吝欢欢 任新成

[摘   要]以《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）为依据，遵循中学生认知发展规律，借助原始物理问题，引导学生运用逻辑方法和数学知识通过科学推理得出动能概念和动能定理，以提高学生的自学能力、建模能力和科学推理能力，培养学生的学习动机和逻辑思维，最终培养中学生的物理学科核心素养。主要从教学分析、教学模式、教学过程等方面讨论《动能和动能定理》一课的教学设计。

[关键词]教学设计;动能和动能定理;原始物理问题;科学推理

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）26-0042-03

教学设计是教学工作最重要的环节之一，是教师依据教学目标、内容和学生特点，综合把握教学中各方面因素，运用系统科学的方法精心编制教学方案。它体现了一个教师的教育理念和教学认知。同时，科学优化的教学设计是实现高效课堂的前提和保证。因此，一名合格的物理教师应该根据课程标准要求，在进行科学准确的教学分析基础上，合理确定教学目标，选择有效的教学模式、策略、方法以及评价方式，最终形成具体的教学流程和操作方案[1]。同时，按照新课程理念，教学设计应该重视教学过程的逻辑顺序以及科学方法的显化。

对于《动能和动能定理》一课的教学，首先应明确：定理是根据公理或其他已被证明了的命题在逻辑限制的条件下运用演绎推理的方法得出的，它不同于其他需要用实验证据来支撑的科学理论，所以我们可以根据已学规律运用演绎的方法推导得出。但需要注意在推理的过程中对学生的启发引导。其次，我们在引导学生推理得出动能概念和动能定理的过程中，是在“功是能量转化的量度”的前提下，参照重力势能（或弹性势能）的推导过程运用类比方法完成的，但需要注意后者是一个力做功的结果，而前者涉及合外力，所以需要设置合理的情境，避免产生思维混淆和认识误区。

一、教学分析

根据《课程标准》中高中物理课程结构的设计，《动能和动能定理》处于必修2模块，是全体学生必须学习的内容，承担着培养高中生科学素养的基础性任务[2]。

1.教学目标

依据《课程标准》的要求，下面分别从物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面设计本节课的教学目标。

（1）物理观念：进一步发展有关动能的观念：对动能概念有更加深刻的认识，理解动能定理的物理内涵;能从能量的视角解释生产生活中的有关现象，能运用动能定理解决实际物理问题。

（2）科学思维：能从原始物理问题的情境中根据需要，选择合适的模型，运用逻辑方法和数学知识推导动能定理，掌握有关科学方法;能运用动能定理对常见的物理问题进行分析和推理，获得结论并做出解释。

（3）科学探究：学会从物理学的角度分析有关现象，提出问题，寻找规律，通过分析、抽象构建物理模型，并通过演绎推理的探究过程得出动能定理。

（4）科学态度与责任：具有较强的物理学习动机和自主学习信念，养成独立思考、交流合作的学习习惯。认识到物理知识在现实生活中的巨大作用，充分认识科学、技术与社会的关系。

2.教学重难点

（1）教学重点：动能概念的引出和理解;动能定理的物理意义及其应用。

（2）教学难点：通过对原始物理问题的分析，构建物理模型，运用数学知识和演绎推理得出动能定理。

二、教学模式

教学模式是根据一定的教学思想和理论，在充分把握学生学习规律的基础上建构的既有利于提高教学质量与效率，又符合学生思维模式的框架结构和活动程序，应遵循反馈性、有序性和整体性原则[4]。在基本教學模式的基础上，笔者提出翻转课堂与BOPPPS相融合的教学模式，以下是基于该模式的本节课的教学流程。

现做简要说明：在课前通过微课教学，及时检测以及交流互动，使学生复习巩固相关原有知识，为新知识的学习打下基础，使课堂教学更加高效。其中包括初中有关动能的知识，以及通过实验明确动能的两个影响因素;匀变速直线运动（包括速度位移公式）和牛顿第二定律的相关知识。课中引入“物体随电梯上升”这一原始物理问题并加以分析，通过构建理想物理模型（对象模型和过程模型），对物体进行受力分析（受到重力和支持力作用），进而分析物体的运动过程。运用科学推理和类比思维得到动能概念以及动能定理，通过设置适当的问题推进教学，使学生的思维由浅入深，学习循序渐进。引导学生总结动能定理的应用步骤，形成问题解决的一般思路和方法。进一步通过课堂习题的检测、展示与讲解，使学生学以致用，巩固提高。通过比较分析，使学生认识到动能定理与牛顿运动定律的不同，加深对动能定理的理解。课后要求学生复习总结，通过绘制思维导图，提高学生思维的可视性与知识学习的系统性。通过调查走访，收集汽车刹车距离与车速的数据，并用动能定理进行解释，提高学生的数据收集与分析能力，使学生充分认识科学技术与社会的紧密联系，积极贯彻新课程“从生活走向物理，从物理回归社会”的理念，进而培养学生的物理学科核心素养。

