利用原有認(rèn)知 促生思維型課堂

鄭其豐

摘 要：本文以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，就在課堂教學(xué)中如何系統(tǒng)利用教材內(nèi)容與學(xué)生的原有認(rèn)知，利用問(wèn)題導(dǎo)引、情境設(shè)置等方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極有效的思考，促生思維型課堂，提高教學(xué)效率進(jìn)行了嘗試與探究。

關(guān)鍵詞：動(dòng)能；動(dòng)能定理；原有認(rèn)知；思維型課堂

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）12-0028-4

依據(jù)建構(gòu)主義理論，物理知識(shí)是學(xué)生個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的合理化，學(xué)習(xí)是學(xué)生積極主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程，是不斷對(duì)原有的認(rèn)知進(jìn)行評(píng)價(jià)與不斷完善的過(guò)程，可見(jiàn)對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，先前的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)是很重要的?？v觀新課程標(biāo)準(zhǔn)教材的內(nèi)容編排，在《機(jī)械能》這一章中充分考慮了學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，內(nèi)容由淺入深，難度由易到難，結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)概念到綜合應(yīng)用。因此，教師在新課教學(xué)中不能割裂教材內(nèi)容之間的聯(lián)系，要充分利用教材前面知識(shí)與學(xué)生的原有認(rèn)知，創(chuàng)設(shè)合理的物理情境、物理問(wèn)題，讓學(xué)生積極參與到課堂中來(lái)，利用舊的知識(shí)尋找新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生思維水平的發(fā)展，讓學(xué)習(xí)過(guò)程建立在學(xué)生自主活動(dòng)及經(jīng)歷情感體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，真發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使教學(xué)更有效。下面結(jié)合“動(dòng)能 動(dòng)能定理”的具體課例談?wù)勅绾卧谖锢碚n堂教學(xué)設(shè)計(jì)中滲透這一理念。

1 設(shè)計(jì)思想

1.1 指導(dǎo)思想

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)通過(guò)“提出問(wèn)題—猜想假設(shè)—理論分析—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效思考，充分挖掘?qū)W生已有的知識(shí)，尋找新的知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究方法，在掌握知識(shí)與技能的過(guò)程中受到情感態(tài)度與價(jià)值觀的熏陶，努力體現(xiàn)新課程的三維目標(biāo)。

1.2 設(shè)計(jì)特色

在學(xué)法上突出以學(xué)生為主體的特點(diǎn)，尤其關(guān)注學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的層次，充分利用學(xué)生原有的認(rèn)知，在課堂教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極有效地思考，運(yùn)用評(píng)價(jià)手段不斷引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，較好地將新課程理念結(jié)合于教學(xué)實(shí)際中。其次，在課堂中采用多媒體課件作為輔助手段，創(chuàng)設(shè)物理情景，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生建立形象直觀的認(rèn)識(shí)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 教材分析

本章前面幾節(jié)介紹了動(dòng)能與功的概念，明確了功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了功與速度變化的關(guān)系，因此本節(jié)內(nèi)容在《機(jī)械能》這一章中起到了承上啟下的作用。通過(guò)動(dòng)能定理的推導(dǎo)使學(xué)生既深化了對(duì)“功”概念的理解，又加深了對(duì)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的認(rèn)識(shí)，通過(guò)動(dòng)能定理的學(xué)習(xí)更進(jìn)一步拓展了在具體問(wèn)題中求功的思路，為機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)，為功能關(guān)系問(wèn)題提供了思路，動(dòng)能定理的應(yīng)用甚至是貫穿了高中階段大部分的物理知識(shí)，因此本節(jié)內(nèi)容是本章的關(guān)鍵內(nèi)容也是重點(diǎn)內(nèi)容。

3 學(xué)情分析

本節(jié)課之前學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)：1.學(xué)生有生活中的體驗(yàn)，如運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)發(fā)生碰撞會(huì)損壞，高速運(yùn)動(dòng)的子彈能擊穿木塊等……認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)的物體具有能量；2.必修一“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的學(xué)習(xí)后認(rèn)識(shí)到可以通過(guò)物理量與單位之間的關(guān)系來(lái)初步判斷某個(gè)表達(dá)式是否正確；3.第1節(jié)“追尋守恒量——能量”已經(jīng)給出動(dòng)能的概念，學(xué)生知道物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫動(dòng)能；4.第2節(jié)“功”使學(xué)生認(rèn)識(shí)到能量及其轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)與功的概念緊密相連，功的計(jì)算常常能夠?yàn)槟芰康亩勘磉_(dá)與能量的轉(zhuǎn)化提供分析的基礎(chǔ)；5.第4節(jié)“重力勢(shì)能”的學(xué)習(xí)過(guò)程使學(xué)生不僅知道重力勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)，還能定量表述重力勢(shì)能的大??；6.第6節(jié)實(shí)驗(yàn)“探究功與速度變化的關(guān)系”探究得到合外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比。

