也谈“功”的概念的引入与建立

杨来芳

如果仔细研究就会发现，功在初中物理教学中是一个较为特殊的概念，一个重要原因就在于它的引入与建立不太容易寻找到理由.纵观初中物理，从之前的测量概念的引入是因为生活中需要比较，质量概念的建立是因为物体所含物质的多少并不相同，密度概念的建立是因为不同物质单位体积内的质量并不相等，电流概念的建立是因为不同电路中电流的强度有所不同……而为什么要引入并建立功的概念，很多时候寻找不到一个确切的理由.毕竟，教材上“力与物体在力的方向上运动距离的乘积叫做功”这样的定义，并不能解决为什么要引入功的概念.因此，学生的学习常常处于一种知其然不知其所以然的状态，而初中学生一旦处于这种状态，其在建立相关物理概念的时候就会出现认知上的真空，从而容易让学习进入死记硬背的状态.对此问题，笔者进行了深入分析.

1功概念的来龙去脉

翻阅物理学史与相关研究文章可以发现，历史上功的概念的建立与其它物理概念并没有太大的区别，都是基于生活的需要——工业革命的早期，人们为了衡量蒸汽机的效率，迫切需要建立某个物理量.基于生活实践，人们逐步认同用机器举起的物体的重量与所举高度的乘积来衡量机械的输出，并命名为“功”.

这种需要在今天看来，与学生的生活几乎不存在任何的关系，因此在不同版本的教材中，并没有将这样的历史需要作为功的概念的建立背景.而也正因为教材这样的处理，或者说因为教材并没有寻找到另一个具有替代意义的例子，就使得功的概念的引入与建立显得非常的与众不同，而学生也因此感觉难以接受.

再往后分析教材，可以发现功这一概念在功与能的知识中具有基础性的作用，无论是分析能量的转化，还是到电学当中研究电流做功及功率等，均与功有关.因此，功可谓是能量部分知识的基础，如果学生对功的概念引入与建立存在理解上的真空，那么学生在后面的知识建构过程中，必然会出现认知角度的障碍.

以上从功概念建立的历史角度与学生建构与功相关知识的角度分析，分别对功的概念建立的重要性作出了阐述.意在提醒同行，功这一概念的引入建立一定要重视.

2学生认识功的困难

为什么说教材上建立功的方法并不是最恰当的呢？不妨先来分析某版本教材的处理方法.该教材通过呈现三种做功的情况：水平面上一个水平方向的力推动物体移动了一段距离；竖直方向上一个力拉着一个物体沿竖直方向通过了一段距离；斜面上一平行于斜面的力推动物体移动了一段距离.然后综合这三种情况的共同点，即用力作用于物体上，且物体在力的方向上通过了一段距离.最后引入功的概念，并建立功的定义.

这样的概念建立方法对于学生来说有什么样的困难呢？对此，笔者专门进行了问卷调查，问卷设了三个问题：（1）学完本节后，你知道功是什么样的物理量吗？（2）你知道为什么要引入功这个物理量吗？（3）你觉得功在生活以及在物理学习中会起到什么样的作用？调查结果表明，有高达87%的学生作出了否定的回答，即使另外的13%的学生，实际上也是云里雾里.

显然，学生通过这种方式建立起来的功的概念，不足以让学生明白为什么要引入功这个概念.

还有一点不能忽视，那就是即使学生通过顺应的方式接受了功的概念，他们在判断是否做功的时候也还容易出错.即使老师帮学生分析出不做功的三种情况，学生还是无法理解为什么这三种情况下就不做功.

3功概念的引入与建立

基于以上的分析，笔者认为初中物理教学中，必须引导学生认识到建立功这一概念的意义.那么，具体如何实施呢？笔者在参照他人研究成果的基础上，提出如下思路.

3.1借助于物理学史，引导学生思考“功”的概念的引入

首先，通过图片或视频创设工业革命时代的情境，让学生认识到蒸汽机在那個时代所发挥的作用.然后向学生呈现不同能力的蒸汽机，让学生认识到不同蒸汽机的本领是不一样的.（这个过程不要少于5分钟，而原因就在于只有有了足够的时间保证，学生才会充分思考情境中形成的问题.）在呈现了相关的物理学方面的历史之后，可以提供学生身边的一些做功多少不同的例子，如背着轻重不同的书包分别爬上同样层高的楼梯，或者背着同一个书包分别跑上二楼与三楼，让学生去比较做功的多少.这个时候尽管学生没有功的物理概念，但根据生活经验，他们同样可以作出相应的判断.这个判断，就是功的概念建立的认知基础.

3.2引导学生分析问题并提出自己的猜想

问题可以设计成：如何描述不同蒸汽机干活的本领呢？（这里，“本领”是一个关键词，其一方面符合学生的基本经验，学生不至于在本领这一概念上花费太多的时间，另一方面当本领“移植”到机器身上时，学生会思考如何去有效地衡量机器的本领.）实际教学中，学生可能出现的猜想通常有：看蒸汽机的大小；看蒸汽机干活的多少；看蒸汽机一次干多少活；看蒸汽机一次能将干活的对象加工到什么程度等.实践表明，在这一过程中，只要教师的引导得当，学生的思维就会不断地向质量与距离两个因素靠近.当然，在这个过程中，学生的思维会受到多方面的干扰，因此学生提出的猜想可能比较多，这个时候教师要做好分析与归纳工作，以让学生的思维集中到力与距离两个要素上来.

3.3教师进行引导

让学生的思维向力与力的方向上运动的距离靠近.在学生初步意识到蒸汽机的本领与质量和距离有关时，教师可以将蒸汽机干活的实际图景抽象成简图，然后从力的角度进行分析，让学生认识到蒸汽机干活的过程，实际上就是蒸汽机对物体施加力，并使物体运动的过程.在这个过程中，力与物体运动的方向往往是一致的.因此功的概念就呼之而出了.当然，这里也不能忽视对学生所熟悉的事例的分析，比如说上面提到的背书

包上楼的例子，结合这个例子去分析受力与力的方向上通过的距离，也可以很好地建立关于功的概念的认识.

3.4分析不做功的情形

在实际分析中，必然会出现机器托着物体水平运动的情形，在这个过程中为什么不做功，是一个难点.笔者的思路是：从能量变化的角度去帮学生建立功是能量转化的量度的认识，并发现该情形中物体的能量并不发生变化，因而在表征能量变化的时候，功必须为0，即不做功.当然，这里就需要较科学地处理功与能量的关系，本来功是作为能量转化的量度在物理上建立的，但是在初中物理教学中，功的出现往往是优于能量概念的，即之前虽然提到过能量的概念，但只是提及而不是重点分析；而此处的功却是重点学习.同时，能量转化在这里还要分析清楚，即力与物体运动方向即距离方向处于垂直关系时，同样有能量的转化，只不过这里是生物能的消耗，与没有做功的过程并不矛盾.

通过以上四步的梳理与分析，学生可以清晰地认识到功的概念的引入的必要性，可以认识建立功时所用定义的合理性.从而化解了学生认识上的真空，从而为前后知识的衔接奠定重要的基础.并且，学生经由这样的学习过程，他们的逻辑是清晰的，过程是合理的，因而也就成为有效教学的一种实际体现.