问题在情境中呈现 目标在过程中达成

丁宏伟

摘要：概念教学要关注的是三个方面：是什么、为什么、什么应用.要做到这三点，必须让学生在具体情境中主动建构知识，体会内涵.

关键词：情境；功

普通高中《物理课程标准》（实验）明确指出：科学始于观察，思维源于问题，在讲解物理概念、原理和规律时，应从观察和问题出发，引导学生展开想象的翅膀，提出各种可供检验的猜想和假说，再经过分析和验证，直到问题的解决.可见，有效问题的提出对科学研究及教学的重要性.南京市教研员杨震云老师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.”这告诉我们在教学中应将“知识问题化、问题情境化”，学生在探究过程中逐渐发现问题，解决问题，从而形成知识，生成能力.下面笔者以《功》的教学为例谈谈如何让：“问题在情境中呈现，目标在过程中达成”.

一、教学目标

1借助实验的观察和启示，学生能准确举例说明功是能量转化的量度；

2借助具体情境，学生通过观察和思考能得出引入功的必要性；

3通过观察和实例分析，学生在讨论与交流中能准确说出力做功的两个因素，并能在具体的情境中快速判断某个力对物体是否做功；

4借助力与位移的方向相同与不同的两种情景，学生在教师的引导下能独立推导功的公式；

5让学生用功的公式求解实际问题，学生在交流与合作中能发现功的标矢性，能准确说出功的公式的用法、公式含义、区分正、负的意义、总功的求解方法.

二、教学设计

【创设情境】

情境1：重物从高处落到报纸上，观察实验现象.

情境2：水平弹簧拉重物，观察实验现象.

问题：两个情境中，分别有哪些力做功？能量是如何转化的？

情境3：PPT呈现阅读材料：“功的概念溯源：功的概念来源于早期的工业发展，工程师们为衡量机械的功效，而把物体的重量与路程的乘积作为量度.卡诺（S Carnest）把这个量称为‘作用矩.1820年，法国科学家科里奥利（Coriolis）把这个量称为‘功，并定义为‘力和力的作用点的位移的乘积，这样功的概念就进入物理学.”

【归纳1】

1通过力做功才能实现不同形式的能量转化，做功的过程就是能量转化的过程.

2要研究能的问题，研究做功是重要的途径.

【设计意图】如何引入“功”的必要性？笔者通过对具体情境1、2的呈现及对问题的分析和讨论，学生能明白“功是能量转化的量度”，从而也清楚地意识到“功”提出的必要性；通过对物理学史的学习能让学生了解“功”提出的背景及意义.此设计既符合学科逻辑和学科思想，也符合学生的认知规律.学习目标在过程中能够很好地达成.

【问题1】怎样衡量一个力是否做功呢？请你分别举出做功和不做功的例子.

【设计意图】学生已在初中接触过“功”，也简单了解“功”的两个要素，根据学生的前概念结合理论联系实际，提出问题，让学生边回忆，边寻找生活中的实例，从实例中有可能暴露学生对“功”的要素的错误理解.教师及时纠正，引出“功”的概念.

【归纳2】（PPT投影）

1功的定义：物体受到力的作用，并沿力的方向发生一段位移，则该力对物体做了功.

2做功的两个必要因素：（1）作用在物体上的力；（2）物体在力的方向上发生一段位移.

【理论联系实际】视频播放廖辉举重过程，思考两个问题：

【设计意图】在生产和生活中，力做功无处不在，但并不是有力就有功或有位移就有功.通过视频呈现，既要学生能感受运动员廖辉夺冠的喜悦，又能体会在运动中如何判断力做功.

【探究功的公式】

【问题2】如图2所示，怎样计算力做了多少功呢？

【追问1】物体的重力和地面对物体的支持力分别做了多少功呢？

【追问2】如图3所示，如果力F与位移l夹角为α，怎样计算力做了多少功呢？

【追问3】你还有其它方法嗎？

【设计意图】在探究“功”的公式，笔者采用一个问题加三个追问.先给出最简单、核心的物理情境，由学生自主得出W=Fl.通过追问1再次回到“功”的二个要素，这是为推导“功”的一般式做铺垫.追问2中给出情境，学生在前面的铺垫下能自主提出解决方案，从而顺利得到“功”的一般式.在得到公式后学生的思维处于一种非常活跃的状态，此时顺势提出追问3，学生自我意识到既然能分解力就可以分解位移，一个是沿着力的方向，另一个是垂直于力的方向.而只有沿着力的方向上的位移才有力做功，从而实现了从不同角度看待功的公式，既训练了学生的发散思维，又让学生自主体验知识的形成过程，真正理解概念的本质.此意图也体现了从特殊到一般、从简单到复杂的科学的研究方法.

【归纳3】（PPT投影）

1内容：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角余弦这三者的乘积.

2公式：W=Flcosα

3单位：国际单位：焦耳（焦）符号：J1 J=1 N · m

【设计意图】归纳3主要是通过PPT呈现出来，理由如下：1是及时总结所学知识；2是让学生在书上留白处写一写、记一记，方便再次复习.后面的归纳都有此目的.