本節(jié)課之前教材內(nèi)容的編排已為學(xué)生探究動(dòng)能和動(dòng)能定理的表達(dá)式做了許多的鋪墊，這些內(nèi)容是相互聯(lián)系相輔相成的，因此在“動(dòng)能 動(dòng)能定理”教學(xué)中有必要把這些內(nèi)容充分聯(lián)系起來(lái)，根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，創(chuàng)設(shè)有序探究互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效思維，促生思維型課堂，提高學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)構(gòu)建的有效性。

4 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)上述對(duì)教材和學(xué)習(xí)者情況的分析，確定本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)如下：

4.1 知識(shí)與技能

①理解動(dòng)能的確切含義和表達(dá)式；②理解動(dòng)能定理及其推導(dǎo)過(guò)程、理解其物理意義；③鍛煉學(xué)生對(duì)物理過(guò)程分析、探究和理論推導(dǎo)的能力。

4.2 過(guò)程與方法

①設(shè)置問(wèn)題推動(dòng)學(xué)生思考，讓學(xué)生探索解決問(wèn)題的方法；②讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，嘗試探究的方法及途徑。

4.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

①通過(guò)動(dòng)能表達(dá)式的推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的興趣；②通過(guò)探究培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識(shí)；③領(lǐng)略自然規(guī)律的奇妙和諧，培養(yǎng)好奇心與求知欲使學(xué)生樂(lè)于探索。

5 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

①理解動(dòng)能的物理意義及動(dòng)能的表達(dá)式；②理解動(dòng)能定理的物理意義。

6 教學(xué)過(guò)程

6.1 創(chuàng)設(shè)情景，喚起舊識(shí)

利用真實(shí)照片“高速運(yùn)動(dòng)的賽車(chē)”“子彈擊穿蘋(píng)果”創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生看圖回憶本章第1節(jié)給出的動(dòng)能的定義。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：利用教科書(shū)本章第1節(jié)動(dòng)能定義，引入過(guò)程科學(xué)、自然，達(dá)到開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，直奔主題的效果，能使學(xué)生較快進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)。

6.2 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)，感知影響動(dòng)能大小的因素

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)初中進(jìn)行過(guò)的探究過(guò)程如圖1所示：

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圖1 探究影響動(dòng)能大小因素實(shí)驗(yàn)示意圖

（1）質(zhì)量不同的小球從同一高度靜止釋放，重的球把木塊撞出的距離遠(yuǎn)，可見(jiàn)動(dòng)能與物體質(zhì)量有關(guān)，物體質(zhì)量大，動(dòng)能大；

（2）質(zhì)量相同的球從不同高度靜止釋放，高處釋放的球撞擊木塊時(shí)速度大，把木塊撞出的距離也遠(yuǎn)，可見(jiàn)動(dòng)能與物體的速度有關(guān)，速度大，動(dòng)能大。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)的可視性與真實(shí)性強(qiáng)，使學(xué)生對(duì)于影響動(dòng)能大小的因素印象深刻，為下一步探究動(dòng)能表達(dá)式奠定基礎(chǔ)。

6.3 類(lèi)比引導(dǎo)，激發(fā)探尋新知的欲望

類(lèi)比之前重力勢(shì)能的學(xué)習(xí)，不僅知道重力勢(shì)能的大小與什么有關(guān)，還能具體定量計(jì)算重力勢(shì)能的大小，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究動(dòng)能的定量表達(dá)式。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)類(lèi)比引導(dǎo)，即能為學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題提供思路，也能激發(fā)學(xué)生探究動(dòng)能表達(dá)式的欲望，起到承上啟下的作用。

6.4 探究互動(dòng)，尋找動(dòng)能表達(dá)式

（1）猜想假設(shè)

