精选多版资源 优化“功”的教学

【摘 要】俗话说“不怕不识货，就怕货比货”。通过教材比较“异中求同、同中思异、取长补短”是教师备课思考的手段，更是创新教学设计的“思维源泉”。本文以《功》的教材比较和备课为例，探讨如何比较教材以深化对课程标准的理解、如何借鉴不同版本教材的优秀资源以优化教学设计。

【关键词】功;核心主线;教学资源;对比分析

【文献标志码】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2015）34-0052-03

【作者简介】孟拥军，江苏省高淳高级中学（江苏高淳，211300）教师。

高中物理教学中，“功”是为了进一步得出“能”的概念服务的，它的概念性强且相当抽象。承前“功与动力学规律紧密相联”，启后“功能关系又是整个高中物理学习的一条主线”，这条主线在整章甚至后续的物理学习中“时隐时现”，是分析和解决问题的有力工具。

一、核心主线的对比分析

《普通高中物理课程标准（实验）》对“功”的要求是能举例说明功是能量变化的量度，理解功。虽然内容标准相同，但“人教版”“鲁科版”“教科版”“粤教版”这四套教材对这一节的内容有着不同的编排方式。“人教版”和“教科版”的核心主线为：功引入的必要性和意义→功的因素、功的公式推导→直接给出功是标量→功的正负判断及意义→例题感受功和总功的求法;“鲁科版”和“粤教版”的核心主线为：怎样才算做了功→功的计算→直接给出功是标量→功的正负判断及意义→例题感受功和总功的求法。可以看出：四套教材都重点围绕“理解功”这一内容标准来呈现教学内容。不同的是，“人教版”和“教科版”都呈现“功”引入的必要性和意义的举例与思考，以渗透“能举例说明功是能量变化的量度”这一内容标准。而“鲁科版”和“粤教版”是通过第二节来补充落实的，如：“粤教版”在第二节“动能、势能”中运用功的公式推导“动能和重力势能、弹性势能”的表达式，以渗透“做功是能量转化的量度”;且“鲁科版”在第二节“功和能”中用大篇幅详细讨论“做功和能量的转化”的多个实例。

1.不能省略“功的必要性”的教学环节。

人类最初引入“功”来度量机器的效能。随着认识的深入，人类认识到“力对空间的积累即‘功，它的效果是引起能量的变化”，此后“功”被纳入物理学的体系，“功是能量转化的量度”也是物理学科的重要思想。联系实际也不难看出：“功”和“能”是两个相互依存的概念，这些思想是物理学引入“功”的本质和意义所在。因此，本节教学必须借助于“能量转化”来理解“功”的概念，增加“引入功的必要性及意义”的教学环节，既符合学科逻辑和学科思想，也符合学生的认知规律。有关“物理思想方法”的教学指出：“如果知识的背后没有方法，知识只能是一种沉重的负担;如果方法的背后没有思想，方法只不过是笨拙的工具。知识、思想方法和能力是物理教学的三大要素，思想方法则是物理教学的精髓和灵魂。”如果教学中省略“功”的必要性，确实节省时间，但缺少了物理思想方法的渗透，从课程观来看是不妥的。

“功”是一个特别抽象的概念，直接复习初中学习的“功”的概念而引入，就会形成抽象的、无背景的概念和符号表征，学生获得的是惰性概念，只能靠大量的习题来强化，其后果只会增加学生学习的困惑。由此说来，省略“功的必要性”的教学，从教学观来看也是不妥的。

2.不能直接给出“功是标量”的属性。

四套教材均直接给出“功是标量”的文本，可能是考虑到高中阶段对“点乘与叉乘”不作要求，所以淡化处理。实践表明，学生的前概念里对于矢量有两种错误观念：一是学生都知道“速度和加速度的正负用来表示方向”，因此“有正负的物理量都是矢量”;二是学生在牛顿第二定律的学习中认识到“矢量（加速度）乘以标量（质量）仍得到矢量”，学生因为思维定势，形成了有条件的结论无条件迁移的错误观念，所以形成了“矢量与标量的乘积一定是矢量，功是矢量”的错误认识。杨震云在关于引领学生自主建构认知的论述中指出：“要想获得有意义的知识，应该将学生置身于问题情境中对知识进行主动性建构，揭示真实情境在学习中的内在意义，以促进知识的迁移。”从纠正学生“错误的前概念”角度来看，“功是标量”的教学不能淡化处理，要通过问题情境促进学生自省和自悟。

综合这些论述，本节课的核心主线可确定为：功引入的必要性和意义→功的因素、功的公式推导及应用→功的正负判断及意义→例题感受总功的两种求法→感悟功为什么是标量。

二、教学资源的对比分析

四套教材所呈现的资源，我们不能简单地进行叠加，而应在理解课程标准和教材编写意图的基础上，通过比较以精选和优化这些教学资源。

1.引入功的必要性。

“鲁科版”在第二节“功和能”中安排了一个实验（如图1所示），并要求学生比较两次提起重物的过程，即“人所用拉力是否一样，拉力做功是否一样。”“人教版”通过一段“功”的引入历史的回顾，即介绍“机械举起的重量与举起高度的乘积可以用来度量机器的效能，从而比较蒸汽机的优劣，并把物体的重量与其上升高度的乘积叫做功……”这些教学素材向学生渗透了“千差万别的物理现象中存在着不变量”的认识。“人教版”通过展示“起重机举起货物时，货物的重力势能增加;列车在机车的牵引下动能增加;握力器在手的压力下弹性势能增加”三张图片渗透“能量的转化要通过做功来实现”的思想。“教科版”也展示了三张图片并在标注中提出问题，分别是：举起杠铃的过程中，人在滑梯上下滑，箭射出时，什么力对箭做了功？什么力做了功？对比这两套教材的插图不难看出，“教科版”的插图更接近学生的真实生活，它在插图的标注中提出问题，更让学生通过问题思考以感受“做功是能量转化的原因”，也增加了互动性，是较好的图片资源。受这些资源的启发，“引入功的必要性”的教学可设计如下：

