解决实际问题的体验式教学研究——以初中物理“合理利用机械能”为例

安徽省合肥市行知学校 王 琪

《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出，物理是以多样统一的自然界为研究的探究活动，是建立在证据和理性思维基础上的，其基本动力是人类的好奇心和求知欲，以及经济与技术的发展需求。为此，物理教师要精心设计教学，以生活自然场景为引，求知欲为驱动，解决实际问题为目的进行物理教学。

一、“合理利用机械能”课程教学要求

“合理利用机械能”是沪科版八年级第十章第六节的内容。这一节开始涉及“能”的概念，比较抽象。从这节开始，需要初步建立“能”的观念，帮助学生建立解决问题的方法，为后面高中物理的学习奠定基础。本节课，对物理观念的建立非常重要。而初二的学生年龄在十四五岁，心智正处于发育阶段，对抽象概念的学习有一定的难度。因此需要结合大量的自然、生活实例来帮助学生理解，也践行了物理来源生活、应用生活的观念。

在本节课之前，学生已经学习了“功”的概念，前认知已经打好了基础，为我们这节课的学习减低了难度。

二、教学设计

（一）“能”的概念的建立

本节课中，既要吃透概念，又有实验探究，内容繁重。课本中安排从做功角度认识能，但由于篇幅所限，只列举三个例子。因此，在引入“能”的概念前，应尽可能多地列举自然、生活中的做功实例，让学生能够通过对比、归纳，总结出“什么是能”。但笔者在实际教学过程中发现，光列举做功实例，学生还是不能理解“能”到底是什么。为了解决这一问题，笔者看了很多优秀老师的视频，设计自己解决问题的方案如下：视频展示自然界中“能”的威力，图片展示生活中的做功、具备做功条件的场景，让学生结合两者，归纳、总结“能够对外做功的物体具有能”“能是物体做功能力大小的物理量”。设计的问题如下：（1）在日常生活或新闻媒体中，你听说过哪些“能”？（2）我们通过一段视频来了解一下自然界当中的“能”的威力。（播放视频）（3）你从这个视频里看到了哪些“能”？你为什么会觉得它们具有能量？（4）流动的水向前推动竹排；弯曲的撑竿向上推起运动员；被举高的重锤向下锤木桩，在这些生活场景中，它们蕴含了怎样的物理知识？（5）那高山上的石块和运动的车有没有对外做功呢？它们具不具备对外做功的能力呢？（6）如果做功，会产生什么样的效果？你觉得它们和刚才的视频里有什么共同点？

通过一系列问题的提出，让学生意识到“能”和“做功”之间的关系。这样，在不知不觉中，培养学生能够从自然、生活中提炼出物理知识的能力。

（二）认识“机械能”

认识了“能”的概念，我们为什么要学习“能”？诚然，物理来源于生活，也能服务于生活。接下来就需要认识与人类生活紧密联系的“机械能”。学生在认识“能”之后，完全可以根据物体的状态把它们分为动能、重力势能、弹性势能。在这一阶段，前概念的学习已经完成，学生较易达到目标，那这一部分设计可以加深学生的印象为主，让学生能够熟练地加以区分。这一部分，在其他优秀教师的建议下，笔者进行了改进：设计“你说我猜”的抢答活动环节。提升了学生的学习兴趣，也让学生从刚才的概念学习中能有所应用，增强学生学习物理的信心。

（三）探究影响机械能大小的因素

课本中，这一部分主要安排了“探究影响动能大小的因素”和“探究影响重力势能大小的因素”，弹性势能的探究在这里只做简单的一句话概括。那么在设计实验时，应以“探究影响动能的大小因素”为主，教学中要注意营造科学探究的气氛，引导学生积极参与，让他们自己设计实验，得出决定动能、重力势能大小的相关因素，以增强学生的成就感。

1.探究影响动能大小的因素

为了践行物理服务于生活，体现物理的学科价值，笔者从生活场景入手，播放车祸视频。加强安全教育的同时，提出问题：交通规则中有哪些举措？对你有什么启发？让学生结合生活经验得出猜想：影响动能的因素有质量和速度。这一猜想学生较易得出。如何设计实验呢？笔者接下来结合车祸现场的视频引导学生把场景搬到实验室进行模拟。用小车代替汽车，用木块代替障碍物。提出如下问题，让学生设计实验：（1）研究谁的动能？（2）你如何探究不同质量的物体对动能的影响？（3）如何控制速度的大小呢？（4）怎么比较动能的大小？观察谁？（5）该实验用到了哪些实验方法？

