张清和

摘 要：传统的课堂以知识灌输为主，导致学生对知识的理解往往是表面的、零星的、不连续的。当遇到新的问题、新的题境，会感到无从下手，因为学生在以科学知识为中心的教学过程中得到的是识记能力的训练，只有以科学方法为中心的教学才能够将思维训练从头到尾灌输到学习过程中的每一个环节，学生将从过程和方法中得到系统、完整的知识架构，学生的能力得以充分、全面的发展。

关键词：机械能守恒;科学方法;逻辑思维

一、背景

科学知识和科学方法是科学课程的两大组成部分[1]。物理课程是重要的科学课程之一，我们应通过科学方法得到科学知识并实现对科学知识的应用。这样才能实现学生知识体系构建和智力发展的平行与同步。如果以科学知识为中心设计教学，学生对知识的理解往往是表面的、零星的、不连续的。达不到灵活运用的目的;如果按照科学方法的逻辑设计教学，学生将从中得到系统、完整的知识架构，更重要的是在这个过程中学生的能力能得到发展。

笔者以“机械能守恒定律”一堂课为载体，按照学生的认识发展规律，通过实验归纳和理论推导双管齐下，将科学方法贯穿到整节课中。让学生在获得知识的同时获得有效的思维训练和逻辑训练。

二、教学设计

遵循科学方法的教学逻辑以及学生的认识过程，笔者将这节课设计为以下三个维度、四个步骤如图1所示：

从科学探究的四大要素（第一维度）出发对上课的流程（第二维度）进行合理设计，让学生在每个过程结束后获得相应的经验（第三维度）。具体内容如下：

（一）提出问题

1.让同学们通过不同场景动手感受能量转化的过程，形成感性认识。

具体操作如下：每组选两位同学上台，根据真实的图片情境（摆钟、过山车、射箭、蹦蹦床），从给定器材中选一个跟情境相对应的器材（单摆，轨道和小球，弓箭，弹跳小人）a.演示动能和势能转化的运动过程;b.描述能量转化过程。

2.引导学生猜想运动过程中机械能总量如何变化。

（二）寻找证据

对实验过程的设计，笔者采用从小到大，从点到线，以循序渐进的方式让学生一步步得出结论。

1.实验1：对比单摆下落过程中两个位置

图2，光电门在下摆的过程中，会被这些小圆钮阻断信号，从而得到穿过这些小圆钮的瞬时速度。这些小圆钮高度间间隔是恒定的。

在下摆过程中任意选取两个位置（以④，⑥点为例），让学生按照下表中的内容进行数据测量和计算。

让学生对表中的数据进行分析，得出结论：在一定误差范围内，下摆过程中的两个点间：（1）势能减小=动能增加;（2）机械能相等。

2.实验2：完整周期摆动

为了让结论具有普遍性，测量两个点是不够的，我们需要观察整个运动过程。

（三）理论解释

为了看清事物的本质，引导学生对背后原理进行探究。在探索的道路上学生从来不应该是孤独前行的，需要老师的引导和陪伴。笔者将大问题分解成几个小步骤，让学生的思考“有迹可循”。以下圖运动过程为例：

分析图4中从位置1到2的能量问题：

1.根据动能定理，思考动能变化原因。

生：动能定理：W合=ΔEk，即重力做正功导致动能增加。

2.根据重力做功与重力势能的变化关系，思考势能变化原因。

生：重力做功与重力势能变化关系：WG=ΔEp，即重力做正功导致重力势能减少。

3.从而思考动能和势能转化关系以及两点的机械能关系。

生：ΔEk=-ΔEp，即减小的势能等量转化为增加的动能。

Ek2-Ek1=Ep1-Ep2;Ep1+Ek1=Ep2+Ek2，即机械能相等。

师：因为1，2两个点具有普遍性，所以可以得出整个过程中机械能守恒的结论。另外我们可以在这个过程中看出能量转移和能量守恒之间本就是共生关系，是同一事物在不同视角下的结果。

4.思考机械能守恒是否需要条件？

生：机械能守恒的条件是：W合=WG，即只有重力做功！

5.乘胜追击，思考如果有重力以外的其他力做功，机械能总量如何？

生：WG+W其他=ΔEk;WG=-ΔEp

W其他=ΔEk+ΔEp=（Ep2+Ek2）-（Ep1+Ek1）

说明如果其他力做正功，机械能增加;其他力做负功，机械能减小。比如在单摆实验中摩擦力做负功，导致机械能减小。

参考文献：

邢红军，陈清梅.从知识中心到方法中心：教学教育理论的重要转变[J].首都师范大学学报（自然科学版），2011，32（6）：20-26.

编辑 杜元元