【情景1】把重为10N的重物匀速举高h=1m，有三种方式：（1）直接把重物举高（如图2）;（2）用倾角为θ=37°的光滑斜面举高（如图3）;（3）用轻质动滑轮把物体举高（如图4）。请填写下列表格：

考察：不同方式提升重物的力F和位移l存在什么关系？

【情景2】（“粤教版”教材图片）下列四幅图片描述的情景中，人是否对物体做了功？说说你的理由？

引入上述情景的目的是让学生感悟：通过力和力的方向上的位移可以衡量机器或力的效能。此外，自然界中不同形式的能量转化都是通过力做功来实现的，做功的过程也是能量转化的过程，所以要研究能量的问题，研究做功是一个极其重要的研究方向。为了促进学生深层建构“做功的因素”，教师还可以补充如图6所示的图片让学生感受“汉字的魅力”与“力做功的因素”。

2.功的公式推导及应用。

关于功的公式推导的教学，四套教材均从学生的认知基础出发，先回顾“W=Fl”，再利用力的分解推导出力与位移成α角时“W=Flcosα”，这也是常规教学的通用手段。但不同教材针对“W=Flcosα”公式的“问题与练习”则体现了不同的编写和教学思想，优秀的资源有：

【问题1】（“粤教版”）足球运动员向足球踢了一脚，踢足球的力F=100N，球在地面上滚动的距离l=50m，根据W=Fl得出运动员对足球做的功为5000J，这样求踢球做的功对不对？为什么？

【问题2】（“人教版”）一个重量为10N的物体，在15N的水平拉力的作用下，一次在光滑水平面上移动0.5m，另一次在粗糙水平面上移动相同的距离，粗糙面与物体间动摩擦因数为0.2，这两种情况下，拉力做的功各是多少？这两次拉力做的功是否相同？

【问题3】（“人教版”）物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移x，分别计算这三种情形下力F对物体做的功。设这三种情形下力F和位移x的大小都是一样的：F=10N，x=2m。角θ的大小如图7。

仔细考察这三道“问题与练习”，它们的教学意蕴深远，“问题1”采用“以错防错”的提问方式，促进学生在自醒中理解公式中的“l”。“问题2”采用“欲擒故纵”的提问方式，引领教师“先试误再纠错”，让学生在错误的泥潭里拔一拔双脚后再给予点拨和引导，学生在“吃一堑、长一智”的自省中生成教学目标。“问题3”则充分利用了学生的“视觉偏差”来设计问题，使学生“生搬硬套公式的陋习”经历了一次洗礼。实践证明，将这三道“问题与练习”按顺序作为课堂“跟进性问题”来教学，对于功的公式的理解可以达到“嫁与春风不用媒”的效果。

3.功为什么是标量。

教材是静态的，而且由于篇幅限制只能把最核心的内容呈现出来。教材的编写者也难以获得读者的直接信息，也就很难设计出“有呼有应”的活动过程，所以四套教材均直接给出“功是标量”的信息。细品四套教材的文本，也有不同程度的让学生感悟“功为什么是标量”的内容。

【问题1】（“教科版”）如图8，甲、乙两人在河的两岸同时用绳拉船，使船在河的中间沿直线路径行驶，甲、乙的拉力分别为F1、F2，其大小和方向如图所示，在船行驶80m的过程中，用两种方向求合力对船所做的功。

（1）先求合力，再求合力的功;（2）先求两分力的功，再求分力的功的代数和;（3）比较两种方法，你能得到什么结论呢？

【问题2】（“粤教版”）有人说，一个力对物体做

-10J的功，另一力对物体做5J的功，-10J的功一定比5J的功小，对此，你有何看法？

“教科版”这一“练习与评价”的安排是颇具特色的，学生分别求解第1、2两问题会很容易发现W合=W1+W2。实践后发现：对于第3问的回答，学生只能得出“合力的功有两种求法”的结论。教师需要补充“在计算中我们发现F合=而W合≠，对吗？”这一追问，然后再通过陈述“既有大小又有方向，在相加时遵循平行四边形定则（或三角形定则）的物理量叫作矢量。只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量叫标量。”的概念，让学生很快领悟到功的运算不符合平行四边形定则，应该是标量。可见，教科版教材启发教师要让学生在“做中学”，从而感悟“功是标量”。考虑到学生在矢量的学习中形成的“物理量的正负表示方向”的错误观念很“顽固”，再利用“粤教版”中“讨论与交流”的设问，让学生发表见解，可以起到深耕学生“错误观念”的作用，从而帮助学生深度建构“功是标量”的认知。

通过教材比较“异中求同、同中思异、取长补短”是教学思考的一种手段，是深度备课的“引子”，更是创新教学设计的“思维源泉”，所以教师在教学设计时比较教材是需要必须遵循的。

注：本文系江苏省中小学教学研究第十期省立项课题“基于新课程标准的高中物理深度备课行动研究”（课题编号：2013JK10-L002）成果之一。