思考的一種手段，是深度備課的“引子”，更是創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)的“思維源泉”，所以教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)比較教材是需要必須遵循的。

注：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十期省立項(xiàng)課題“基于新課程標(biāo)準(zhǔn)的高中物理深度備課行動(dòng)研究”（課題編號(hào)：2013JK10-L002）成果之一。