在宽广的人文背景下开展复习课的教学①——以苏科版“机械能和内能”章末复习为例

庞德军 陈卫春

(1. 江苏省海安县海陵中学，江苏 海安 226600；2. 江苏凤凰科学技术出版社，江苏 南京 210009)

·教学研究·

在宽广的人文背景下开展复习课的教学①
——以苏科版“机械能和内能”章末复习为例

庞德军1陈卫春2

(1. 江苏省海安县海陵中学，江苏 海安 226600；2. 江苏凤凰科学技术出版社，江苏 南京 210009)

本文以苏科版物理教材“第十二章 机械能和内能”章末复习为例，从关注科学人文教育和贴近学生生活的角度，以汽车上的能量和能量转化为线索重组知识结构，并讨论从实验出发开展复习课教学的问题。

能量;复习课;人文教育

章末复习课的教学在帮助学生巩固与内化已学知识、深化对知识的理解和形成清晰的知识结构等方面具有重要的意义。但是长期以来，不少教师不知道如何入手，要么“眉毛胡子一把抓”，将本章的知识再讲一遍、将演示实验重做一遍；要么用投影仪投影出若干例题，逐题讲解。结果一堂复习课下来，给人的感觉是内容杂乱，主线不清晰、缺少“灵魂”，因而有必要反思和重新定位复习课的教学。

首先要重新定位的是复习课的教学目标。章末复习课的教学目标应当是：巩固和内化所学知识，建立知识之间的联系，形成良好的知识结构；以重温知识发现过程为线索，对知识的发现和应用以及与之相关的物理人文、科技史知识有比较清晰的了解，对知识的认识和理解上升到一个新的高度。

如何实现上述目标？这需要教师从以下问题入手，来认识、设计和反思课堂教学：本章的主干知识有哪些？本章的重点是什么？本章内容与前面所学的知识有怎样的联系，对后续的学习有怎样的铺垫作用？本章的知识结构是怎样的？本章知识与人们的生产、生活有着怎样的联系？历史上有哪些与本章知识相联系的重大发现和历史事件？能否以这些发现为背景，将本章的主干知识“串”起来，重组本章的知识结构？怎样使学生对知识的理解提升到新的层次？笔者以苏科版物理教材“机械能和内能”章末复习为例，谈谈复习课的教学。

1 从能量视角认识本章内容的地位和意义

物理学是研究物质、运动及相互作用的科学，而物质、运动及相互作用都与能量有关，因此，能量及其转化是物理学也是科学的核心概念和观念。初中物理教材中“能”的概念是在“功”的基础上逐步形成的，“一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量”可以清晰地反映这种关系。本章的主题——机械能和内能，既是对前面各章节所涉及的能量知识的提炼和升华，更是为后续与能量有关章节学习做好铺垫。

从教材的整体结构可以发现，对能量概念的深入认识离不开对能量转化过程的讨论，正因为如此，教材把机械能和内能放在一章中来讨论。通过本章学习，学生应当学习用能量的观点反思前面各章所学的知识，领悟前面学习的机械运动、分子热运动这两种运动形式，分别对应着机械能和内能，而且每种形式的能量并不是孤立的，是可以相互转化(如动能与势能的转化、机械能与内能的转化)或转移(如内能的转移)的。

需要指出的是，教材在本章并未讨论能量的守恒问题，而是在“能源与可持续发展”一章中将贯穿于整个教材的能量线索显性化，点出了能量转移和转化的基本规律，从而使学生能深入领会节约能源、有节制地开发和利用能源对于人类可持续发展的重要意义，初步形成用能量的观点分析问题的习惯。这体现了螺旋式上升的思想，避免将知识一步到位，造成难点过于集中的问题。

2 以汽车的能量为线索，重组知识结构，梳理本章知识

苏科版物理教材“机械能和内能”一章，从学科知识的逻辑关系角度建构的知识结构如图1所示。

图1

这样的知识结构逻辑性强，能充分反映概念之间的内在联系。但仅以此来设计复习课还是不够的，因为从复习课的目标来说，还应当努力挖掘科学思想与人文教育的功能，使学生体会到物理知识与现代生活和社会发展的联系。因此有必要寻找新的与学生生活密切联系的线索对本章的知识结构进行重组。那么，我们借助什么线索重组知识结构？方法因人而异。笔者从热机的应用与社会发展的角度提出一条途径，供大家参考。

