如何處理初中物理教學(xué)中與前概念相違的概念
——以機(jī)械效率教學(xué)為例

高 博 彭朝陽(yáng)

(云南師范大學(xué) 650000)

在滬科版初中物理教材的知識(shí)框架中，機(jī)械效率相關(guān)的內(nèi)容起到了承上啟下的作用.它既是前面所講的簡(jiǎn)單機(jī)械和功的知識(shí)的綜合應(yīng)用，也是初三所講熱學(xué)、電學(xué)中的機(jī)械效率的前置知識(shí).此外，機(jī)械效率也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，教師教學(xué)的重點(diǎn)和中考重要考點(diǎn).因此，機(jī)械效率相關(guān)內(nèi)容的重要性毋庸置疑.

1 教材中機(jī)械效率的定義與學(xué)生前概念的矛盾之處

在滬科版八年級(jí)物理教材中，對(duì)于機(jī)械效率的定義是

其中W有表示有用功，W總表示總功.那么機(jī)械效率其實(shí)本質(zhì)上反映的是一種占比，反映了為了達(dá)到工作目的所需的功，到底在所做的總功中占多少的份額，并將其作為評(píng)價(jià)機(jī)械好壞的一個(gè)重要指標(biāo).作為一名物理教師，很好理解這種抽象的物理概念.但是作為抽象思維尚未發(fā)展完全的初二學(xué)生來(lái)說(shuō)，往往理解起來(lái)會(huì)很吃力.排除教師的影響因素，歸根到底是因?yàn)檫@一概念和學(xué)生所熟悉的、生活中常見的“效率”所包含的含義是完全不同的.

在學(xué)習(xí)機(jī)械效率之前，學(xué)生生活中接觸最多的和效率有關(guān)的就是“學(xué)習(xí)效率”.筆者舉一個(gè)生活中涉及到效率時(shí)最常見的例子：“隔壁家的小明每天只用一個(gè)小時(shí)就可以寫完作業(yè)了，他的學(xué)習(xí)效率真高，你要和他多學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)”.在生活中這樣的例子數(shù)不勝數(shù)，那么在這個(gè)語(yǔ)境中，學(xué)習(xí)效率實(shí)際上指的是學(xué)習(xí)的快慢，他更接近于功率的含義.所以對(duì)于學(xué)習(xí)效率的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)就構(gòu)成了一個(gè)錯(cuò)誤的前概念，并且往往會(huì)將其帶入到學(xué)習(xí)之中.

2 改進(jìn)方法

為了避免出現(xiàn)上述所說(shuō)的情況，必須深入了解學(xué)生在這一階段的思維特點(diǎn)，盡可能的接近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū).目前針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤前概念的糾正方法已經(jīng)有較為完備的研究體系.針對(duì)初二年級(jí)中學(xué)生的思維特點(diǎn)和前置相關(guān)知識(shí)的掌握情況，筆者認(rèn)為應(yīng)該采用由淺入深的梯子型轉(zhuǎn)換方法，即提出層次漸進(jìn)的例子，幫助學(xué)生搭建梯子，逐步深入到錯(cuò)誤前概念的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而徹底轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤前概念.

既然學(xué)生的錯(cuò)誤概念來(lái)自于生活，我們就要從生活的角度下手，堅(jiān)持“從生活中來(lái)，到生活中去”的原則.從根本上將學(xué)生的錯(cuò)誤前概念轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái).所以在新課教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們可以列舉循序漸進(jìn)的生活化例子幫助學(xué)生搭建理解.

例1：小紅去買蘋果

問(wèn)：小紅買蘋果的目的是什么？

答：吃蘋果

解釋：小明買蘋果的目的是為了吃蘋果，也就是說(shuō)他吃到嘴里的蘋果就是他買蘋果的目的.花在蘋果肉上的錢，是“有用的”.而在吃蘋果的過(guò)程中，蘋果核我們是不吃的.但是為了吃蘋果的果肉，我們也不得不將果核一起買回來(lái).所以，花在果核上的錢就是“無(wú)用的”.當(dāng)然，錢不是風(fēng)刮來(lái)的，所以我們都想買到更多的果肉，更小的果核.讓錢花的有用一些，這也就是我們生活中說(shuō)所說(shuō)的“錢要花在刀刃上”.

在經(jīng)過(guò)較為簡(jiǎn)單的例1鋪墊之后，緊接著趁熱打鐵，引出第二個(gè)較為抽象的例子來(lái)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤前概念.