根據(jù)現(xiàn)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，知道物體的質(zhì)量越大、速度越大，動(dòng)能就越大，可以猜測(cè)動(dòng)能表達(dá)式中肯定有物體質(zhì)量m與物體速度v的存在。依據(jù)這個(gè)思路，學(xué)生猜測(cè)動(dòng)能表達(dá)式可能為EK=kmv2、 EK=kmv？、EK=km2v……或許還有更復(fù)雜的表達(dá)式。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：充分展現(xiàn)學(xué)生的思維活動(dòng)，不同的猜測(cè)體現(xiàn)了學(xué)生不同的思維水平，反應(yīng)學(xué)生面對(duì)物理問(wèn)題時(shí)的思維品質(zhì)，同時(shí)也揭露不同學(xué)生所處的不同認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（2）理論分析

力學(xué)單位制的學(xué)習(xí)給我們一個(gè)啟示：根據(jù)物理量單位之間的關(guān)系，可以粗略判斷某個(gè)表達(dá)式是否正確?；谶@個(gè)思路引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效的思維，利用已有知識(shí)尋找動(dòng)能的單位，并在提出的猜想假設(shè)中尋找到動(dòng)能的表達(dá)式可能為EK=kmv2，其中k為比例系數(shù)。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：學(xué)習(xí)物理的最終目的是規(guī)律的應(yīng)用，解決實(shí)際的物理問(wèn)題，應(yīng)用之前的物理知識(shí)來(lái)解決現(xiàn)在的問(wèn)題，讓學(xué)生體會(huì)到物理是有用的，激發(fā)繼續(xù)學(xué)習(xí)物理的興趣。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)本章第2節(jié)“功”的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到能量及其轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)與功的概念緊密相連，功的計(jì)算常常能夠?yàn)槟芰康亩勘磉_(dá)與能量的轉(zhuǎn)化提供分析的基礎(chǔ)，依據(jù)這個(gè)思路我們通過(guò)研究做功的多少來(lái)尋找動(dòng)能的表達(dá)式。利用照片創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境展示“猴子從樹(shù)上靜止掉下”，師生共同簡(jiǎn)化猴子下落過(guò)程，抽象出理想化的過(guò)程模型——自由落體運(yùn)動(dòng)，共同分析重力勢(shì)能與動(dòng)能的變化關(guān)系，從中可知在這個(gè)過(guò)程中：

“重力勢(shì)能變化=WG=動(dòng)能變化”。

學(xué)生利用已掌握的勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律與功的計(jì)算公式計(jì)算下落過(guò)程重力做功：

W■=mgh=mg·■=■m（v■■-v■■）=■mv■■-■mv■■，進(jìn)一步看成是wG=表達(dá)式B-表達(dá)式A，結(jié)合之前的兩個(gè)認(rèn)識(shí) “重力勢(shì)能變化=WG=動(dòng)能變化”與“EK=kmv2”，易得動(dòng)能的表達(dá)式：EK=■mv2。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：任何物理規(guī)律、表達(dá)式的推導(dǎo)應(yīng)該是依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，通過(guò)選擇教學(xué)素材，選擇教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)有效的物理情景將學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)一步一步地有序完成構(gòu)建，這個(gè)過(guò)程是水到渠成而不是拔苗助長(zhǎng)。通過(guò)“猜想—假設(shè)—分析—驗(yàn)證”，能讓學(xué)生真正體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，體驗(yàn)成功的樂(lè)趣。

6.5 具體實(shí)例，加深動(dòng)能的理解

由動(dòng)能表達(dá)式可見(jiàn)物體的質(zhì)量越大、 速度越大，動(dòng)能也就越大，反證之前動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)的認(rèn)識(shí)完全一致。

案例 網(wǎng)球的質(zhì)量0.2 kg，速度為100 m/s，運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量50 kg，某時(shí)刻跑步速度5 m/s。比較兩者誰(shuí)動(dòng)能大？

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)具體實(shí)例讓學(xué)生熟悉動(dòng)能表達(dá)式，理解動(dòng)能的物理意義，知道動(dòng)能是標(biāo)量，只有大小沒(méi)有方向。

6.6 探究互動(dòng) 尋找動(dòng)能定理表達(dá)式

（1）回顧實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

創(chuàng)設(shè)圖片情境“探究合外力做功與速度變化關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)裝置用途，知道實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重要步驟——平衡摩擦力，并知道平衡摩擦力的原因是為了保證小車(chē)受到橡皮筋的拉力是小車(chē)受到的合外力。