在学生想到让小车从不同高度的斜面下落时，速度不同，提示学生注意课本中“加油站”的一句话：“小球在光滑斜面上由静止开始下滑，到达斜面底端的速度只与起点的高度有关，起点越高，到达底端的速度越大”，从而为学生的这一想法奠定理论基础，同时为其他学生解惑。

在学生提出，可以用木块被撞击的远近程度衡量车的动能大小时，可以继续让学生回答这里所蕴含的功能关系。既是对上一模块概念的巩固，也能开始渗透能量转化的思想。

接下来学生开始进行分组实验。在实验过程当中，继续强调这样几个问题：你是如何进行控制变量的？你要研究的对象是谁？观察对象是谁？你是如何判断小车动能大小的？

至此，学生结合生活实际，参与实验过程，解决生活问题，得出结论：物体的质量越大、速度越大，物体具有的动能越大。

2.探究影响重力势能的大小因素

在探究影响动能大小的因素中，学生经过猜想、设计、实验、得出结论，已经具备一定的能力，这一部分相对来说较好理解。而这一部分除了书本中介绍的方法，还有很多其他方式。可以充分发挥学生的主观能动性，让学生不拘泥于课本，提出自己的想法。因此，笔者设计了学生自主实验的课外活动环节，再次让学生体验到学习物理的乐趣。

3.弹性势能

课本中，这一部分只做少量叙述，并未进行实验探究。然而笔者认为，教材的安排是有道理的，前面探究影响动能和重力势能大小的因素实验中已经训练了学生的思维，而弹性势能在初中阶段又不作为主要内容，无须过多赘述。但关于弹性势能的这句话“在弯弓射箭时，弓张得越满，放手后，箭就射得越远。这表明，物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大”，笔者认为可以充分利用起来，引导学生思索功能关系。知道“能不光是衡量物体能够做功多少的物理量”，还能认识到“能量通过做功的方式进行转换”“能量通过做功可以从一个物体转移到另一个物体，可以从一种形式转换为另一种形式”“能量不会凭空消失”，从而渗透机械能转化与守恒的思想。所以在这一部分，笔者设计这样几个问题引导学生思考：（1）你觉得弹性势能与什么因素有关？为什么？（2）在弯弓射箭的过程中，你能说一说这里能量的形式以及大小变化情况吗？总结：箭的动能增加了，这说明做功多少不光能体现出物体具备能的多少，更是可以通过做功把一个物体的能转移到另一个物体上，可以从一种形式转换为另一种形式，能不会凭空消失，因此说功是能量转换的度量。

至此，本节课的主要内容得以解决。之后，笔者注意到这样一个问题：本节课课题为“合理利用机械能”。我们了解能，探究了能大小的影响因素，为的是更好地解决实际生活中的问题，那么，“合理”利用机械，到底怎样叫“合理”呢？

（四）合理利用机械能

笔者经过思考觉得可以利用开头视频展示的自然界中“能”的威力，对比人们利用风能、水能等发电，为人类所服务，提示学生合理利用自然界中的能量为人类所服务是我们学习这节课更深远的意义。也让学生真正认识到，我们学习机械能的目的，学以致用，课本知识与实际生活的联系一直是我们学习科学知识的本质动力。

至此，本节课的教学任务完成。

三、反思

课后，笔者又对这节课进行了反思。比如，在引用课本中“加油站”的一句话“小球在光滑斜面上由静止开始下滑，到达斜面底端的速度只与起点的高度有关，起点越高，到达底端的速度越大”时，知识的学习只是通过“填鸭式”告知完成，不具备直观性。笔者也尝试通过实验达到教学目的，但效果并不理想，说服力不强。笔者也查阅了相关材料，观看了相关视频，得知即使在质量相同时，由于质量的分布不同，仍会导致质量相同的物体从同一高度下落到底端速度不同。当然，理论上是成立的，现实实验中需要考虑物体的材质、形状等因素的影响，实验现象不明显，演示实验难度大。这也提示笔者，物理教师一定要自己动手、反复试验，应时时以发展的眼光看待自己的教学过程。

本节课中，两个视频的引入能充分调动学生的积极性，能有效引导学生思考、解决问题，能合理结合生活实际让学生进行体验式学习。

物理教师深知物理学科的本质，以实验为基础，以思维为中心，由生活经验引导，格物知理。通过层层递进的提问，让学生在探究过程中，不断进行新的思考，不断提出解决策略和实验方案。更是要直面问题，把基于证据的物理学习落到实处，创新进取，拓展思路。