摘要：物理学是一门注重实验探究和思维培养的学科，同时“功”这一节在在高中物理中又占有举足轻重的地位。既很好的体现了学生初高中思维的衔接，又是物理学中力和能量的结合点，功能关系是整个高中物理教学的重点。本文以“功”的教学设计为例，对功的计算公式提出新的推导方案，对正负功的提出、理解给出不同的方法。关注“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”四个维度，特别强调科学思维的五水平发展。高中教学中需要创新思维，以生为本，逐渐培养适合学生长期发展的教学思维方式，正真促進学生核心素养的养成。

关键词：创新;科学思维;核心素养;养成;设计

一、背景

关于立德树人的要求，在党的十八大和十八届三中全会均有明确提出，要求能够落到实处。《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》是教育部在2014年印发的，意见中提出各年段学生均应该具备必备的优秀品格和关键能力，对自己今后人身发展有帮助，对社会发展有帮助，即要求研究学生如何更好的发展核心素养体系。

2019年9月浙江省物理教研员梁旭老师在书本《指向学科核心素养的普通高中课堂教学设计》的序言中提到的第一句话就是：高中的教学方式需要转变！我想高中的物理教学也需要创新思维，创新教学设计。

创新：亦作"剏新"，一指创立或创造新的，二指首先，三指改变。创新思维是指以新颖特有不同的思维来解决碰到的问题，通过新思维突破以往，以完全不同的视角去思考问题，给出与众不同的思维方法，有效的解决问题，从而产生特有的、新颖的、有社会意义的思维成果。

关于科技创新，我党在十八大时就明确把科技创新摆到了一定的高度，指出科技创新是国家发展的支撑，是提高生产力的关键，必须放到首要的位置。我想十八大的精神之一就是创新。随着国家的发展，社会的进步，迫切需要创新型人才。而学校正是人才培养的的摇篮，随着教育改革步伐的迈进，更需要教育创新。

二、《功》教学设计的重点与难点

《功》选自人教版高中物理必修2第七章《机械能守恒定律》中的第二节，学生在初中的时候已经有所接触，故本堂课的教学先从功和能量的关系入手，让学生体会功是能量转化的量度这句话，有力做功必然伴随着能量的变化。之后回顾初中所学知识，特别是当力的方向和速度在同一方向上，或者互成90°的两种特殊情形，让学生体会同向时力是动力，借此先引出如果力的方向和速度方向相反的时候力是否做功。在此前学生知道能量的变化必然有力做功的，自然得出这里力是一个阻力。之后从四种斜拉和推的情形推导出公式的共性，得到功的一般表达式，借此往下提出正负功的概念，并加以解释和应用。最后再对总功的求解进行探究。故重难点设计上我如此把握。

教学重点：

1.功的概念;2.功的计算;3.正、负功的理解，体会功是标量。

教学难点：

1.力对物体做功的求法推导;2.正、负功的引出和理解。

三、《功》的教学设计（简化）

（一）导入新课（观察现象，回顾初中知识，为物理观念形成奠定基础）

1.引入：观看2分钟视频，介绍第一次工业革命（18世纪60年代-19世纪40年代）中的主角：蒸汽机。

师：第一次工业革命中蒸汽机的广泛应用，推动了世界各国之间的联系，改变的世界格局，最终资产阶级率先统治了世界，英国成为了世界的霸主。同学们，你们知道这里面最关键的是什么吗？

生：蒸汽机大大提高的能源的利用率，使能量更容易被人民利用。

师：对，这个过程中化学能转化为机械能更加容易了，接下去我们看下面三幅图。

师：图1中由于牵引力做功使动车的重力势能增大了;图2中由于握力做功使握力器的弹性势能增大了;图3中由于起重机拉力做功使木材的重力势能增大了。

学生参与演示实验：橡皮绳套腰间，拉的过程，采访拉皮筋的同学有什么感受？

生：累！也许我的化学能在消耗，拉力阻碍了我前进。

师：同学们，通过以上所有的分析我们发现，如果物体在力的作用下能量发生了变化，则这个力一定对物体做了功。法国科学家科里奥利在19世纪20年代就提出了功的概念（图片展示）。