例2：小張和小王放學(xué)回家后都學(xué)習(xí)了四個(gè)小時(shí)，小張認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)，而小王一會(huì)上廁所，一會(huì)又想吃點(diǎn)零食.請(qǐng)問(wèn)小張和小王誰(shuí)的學(xué)習(xí)效率更高一些呢？

答：小張

解釋：小張認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)，那他所浪費(fèi)的時(shí)間可能只有10分鐘.而小王一會(huì)要上廁所，一會(huì)要吃零食，可能浪費(fèi)了一個(gè)小時(shí)的時(shí)間.小張的有效學(xué)習(xí)時(shí)間是230分鐘，而小王的只有180分鐘的有效學(xué)習(xí)時(shí)間.那么對(duì)于學(xué)習(xí)這一目的而言，小張的230分鐘是“有用的”，10分鐘是“無(wú)用的”.而小王則是180分鐘“有用”，120分鐘“無(wú)用”.所以在都是學(xué)習(xí)了4個(gè)小時(shí)，小張一定是先寫完課后作業(yè)的.在生活中，我們就會(huì)說(shuō)：“小張的學(xué)習(xí)效率比較高”.

通過(guò)例1的鋪墊，在例2中我們直接接觸到了學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，并且更加接近“效率”的本質(zhì).經(jīng)過(guò)兩個(gè)例子的鋪墊，接下來(lái)，就可以用例3來(lái)引導(dǎo)學(xué)生探索出“機(jī)械效率”這一抽象的概念.

例3：小明用水桶在水井內(nèi)打水；

問(wèn)：小明的工作目的是什么？

答：將水抬上來(lái)；

問(wèn)：根據(jù)上節(jié)課所講的功的概念，小明將水抬上來(lái)的過(guò)程中，其是否做功了呢？對(duì)誰(shuí)做了功？為什么？

答：因?yàn)樾∶鲗?duì)水和水桶施加了力的作用，且水和水桶在力的方向上移動(dòng)了一段距離.所以小明對(duì)水和水桶都做了功.

問(wèn)：那么如果有多個(gè)人一起打水，我們?nèi)绾蜗窭?中那樣比較誰(shuí)打水的效率高呢？老師給出一個(gè)表格，希望同學(xué)們自主將其補(bǔ)全，并回答老師的問(wèn)題.

人物小張小王小明一次抬水的質(zhì)量/kg5kg5kg10kg所用水桶的質(zhì)量/kg0.5kg2kg2kg對(duì)水做的功/J對(duì)水桶做的功/J水井的深度/m2m

這是前節(jié)課所講知識(shí)功的簡(jiǎn)單應(yīng)用，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，學(xué)生往往會(huì)得出小明的效率高一些.因?yàn)樾∶鲗?duì)水做的功多，這還是學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，認(rèn)為做功多的效率高而很少有人會(huì)考慮總功的多少.所以教師發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，帶領(lǐng)學(xué)生思考.

問(wèn)：很多同學(xué)都認(rèn)為小明的效率更高一些，因?yàn)樾∶魈嵘蟻?lái)10kg的水.那么如果小張用其0.5kg的水桶打了兩次水也是10kg呢？誰(shuí)的效率更高一些？為什么？

答：小張，因?yàn)樾堄玫乃拜p

解釋：在打水的過(guò)程中，工作目的是為了將水抬上來(lái).那么在對(duì)水和水桶所做的功中，水做的那部分功就是我們想要的，是為了滿足工作目的而做的功，是真正有用的，所以我們將這個(gè)為了滿足工作目的而做的功稱為有用功，記作W有.而在抬水的過(guò)程中，卻不得不將木桶也提上來(lái)，工作目的是為了抬水，但要想抬水，就不得不將木桶也抬上來(lái).所以對(duì)于這種不是我們的工作目的，但為了達(dá)到工作目的而不得不做的功，我們稱之為額外功，記作W額.那么如果我們所做的總功是一樣多的話，同學(xué)們是希望有用功多一點(diǎn)還是額外功多一點(diǎn)呢？當(dāng)然是有用功.但如果如上表中的例子，每個(gè)人做的功都是不一樣的，就像例1中所說(shuō)，每個(gè)蘋果的大小都是不一樣的，我們總希望每個(gè)蘋果中總是果肉占的多一些.在生活、工作中也是一樣，我們總是希望在我們所做的功中，有用功占的多一些.所以，為了描述這種占比，在物理中定義了一個(gè)新的概念----機(jī)械效率.它的公式為

這個(gè)例子將抽象概念和生活實(shí)例徹底的結(jié)合起來(lái)，既符合初中生的思維特點(diǎn)，并且可以引發(fā)學(xué)生的自主思考，積極的參與到課堂中來(lái).這樣他們可以很輕松的和前面所學(xué)相關(guān)前置知識(shí)聯(lián)想起來(lái)，并將其擴(kuò)展.如此，本節(jié)課既發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，又引導(dǎo)學(xué)生積極參與到科學(xué)探究的過(guò)程中，對(duì)于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用.