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圖2 探究合外力做功與速度變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置圖

創(chuàng)設(shè)圖片情境“探究合外力做功與速度變化關(guān)系”實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖像如圖3所示，引導(dǎo)學(xué)生變換坐標(biāo)，從中看出外力做功能使得小車(chē)的動(dòng)能增加。引導(dǎo)學(xué)生探究合外力做功與小車(chē)動(dòng)能變化的數(shù)量關(guān)系。

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圖3 探究合外力做功與速度變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)圖

（2）抽象模型 解決問(wèn)題

簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置，構(gòu)建物理模型，設(shè)置理想條件：橡皮筋拉力為恒力共同探究合外力做功與物體動(dòng)能的具體關(guān)系，結(jié)合勻變速規(guī)律計(jì)算可得：

FL=■mv2，進(jìn)一步分析將FL=■mv2改寫(xiě)得到動(dòng)能定理的表達(dá)式：

W合=FL=■mv■■-■mv■■。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)已有問(wèn)題發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，并利用現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，不僅體現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，更鍛煉學(xué)生抽象物理模型解決物理問(wèn)題的能力，滿(mǎn)足高中物理新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的目標(biāo)。

6.7 分析過(guò)程，明確表達(dá)式意義

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到動(dòng)能定理是針對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的某一個(gè)過(guò)程，W合是合外力對(duì)物體所做的功或外力做功之和，■mv■■是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中末狀態(tài)的動(dòng)能，■mv■■是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中初狀態(tài)的動(dòng)能。合外力對(duì)物體做正功，物體動(dòng)能增加，合外力對(duì)物體做負(fù)功，物體動(dòng)能減小。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)簡(jiǎn)單的分析讓學(xué)生對(duì)合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系有更明確的認(rèn)識(shí)，同時(shí)弄清動(dòng)能定理公式表達(dá)中各物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為下一步總結(jié)運(yùn)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題的思維策略打下基礎(chǔ)。

6.8 實(shí)例應(yīng)用，總結(jié)思維策略

案例1 一架?chē)姎馐斤w機(jī)，質(zhì)量m=5.0×103 kg，起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑的路程為s=530 m時(shí)，達(dá)到起飛速度v=60 m/s。在此過(guò)程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍（k=0.02）。求飛機(jī)受到的牽引力F？

過(guò)程說(shuō)明：解題中注重解題規(guī)范的滲透與應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題的思維策略的總結(jié)，總結(jié)如圖4所示：

案例2 如圖5所示軌道AC由半徑R=0.5 m的1/4圓弧軌道AB與水平軌道BC組成，小球質(zhì)量為1 kg，半徑遠(yuǎn)小于軌道半徑，從A點(diǎn)靜止釋放，到達(dá)B點(diǎn)的速度為2 m/s，小球與軌道的摩擦系數(shù)均為0.2。求AB段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力對(duì)小球做的功？求小球在水平軌道前進(jìn)的距離？

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)實(shí)例應(yīng)用與思維策略總結(jié)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到動(dòng)能定理也是一種求功的方法，特別是變力做功的求解，體會(huì)學(xué)以致用的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的積極性。

7 評(píng)價(jià)與反思

1.本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)充分利用了學(xué)生的原有認(rèn)知與教材前面的內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題梯度，激發(fā)學(xué)生的興趣，打開(kāi)學(xué)生的思路。本節(jié)課的成功之處，就在于充分考慮學(xué)生的原有認(rèn)知，在學(xué)生原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，保持物理學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性。

2.學(xué)生的思維具有開(kāi)放性，學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的反應(yīng)不一定會(huì)與教師預(yù)設(shè)的方向保持一致。因此，教師需要在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行合理的引導(dǎo)，精心設(shè)計(jì)問(wèn)題情境，讓學(xué)生更容易理解和掌握教材內(nèi)容。比如，在猜測(cè)出動(dòng)能的可能表達(dá)式后判斷表達(dá)式是否合理時(shí)，如果不經(jīng)提示學(xué)生不一定會(huì)想到用力學(xué)單位制來(lái)判斷表達(dá)式是否正確這條思維策略。

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（欄目編輯 李富強(qiáng)）