以“动能”为例谈物理概念的探究式教学お

吴光超

“概念”是人们对事物进行认识的过程中，将某些认识客体的共有特征抽象出来，并进行加工形成的.学生在学习高中物理时，会涉及大量概念的认识，他们的概念学习包括由感性到理性、由抽象到具体、由理解到应用的过程.而在这一系列学习活动中，教师要引领学生认识概念的产生背景和形成过程，以科学探究的方式引导学生建构概念，同时培养学生的探究能力和科学思维.下面，笔者以“动能”的概念教学为例，谈谈如何进行概念的探究式教学.

1教材与学情分析

动能是动力学问题中最为核心的一类能量，是学生学习动能定理以及能量守恒的基础性内容.动能在初中物理中已经有所呈现，即动能与物体的质量和速度有关，当然这一认识尚处于定性了解的层面.高中阶段的动能学习，不仅需要学生知道动能的概念以及定量表达式，还需要学生结合功、运动学以及牛顿定律对概念的内涵进行深度挖掘.

从学生基础来讲，他们在前阶段的学习中，已经认识了力、功、牛顿运动定律等概念，为动能学习奠定了一定的基础；同时经过一个学期多的高中物理学习，他们在教师的引导下能够对物理问题展开积极的探究，当然由于个体差异的存在，探究学习的结果差别较大；不过，学生有着较好的团队协助意识，在小组合作探究中，他们彼此的交流和帮助能弥补上述差异；学生普遍对物理学习充满兴趣，并乐于参与探究活动，只是他们在课后巩固环节自觉意识较差，尚需教师督促.

结合教材内容和学生情况的具体分析，笔者以探究式教学的方法来进行动能的教学，引导学生在实验探究和理论探究两个层面来逐步得出动能的表达式，同时积极关注学生在探究中的主体性和自觉性，并积极结合学生的认知规律，对学生的逻辑思维能力、问题分析能力以及探索发现能力进行培养，引导学生对物理方法进行领悟和总结.

2具体教学流程

2.1创设情境、激发兴趣

新课导入阶段，笔者为学生播放卫星相撞的视频资料：2009年二月，隶属于美国铱星公司的一颗卫星“铱33”与俄罗斯的一颗已经报废的通信卫星“宇宙2251”发生相撞.笔者同时也提供了两颗卫星的参数：“铱33”的质量约为560 kg，“宇宙2251”质量约为900 kg，相撞时它们的速度都在1500 m/s左右，相撞之后它们形成了成千上万的卫星残片，撞击过程威力之大，等同于一吨重TNT炸药发生爆炸.结合上述情境的创设，笔者向学生提出问题：“这次撞击过程为什么会有如此之大的威力？”在视频播放的过程中，学生的兴趣就已经被充分激起，笔者所提供的问题事实上也是很多学生头脑中的疑问，当问题直接呈现出来时，他们的思维被充分激活，在分析问题的同时，相关机能已经做好进行探究的准备.

2.2搭建支架、引导探究

笔者开始为学生介绍本节内容所涉及的背景知识：物体做功的本领大小与它所具有的能量有关，并将在整节课中始终贯穿这一观点.这是笔者为学生建立动能概念所搭建的支架，为学生积极进行探究活动做一些铺垫性的工作.

考虑到学生在初中已经对动能有所认识，笔者就让学生从自己的认识出发，以函数的形式将动能的表达式写出来：Ek=f（m，v），并启发学生进一步在猜想中完善表达式，学生经过思考和讨论后，得出以下可能的动能计算式：Ek=kmv、Ek=kmv2、Ek=kmv3、……（k为常数.）笔者将一系列表达式罗列在黑板上，鼓励学生利用DIS实验（装置如图1）来对相关猜想进行验证，从而形成概念.

[TP8GW52.TIF，BP#]

从学生的基础来讲，这里的DIS实验存在这样的认知难点：“为什么确认摩擦块的滑动距离对应小车的动能？”为了帮助学生解决这一难题，笔者通过一个实验为学生搭建了支架，以“物块从桌子一端滑到另外一端”为情境，提出问题：①物块的运动属于何种类型；②请分析其减速的原因；③从能量角度对物块运动过程进行描述.通过对这三个问题的分析，学生能明确，物块的减速过程正是其克服阻力做功，动能消耗殆尽的过程，考虑到克服摩擦力做功有：W=fs，其中摩擦力为一恒定值，物块在桌面的滑行距离则间接对应物块原本所具有的动能，结合这一支架，学生能接受滑行距离与动能之间的对应关系.到此为止，DIS实验“探究物体动能与哪些因素有关”的准备工作基本结束.