列舉完三個(gè)例子之后、學(xué)生課堂氣氛熱烈且參與度高的時(shí)候，趁熱打鐵利用這三個(gè)生活化的例子來(lái)給學(xué)生講解機(jī)械效率的注意事項(xiàng).

(1)機(jī)械效率用百分?jǐn)?shù)表示，且永遠(yuǎn)小于1；

百分?jǐn)?shù)是因?yàn)閿?shù)學(xué)上的習(xí)慣而定的，我們習(xí)慣用百分?jǐn)?shù)來(lái)描述占比的關(guān)系.而效率永遠(yuǎn)小于1則表示，除了在理想情況下，永遠(yuǎn)都無(wú)法使效率達(dá)到100%.換言之，額外功是永遠(yuǎn)存在的.以剛剛所講的三個(gè)例子來(lái)說(shuō).在例1中，只要是蘋果，就肯定有蘋果核，我們不可能買到?jīng)]有蘋果核的蘋果.在例2中，沒(méi)有人可以只學(xué)習(xí)而不干別的，翻書的時(shí)間、找筆的時(shí)間、喝水上廁所的時(shí)間這都是無(wú)法消除的.在例3中，在井中打水，要想將水打上來(lái)，就必須要有一個(gè)水桶.也就是說(shuō)，必須將水桶也一起打上來(lái).我們只能盡可能的減小額外功，如：換用更輕的水桶.但卻不能使額外功為0.綜上所述，沒(méi)有任何事情的效率可以達(dá)到100%.

(2)機(jī)械效率反映的是有用功占總功的百分比，效率高并不表示做工多.

依然從上述例子來(lái)講解.如在例3中：小張的學(xué)習(xí)效率很高，但事情較多，放學(xué)后只學(xué)習(xí)了2個(gè)小時(shí)，其中有效的學(xué)習(xí)時(shí)間是90分鐘.而小王的效率雖然相對(duì)較低，但是他的空閑時(shí)間很多.放學(xué)后小王學(xué)習(xí)了8個(gè)小時(shí)，其中有效學(xué)習(xí)時(shí)間是6個(gè)小時(shí).很明顯，雖然小王的學(xué)習(xí)效率很低，但因其總的學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)，所以最后仍然是小王學(xué)到的多.

物理來(lái)源于生活，生活是物理學(xué)習(xí)的根基.至此，通過(guò)聚焦物理知識(shí)與學(xué)生生活的聯(lián)系和三個(gè)通俗易懂的生活化情景，引發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械效率的深入解讀.在糾正學(xué)生的錯(cuò)誤前概念之后，學(xué)生就可以在自身生活經(jīng)驗(yàn)的支持下，形成良好的正反饋，為機(jī)械效率的概念提供了豐富的感性經(jīng)驗(yàn)，為其順利解析和應(yīng)用打下了最扎實(shí)的基礎(chǔ).

3 教學(xué)反思

筆者使用如上文所述的方法進(jìn)行對(duì)三個(gè)平行班進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)筆者創(chuàng)建的生活情景運(yùn)用理性思維進(jìn)行科學(xué)探究，很容易達(dá)成概念轉(zhuǎn)變，且課堂氛圍熱烈活潑，從生活中獲得正確的科學(xué)知識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).真正優(yōu)而上的教學(xué)應(yīng)該是以學(xué)生為主的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生探究過(guò)程的教學(xué)活動(dòng).綜上我認(rèn)為本堂課的改進(jìn)是非常成功的，而且這樣才能更好的發(fā)展學(xué)生勇于探究的科學(xué)精神.同時(shí)，從生活中來(lái)到生活中去的方法來(lái)教學(xué)，可以幫助學(xué)生自主發(fā)展勤于反思的好習(xí)慣.如此做對(duì)初中學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展起到的作用是不可或缺的.