其实教材已经给我们学习本章知识提供了很好的指引。从本章的章导图可以看出，教材的编写有明暗两条线索。明的一条线索是以现代交通工具——汽车为载体引入的，先后介绍了机械能、内能及其相互转化，以及物质的比热容、燃料的热值、内燃机的工作原理等知识。暗的一条线索以能量的概念展开，让学生了解能量的形式是多种多样的。受此启发，笔者以汽车为典型，以其中的机械能、内能及其转化为线索，重组知识结构，形成如图2所示的逻辑结构。

图2

整章知识都可以与汽车建立联系，在复习课的教学中，建议将知识梳理的主动权交给学生，让学生在问题的引导下进行知识梳理。教师在带领学生梳理知识的同时，采用板书的形式，根据图2有目的地逐一列出学生找出的概念，此外还要指出该物理概念与汽车的什么方面相关。这样不仅能帮助学生将抽象的物理概念与生活建立联系，而且使学生明确了概念的物理意义，教师主导下的教学过程如下。

(1) 课堂导入

教师：谁能用一句话概括一下，我们怎么知道某个物体具有能量？(播放视频：汽车在高低不平的道路上颠簸前进，飞机起飞，“辽宁号”航母在海上航行，火箭发射，发动机工作)

通过这一段视频，你能回忆起在第十二章中学习的哪些能量？(板书：动能、势能、机械能等)

这里的汽车、飞机、“辽宁号”航母、火箭为什么能够运动起来？它们是靠什么驱动的？

我们通常说的热机就是一种发动机，它是人类历史上的伟大发明。请看一组图片。(展示伏尔加河上的纤夫、牛拉犁耕地、人力车、水磨等利用人畜力和自然力进行生产劳动的一组照片)

将这组图片与我们前面看到的视频进行对比，你有什么感想？从这两个时代的巨大差异可以看出，科技对推动社会发展的巨大作用。

下面，让我们从汽车上的能量和能量转化为线索，来梳理本章学到的知识。

(2) 知识梳理

刚才讲到热机，常见的热机有两种：柴油机和汽油机，我们以汽油机为例，来认识热机的工作原理和热机工作过程中的能量转化。汽油机工作有几个冲程？四个冲程中，有能量转化的是哪两个冲程？

压缩冲程中活塞对汽油和空气的混合气体做功，混合气体发生了什么变化？这个过程是什么能转化为什么能？

这是改变物体内能的一种方法：对物体做功。(板书：对内做功，并从“机械能”向“内能”画箭头)

在做功冲程中，什么能转化为什么能？

这一个冲程是汽油机获得机械能的关键。在这个过程中气体内能减少了，说明物体对外做功，内能减少。(板书：对外做功，并从“内能”向“机械能”画箭头)

从这里我们可以看出，内能和机械能之间是可以相互转化的。他们之间能量转化的途径是做功。(板书：改变物体内能的方式——做功)

我们在本章第二节还学到一种改变内能的方式是什么？这种改变内能的方式对我们汽车发动机的降温很有作用！(板书：热传递)热传递和做功都既可以使物体内能增大，又可以使内能减小，它们在改变物体内能上是等效的。

大家有没有想过，为什么要向我们汽车的发动机水箱中灌水，要用水作为冷却液，而不用油？

因为水的“容热”能力强，相同质量的水每升高1℃，吸收的热量更多。为了反映物质的这种特性，我们定义了一个新的物理量——比热容。(板书：比热容、热量及计算)

大家在讨论汽油机的做功冲程时，一般都说是内能转化为机械能。因为火花塞点火后，混合气体爆燃，推动活塞运动。但是同学们忽略了一个问题，这里还存在一个化学能的转化问题。混合气体爆燃，说明汽油燃烧释放了化学能。(板书：化学能)

我们这里谈的是汽油，还有煤油，酒精等可燃物(我们将之称为燃料)，它们燃烧都会放热，怎么来描述它们燃烧放热的本领呢？物理学中用燃料完全燃烧放出的热量与所消耗的燃料的质量之比，来定义了一个新的物理量。(板书：热值)

此外，可在介绍动能和势能相互转化的过程中，借助篮球下落、弹起的演示实验引出势能包含重力势能和弹性势能。分子势能、分子动能与内能相对应，建议在介绍内能、温度、热量的区别与联系时顺带回顾。