功：力和受力点沿力的方向上的距离的乘积。

2.做功的两个必要条件：

①作用在物体上的力;②物体在力的方向上移动的距离。

3.回顾初中功的计算方法：

（二）新课教学

师：进入高中之后，我们把两个做功条件中的“距离”改成“位移”。

1.做功的两个必要条件：

①作用在物体上的力;②物体在力的方向上移动的位移。

2.再次通过橡皮绳的实验，引导学生体会以下两种情形中力的效果不同，情形一中力为动力，情形二中力为阻力。提出对于阻力做功为了表示效果不同，我们加个“-”。

师：那么现实生活中力仅仅有以上两种情形吗？

生：还有斜拉或者斜推的各种情形。

师：我们不难发现甲乙两种情形中拉力为动力，相反丙丁两图中拉力为阻力，那么怎么来求这几种情况下拉力对物体的做功呢？

生：由于拉力和位移方向不在同一直线上，我们可以利用以前所学的分解的办法把拉力分解到位移的方向及与位移垂直的方向。

师：分析甲、丙两图可知F2和F4不做功。

师：同理我们可以分析乙和丁这两种情形下拉力做功情况，乙类似甲，丁类似丙。但问题是功的公式不可能有这样两种情况，我们相信科学是和谐统一的，能否统一为一个公式呢？

师：如果我们假设力和位移方向上的夹角为α，那么对于丙图中。那么乙情形中拉力做功也就可以这样写：

师：完美的统一！我们发现其实甲和丙中拉力做功可以统一为一个公式：

其中α为拉力和位移方向上的夹角。

3.功的计算：

4.正功和负功：

①正负功的意义：

正功：表明力作用的效果促进物体的运动，是动力。

负功：表明力作用的效果是阻碍物体运动，是阻力。

师：正功、负功不表示方向相反，仅表示不同做功的效果。

师：-8J的功与5J的功谁大？

②功是标量

5.应用：

6.总功的计算：

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：

W总=W1+W2+W3+···

②求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功：

W总=F合Lcosα

（三）课后反思：

本堂教学设计经过3次实践，在本校上课2节，到外校学术节上展示一节。总体来看学生接受起来比以前更加顺畅，不过有几点需要改进：其一，重视教材、重视教材上的例题，采用教材上的例题的时候务必重视例题的形式，解题的规范;其二，教学过程中要革新教法，聚焦学生，以学生为主体，创新科学思维的培养;其三，重视物理实验过程，比如在正功负功出来后可以加入物理实验，让学生体会动力和阻力带来的不同效果;最后，形成评价体系，让学生形成科学态度和责任，体会到思维创新带来的优势。

二、与传统《功》的公式推导的区别

物理核心素养中的维度之一便是：科学思维。要求学生能把现象模型化，具有物理建模的感觉和能力;能使用学到的物理观念、物理规律来构建物理模型，并应用已有知识对模型进行分析、解释、归纳、证明等。敢于大胆的对碰到的问题提出不同意见，追求科技创新、学习创新、思路创新、教育创新。

（一）传统《功》的教学设计

我在前10年的物理教学工作中一般采取以上的教学设计过程，这里给人感觉最突兀的地方，如图7，也是每当我上到《功》这一节课的时候最纠结的地方：就是为什么从α是锐角的情形推导出来功的计算公式，可以推广到所有的情形，并且是不是真的直接就可以从α来决定W的正负，然后得出正、负功的概念。当然教师在得出概念之后一定会对概念进行再解释，也会用很多的例题、或者一些实验来予以说明和帮助学生理解。但是本人总认为思维上欠缺连贯性，也没有遵循学生的思维发展规律。

传统教学设计往往遵循下面的流程：

为此，我想在国家大力提倡发展学生核心素养的情況下，我们老师是否能够站在学生的角度来思考问题，以生为本，寻找学生解决问题的基本思维方式，然后创新我们教学方法？

（二）创新思维、以生为本

创新思维的本质在于用新的角度、新的思考方法来解决现有的问题。

如图8，本课例寻找创新的突破口，首要想法是老师先引导学生在初中的基础上，通过物理实验，让学生感受α为0°和180°时拉力做功所产生的不同效果，进而再把动力和阻力的概念留给学生，对学生来说这也是顺其自然的。这时候我们得到了0°和180°时拉力做功的求法，再结合以前力的分解的知识把拉力进行分解，结合三角函数知识：当180°时，满足，自然而然把四种普通的情形的做功求法归纳为一种求法。爱因斯坦毕生追求完美，在他最后几年的科研中一心希望能够把四种相互作用进行完美的统一，我想这也正是我们希望学生获得的科学素养。

（三）核心素养之“五水平”落实

物理学科核心素养分为四个维度，每一维度进行了五个水平的划分，比如科学思维：仅仅从模型建构角度来看，水平一要求知道物理学的研究需要建构模型;水平二要求知道常见的物理模型;水平三要求能使用简单的物理模型解决实际问题;水平四要求能根据解决问题的需要建构物理模型;水平五要求能根据解决问题的需要建构恰当的物理模型。

本课例通过分析一般情况下力做功的特点，把四种拉、推物体的模型统一到一种物理模型，最后得出做功的一般规律，把公式进行了统一化。我想如果学生自己能够建构这样的物理模型，不政体现了能够建构恰当的物理模型这一水平吗？也许核心素养真能达到水平五的要求了。正好比一个听完课后的同学说的一句话：原来思维是跳跃的！

三、结束语

特别感谢本校物理教师对该课例的指导与打磨，也特别感谢一起参与同课异构的老师，一起认真的对该课进行了讨论和设计，把老的教学思路和新的创新思维进行了对比与实践。本课把教学重点主要放在了两个方面：一个是功的公式W=Flcosα得到过程尝试了另外一种方法;二是正负功的理解上，怎么样让学生更容易理解。本课例为学生发展科学思维、老师创新教学思路提供了一种很好的参考，相信会是有用的范例。整个课堂下来老师受益匪浅，本组教师一致认为物理课堂教学应该遵循学生的身心发展规律、遵循物理规律的构建过程、更要以学生为本，慢慢引导并帮助学生逐步形成和发展物理科学思维，培养学生的物理核心素养，为学生的今后发展奠定坚实的基础。

参考文献

1.基于物理学科核心素养的教学研究;何丽亚;云南师范大学硕士论文; 2019-06-03

2.依学定教 注重反思 打造生态高效课堂——以《功》的教学设计为例;赵亚兵;物理教学探讨;2014-09-10

3.基于核心素养背景下物理探究的优化与创新;王薇;中国现代教育装备;2020-02-25。

作者信息：

姓名：章顺东 出生年月：1984年03月21日 性别：男 民族：汉