笔者让学生以小组为单位进行实验探究，并要求学生在实验中积极协助、充分讨论，最后让小组推举代表参与班级范围的交流和研讨.笔者巡查学生的实验过程，并引导学生进行交流，最后在汇总中发现各小组的实验探究得出相同的结论——“动能与物体质量成正比，与其速度的二次方成正比”.

2.3理论探究、整合认知

为了促进学生新旧认知的整合，同时也为了让学生得到更加精确的动能表达式，笔者继续引导学生进行理论探究.相关活动围绕以下情境展开：子弹的发射过程主要源于火药爆炸所提供的推力，现在已知子弹的质量为m，其在枪管中受到恒定的推力作用，最终获得速度v，请运用所学表示出该子弹离开枪口的动能.

学生联系到之前“物块克服摩擦力做功导致其动能全部消耗”的情境，再对比现有情境，他们思维的迁移机制发生作用：子弹动能增加的原因就是因为推力的做功，具体一点，即推力做多少功，动能就增加多少.因此有

[JZ]W=Fs=ma·[SX（]v2[]2a[SX）]=[SX（]1[]2[SX）]mv2，

即[JZ]Ek=[SX（]1[]2[SX）]mv2.

2.4应用概念、巩固所学

经过前面三个环节的学习，动能的概念以及表达式已经被学生所接受，但是相关内容还属于陈述性知识，教师要促进学生将新旧知识进行融合，还需要组织学生在概念应用中进一步强化所学.笔者将课堂导入阶段的情境重新拿过来，让学生回答这样几个问题：

（1）结合数据，计算“铱33”和“宇宙2251”的动能分别为多少？

（2）如果撞击之后，恰好有两块残片质量相等，其速度大小之比为2∶1，它们的动能之比为多少？

（3）上述问题没有明确速度的方向，是否影响动能的计算？

通过三个问题的解决，学生成功将新学概念迁移到其他情境中，并实现了问题的解决，基本达到举一反三的目的，实现概念的掌握.

3设计思路总结

常规的物理概念教学一般分为三个步骤：概念引入、概念形成以及概念运用.本节内容也是按照上述三个流程来引导学生在探究中完成概念的构建.具体的教学工作中，笔者做了这样几项工作：

（1）教师分别从教材和学生两个维度来分析教学任务，进而明确教学的三维目标，做到有的放矢；

（2）为了有效实现概念的引入，教师要为学生提供恰当的感性素材，为他们的认知创造真实的情境，同时激起学生探究的兴趣；

（3）概念形成阶段是整个教学过程的核心，教师可以引导学生从实验探究和理论探究两个角度来实现概念的形成，同时认识概念的内涵和外延，这一阶段，教师务必要结合学生的实际情况，为学生的探究提供思考和认知的支架，指导学生如何提出问题、如何进行猜想、如何搜集证据、如何合作交流等等，这些对他们探究能力的培养至关重要；

（4）在学生逐步认识概念之后，教师要启发学生搭建新旧知识间的联系，同时也可以结合某些实例，激起学生的认知冲突，从而让学生发现已有认知中前概念的错误，进而实现认知体系的重构；

（5）教师创设情境，引导学生应用概念来解决问题，从而促进学生深化对概念的认识，提升知识的迁移能力.

高中物理概念繁多，并不是所有概念都适合采用探究式教学，例如元电荷、黑体、质点等描述性概念，其教学还是以讲授法来实施为宜；对加速度、向心力、电场强度等概念，则需要教师结合情境引导学生进行探究，这样的效果更好.此外，教师需明确，探究式概念教学不仅仅是组织学生学习概念，更是要通过学生对概念形成过程的体验，来对他们的探究能力进行历练，对其思维能力和合作能力进行培养，它是整个高中物理探究学习密不可分的重要组成.