3 从实验出发，进行重、难点的复习，突出科学方法教育

实验是物理教学的重要基础、内容、方法和手段。但是，受多方面因素的影响，教师往往把复习课当成了习题训练课，忽略了实验在物理复习课中的作用。实际上，实验在复习课中同样可以发挥十分重要的作用。例如，用篮球下落和弹起的过程创设情境，物理图景清晰，学生很容易理解动能、势能、弹性势能之间的相互转化，教师主导下的教学过程如下。

教师：在前面知识梳理时已经回忆过了，汽车上坡时动能转化为重力势能，下坡时，重力势能又转化为动能。这里有一个篮球，请大家注意观察它下落和弹起的过程，并说出这个过程中的能量转化情况。(演示：使篮球从高处落下，学生可以看到篮球弹起的高度越来越低，最终停下来)

篮球在高处时具有什么能？篮球从高处下落的过程中，什么能逐渐转化为什么能？你是怎么知道的？

教师出示一张篮球下落的频闪照片，如图3所示。利用频闪照相技术，照相机每隔相同的时间曝光一次，就可以把不同时刻的篮球拍摄在同一张照片上。

图3

请同学们注意观察：篮球在下落过程中，相同时间内下落的距离越来越大，这说明什么问题？(速度越来越大，即动能越来越大)

反过来，篮球弹起后，上升的过程中，在相同的时间内上升的距离越来越小，这又说明了什么？(速度越来越小，即动能越来越小)

由此看来，篮球在下落过程中速度越来越大(即动能越来越大)，高度越来越小(即重力势能越来越小)；上升过程中，高度越来越大(即重力势能越来越大)，速度越来越小(即动能越来越小)。这说明篮球下落时，重力势能转化成动能；弹起后，动能转化成重力势能。

有没有人观察到，篮球接触地面时发生了变化？(教师拿着篮球压在讲台上，让学生观察篮球的形变)

这说明，篮球接触地面时发生了怎样的能量转化？篮球从地面弹起的过程中，又发生了怎样的能量转化？

这说明，动能与弹性势能之间也是可以相互转化的。(板书：弹性势能)

我们今天讨论的是宏观物体的动能和势能。其实，微观物体也有动能和势能。比如分子具有分子动能和分子势能……(引入难点问题：内能与温度、热量的关系)

从上面的案例可以看出，从实验出发不仅能够覆盖本章的重点和难点，而且很好地创设了学习的情景，激发了学生的学习兴趣。除此之外，实验在物理复习课中还可以在以下方面发挥不可替代的作用：(1) 激发认知冲突，撼动学生大脑中错误的前概念；(2) 帮助学生重温概念和规律的发现过程，深化对概念的理解；(3) 进一步巩固实验教学的成果，实施实验技能训练。

综上所述，以蒸汽机的广泛使用为标志的第一次工业革命，开创了人类的大工业时代，它不仅是人类技术发展史上的一次巨大革命，更是一场深刻的社会变革，极大地促进了生产力的发展和人类文明进步。从这一点出发，可以理解以汽车上的能量及能量转化为线索展开“机械能与内能”复习课教学的深刻含义：从学生熟悉的汽车入手，让学生提出并讨论与汽车有关的能量问题，不仅能全面覆盖本章的主干知识，而且可以拉近抽象的能量概念与学生的距离，更能将本章知识的复习在宽广的人文背景下逐步展开，充分发挥物理教学的人文教育功能。

[1] 刘炳昇.从“物理核心素养”的视角思考物理复习教学问题——以“力与运动”章后小结为例[J].物理之友,2017,33(1):1.

[2] 刘炳昇,李容.义务教育课程标准实验教科书 物理 九年级上册[M]，南京：江苏凤凰科学技术出版社，2013：31-60.

[3] 查有梁，谢仁根，沈仁和等.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，1996:309-312.

[4] 苏敏,董耀.让物理课堂闪耀爱的光芒[J].物理之友 ,2015,(4).

陈卫春，江苏凤凰科学技术出版社副编审，苏科版初中物理教材责任编辑，主要研究方向为现代教育技术学、中学物理教学。

①本文为江苏省中小学教学研究室基础教育课程教学改革重大项目“初中物理常态教学整体优化设计与实施的行动研究”(项目编号：2015 jssjys-08)的研究成果。