【功的公式的应用与理解】

思考1运动员用50N的力踢出足球，足球向前滚动40m，运动员对足球做了多少功？

思考2如图4所示，比较以下两种情景下的同一力F对物体做的功情况？

思考3如图5所示物体在力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的大小如图所示.

【设计意图】在概念学习时，我们要关注概念的内涵和外延.对此问题，笔者采用3个情境，在情境中生成3个问题，能够解决问题就能够理解功的本质了.思考1是采用“以错防错”的方式，让学生在自省中反思公式中的“l”.思考2是采用“欲擒故纵”的提问方式，让学生提出自己观点、暴露问题、合作交流直至最终达成教学目标.思考3是先让学生自己计算，三人上前板演，学生自主交流、评价，最终让学生深刻理解角度.思考3能让学生去除物理学习中生搬硬套公式的陋习，另外也引出正、负功概念.实践证明，通过三个思考进行课堂教学，可以让学生深刻理解功的公式.

【归纳4】（PPT投影）

α的取值cosαW示意图

α=0°1W=Fl

0°<α<90°>0W>0

α=90°0W=0

90°<α<180°<0W<0

α=180°-1W=-Fl

【问题3】力对物体做正功或负功时对物体运动有什么意义呢？

【思考4】一重为20N的小球，被竖直向上抛出，小球向上运动的最大高度为5m后又返回至起点，问：

（1）上升过程中，小球的重力做了多少功？

（2）下落过程中，小球的重力做了多少功？

（3）上升过程中，小球克服重力做了多少功？

【设计意图】正、负功的存在是可以让学生接受的，但其意义是比较难以理解的，故笔者先抛出问题，后给出具体情境，在情境中呈现具体问题，让学生感受正、负功对物体运动的意义.而对于力对物体做功的另一种表述方式笔者认为不必绕弯子，直接给出，这也符合学生的生活感受和认知规律.

【归纳5】（PPT投影）

1某力对物体做负功，往往说成“物体克服某力做功”（取绝对值）.这两种说法的意义是等同的.

2正负功的意义

正功：促进物体运动，是动力

负功：阻碍物体运动，是阻力

【思考5】如图6所示，在光滑水平面上，物体受到两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力的作用，从静止开始运动5m.（cos37°=08，cos53°=06）

求：（1）每个力做的功？（2）合力做的总功？

【归纳6】（PPT投影）

1功是标量、遵循标量运算法则

2合力做功（总功）的求法

方法1：求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和.即：W总=W1+W2+…+Wn

方法2：先求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功.W总=F合l cosα

【设计意图】前苏联教育家苏霍姆林斯基说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，就是希望自己是发现者、研究者、探索者，而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈.但如果不向这种需求提供养料，即不积极接触事实和现象，缺乏认识的乐趣，这种需求就会逐渐消失，求知兴趣也与之一道熄灭”.功是标量是本节课的重点也是难点，若直接给出，学生不能进行新旧知识的构建，形成的知识也只能是暂时性记忆.学生即使接受功是标量这一认知，但在知识的内在联系上有缺失，也会让学生失去发现规律、形成知识的机会，也就失去学习的乐趣.所以，功是标量的教学应该是创设问题情境，将学生置身于问题情境中对知识进行主动性构建，揭示真实的知识的形成过程，从而实现知识的内化.在教学中，学生在已构建的知识体系中能够完成对力做功的求解.在解决问题时会自然而然地发现W≠W21+W22，从而形成认知冲突.教师因势利导，引导学生发现问题的本质，学习目标在此过程中悄然生成，如有“嫁与春风不用媒”的效果.

【评价】如图7所示，两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上，物体克服力F1做4J的功，力 F2对物体做功3J， F1和F2的合力对物体做功为多少？

【设计意图】华师大崔允漷教授說：“教师要根据学习目标需要编制适合的评价方案，判断学习目标中所描述的各种要求，以此来评判学生的学习状况，从而进行预测、反馈与指导，促进教与学都能按照有效的目标导引方向进行.”功是标量是否真正理解，需要相应的评价，而此题恰好能够实现评价与目标的一致性.

【课堂小结】略

【课外实践与思考】

1测定你扛30kg大米上三楼所做的功.

2如图8所示，光滑水平面上的物块在弹簧弹力作用下从A点运动到B点，思考能否用W=Fl求弹簧弹力对物体所做的功？

三、核心主线

四、课堂反思

歌德说过：“教会学生学什么是为了过去，教会学生怎样学才是为了未来.”在教学中应把知识作为线索进行教学，让学生亲身经历概念和规律建立的过程，因为过程本身也是一种知识，在过程的学习中也蕴含着方法，这也是新课程标准中“培养学生终身学习能力”的要求.

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，200314.

[2] 孟拥军精选多版资源 优化“功”的教学[J].物理教学，2015（12）：9.

[3] 杨震云，史献计高中物理建构型教学模式的实践思考与感悟[J].中学物理教学参考，2012（12）：11.

[4] 崔允漷有效教学[M].上海：华东师范大学出版社，20096.

[5] 汤家合有效教学需要目标引领——“目标引领﹒问题导学”教学模式探索[J].物理教学，2013（11）：6.