三、教学过程

中学物理教学过程是体现教师教学理念、达成课堂教学目标的实践环节，是中学生在物理教师创设的学习情境中，在原有认知的基础上，在教师的引导及教学资源的帮助下，经历科学探究过程，以建构物理知识，掌握科学方法，提高基本技能，从而实现科学素养的全面发展。笔者认为，物理教学除了应依据基本的中学物理教学原则，遵循教学的一般规律，选择适当的教学模式、方法以及策略以外，还应重视教学过程的逻辑顺序和科学方法的显化。下面笔者从这两方面对《动能和动能定理》一课进行设计。

1.教学过程的逻辑顺序

所谓教学过程的逻辑顺序是指在教学过程中所应遵循的一定的内在逻辑关系和展开顺序。中学物理教学过程不仅应依据中学物理学科内容本身的逻辑性，还应符合中学生学习物理的认知发展特点，从而有层次、有条理地推进教学。在本节课的教学过程中，首先在“功是能量转化的量度”的前提下，通过在已经学习过的重力势能（或弹性势能）的推导过程中重力（或弹力）做功引起重力势能（或弹性势能）的变化引出研究主题：动能变化与外力做功的关系。然后按照由定性到定量、由特殊到一般的逻辑顺序进行展开。具体如下：

（1）将物体随电梯的上升过程分为匀加速、匀速和匀减速三个阶段，画出示意图，分别进行研究。分析三个运动阶段物体的动能变化特点以及重力、支持力和合外力做功的特点，找出其中的定性规律。

引导学生初步得出结论：在一个过程中合外力对物体做正功，物体的动能增大;合外力做负功，动能减小;合外力不做功，动能不变。

（2）以匀加速直线运动为例进行定量运算，由匀变速直线运动速度位移公式及牛顿第二定律推导得出特殊条件下的“动能定理”。

（3）考虑更一般的情形，在这一过程中物体受到若干恒力作用而做匀变速直线运动的情形。再进一步推及物体做匀变速曲线运动（这里应指明在推导中所使用的公式均是矢量式，我们就可以借助矢量的点乘运算得出结论，即[F合·s=F合×scosθ]，其中[θ]是[F合]与[s]的夹角）以及受变力作用（微元法）的情形。由特殊到一般，得出普遍意义下的动能定理。

（4）引导学生运用动能定理解释电梯三个运行阶段物体动能变化的原因，使教学前后呼应，提高学生运用物理知识解释自然现象的能力。

2.科学方法的显化教育

科学方法是指人们在认识和改造物质世界的过程中所遵循或运用的、符合一般科学原则的各种途径和方式。与科学知识相比，科学方法具有更加稳定和更加普适的特点，由科学现象形成科学理论（科学学习）以及由科学理论转化为实践（科学应用）的过程都需要借助一定的科学方法[5]。在中学物理教学过程中，科学方法的教育显得尤为重要，它是使学生在建构物理知识、形成物理观念，进而应用物理知识的过程中真正有效的思维工具。而相比于科学方法的“隐性”教育方式，对科学方法进行显化教育（即“打开天窗说亮话”）则更能够使学生直接感受和真正习得有关科学方法的知识。本节课的教学过程中所涉及的科学方法有以下几种。

（1）控制变量法：课前复习初中有关动能的知识，通过实验使学生明确：在探究动能的两个影响因素（物体的质量和速度的大小）的过程中，需要运用控制变量法。

（2）理想化模型法：课中借助物体随电梯上升这一原始物理问题。为了简化问题，首先需要忽略物体的大小、形状等因素，把物体抽象为一个质点;其次将物体随电梯的运动过程理想化为匀加速、匀速和匀减速这样三个过程模型。

（3）演绎推理法：在根据匀变速直线运动及牛顿第二定律的知識推导得出动能及动能定理的过程中，需要运用演绎推理法。而在推导时需要做适当的变形，这就需要教师进行合理的引导并给予学生充分的思考时间，使学生主动探究发现物理规律，增强物理学习的自主性。

（4）类比法：在引出研究主题及分析得出动能表达式的过程中，均是在“功是能量转化的量度”的前提下借助重力（或弹力）做功与重力势能（或弹性势能）变化的关系运用类比法得出的。

教师在教学过程中应该对上述科学方法予以显化处理，以使学生明确、理解，进而掌握和运用所学方法。

[   参   考   文   献   ]

[1]  闫金铎，郭玉英.中学物理教学概论[M].3版.北京：高等教育出版社，2009：78.

[2]  中华人民共和国教育部制定.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]  封小超，王力邦.物理课程与教学论[M].北京：科学出版社，2005：76.

[4]  查有梁.新教学模式之建构[M].南宁：广西教育出版社，2003：13-23.

[5]  邢红军.物理科学方法显化教育的理论与实践研究[J].中国现代教育装备，2011（24）：73-74+81.

（责任编辑 易志毅）