以《机械能守恒定律》为例谈高中物理的教与学

2016-12-27蒋志华徐安美

课堂内外·教师版 2016年12期

蒋志华++++徐安美

【摘要】在物理教学过程中，我们的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神，知识只是解决这些能力问题的载体，我们在教的过程和学生学的过程中，我们都应着眼知识背后的能力培养，让学生在学的过程中增长自己的智慧从而成就自己的智慧人生。

【关键词】物理教学；机械能守恒；高中

物理是一门思维性极强的学科，其最大的魅力和价值也体现在一些物理思想上。这也从本质上决定了师生之间的教与学的核心内容。在教学中我也希望我们教师以物理思想、物理方法的传达、构建、应用为第一位，具体的知识、教材、试题、课堂都仅仅是载体而已。而作为物理这一极富思想性学科的授导者，我们本身也要有一定的思想高度，从深层次本质上去解读要授什么、怎么导的问题。

下面仅以《机械能守恒定律》的教与学为例探讨高中物理的教与学问题。

一、教师的备要有智慧

（一）充分挖掘教材信息

呈现在我们面前的基本信息是《机械能守恒定律》内容，这当然是核心内容，但还有大量信息容易被我们忽略，特别是青年教师。如第一段话“我们在初中学过……”体现了概念建立的最好途径是在旧有的认知基础上去架构。整个论证过程体现了物理规律建立的一般模式，“发现现象─猜想结论─个案论证─般性论证─得出结论─形成理论”的历程。最后对条件、范围的阐释本身也体现了辩证的思想，也有意识地引导学生去思考知识的内涵和外延，而不是停留在知识的简单记忆上。

（二）正确确立教学重点

在思考教学的重点这一问题时不能绝对的、孤立地去看待它，而应该放在整个章节中、整个力学中、整个高中物理中、甚至是整个物理学科中思考，同时还要兼顾所面对的学生的基础情况、能力情况和发展需求上，还要思考所处的时间阶段是高一新课、一轮复习、二轮复习等。

在新课教授中，通常更强化结论的理解上。如花较多的时间去补充和理解弹力做功对机械能的影响问题，并且如果肤浅的理解教科书上的内容有可能导致误解和形成错误认知。而放眼在整个高中物理教学过程中，守恒思想的确立和根深蒂固比结论本身更为重要，在规律的认识之初不是怎样规范用的问题而是怎样在第一时间想到这一规律，并慢慢让学生建立任何情形下都可以考虑是否可以从这一角度去思考的问题。从教学的阶段上看，新课中注重规律的形成和建立并从内心深处去认同它更为重要，至于一些注意事项，可以在进一步的教学中逐渐去渗透，从而达到知识内化的目的。若在后期的复习和巩固中重点可以转移到准确性、内涵外延、怎样应用上去。

（三）知识的把握要精准

以“机械能守恒定律”为例，具体内容为“在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变”。

为了让学生从思想深处去理解并认识它，可以将内容分层次或从多侧面剖析给学生。如这句话反映了三个层次，首先是机械能总量不变即机械能守恒，这也是机械能守恒的本质；其次是从能的转移、转化角度看，只存在动能和重力势能之间的转化；最后是思考在什么情况下才是只有动能和势能相互转化，那就是只有重力做功。

由于学生第一次接触机械能守恒，不能因追求严密而太过复杂，但毕竟不甚完整，可以引导学生思考。如机械能应该包括弹性势能，那如果有弹性势能的参与又该如何呢？培养学生善于思考发现问题的习惯。

教师对这一结论的思考则要求是全方位的、深层次的，如是否是唯一表述、准确表述，有哪些内涵和外延等。笔者认为可以从以下一些角度加以深化：

（1）描述中涉及势能，必然是对系统而言，至少是物体和地球，但一般忽略了地球，原因是地球可以看成“静止不动”的物体，所以地球不涉及动能，或者说动能不发生变化，势能一般理解为物体的势能，当然忽视这一点不影响计算结果，但在逻辑上是不严密的，不一定给学生阐释，但作为教师应该清楚。

（2）在上述情况中（除地球外单个物体），即可以考虑机械能守恒也可以考虑动能定理。而机械能守恒定律的妙用更多地体现在除地球外两个或两个以上的物体系构成的系统情况下。

（3）对于由多个物体构成的系统涉及到的力有不确定形式的外力F、重力、电磁力、相互间的弹力和摩擦力，不涉及分子层面力的问题。而功是能量转化的量度，这就决定了不得不考虑这些力对研究系统机械能的影响问题。所以才有条件“只有重力做功”。

（4）那么重力做功为什么独立出来，而其他力做功又是怎样影响的呢？这里要引入一个结论：一对内力做功的代数和即W内=FS相代表了一定量能量的转化。而重力对物体做的功可以理解为这对重力做功的代数和（在第（1）点中有说明），只是实现了系统动能和重力势能之间的转化量度，是机械能内部不同形式能量间的转化，不改变系统的机械能总量。而如果有摩擦力则会存在与内能之间的转化问题，如果有电场力则会存在与电势能之间的转化问题。

（5）如果相互接触的物体是刚体（高中阶段指非弹簧、橡皮绳），则之间的弹力做功代数和为零，不该系统的机械能，如果是弹簧且存在形变，则W弹≠0，却表示系统其他形式能与弹性势能的转化量度，故也不改变系统的机械能总量。

（6）如果存在静摩擦力，同理不影响系统的机械能总量。但如果存在滑动摩擦力，则Wf=fS相，表征了转化为内能的部分（注意单向性），故系统机械能减少。

（7）如果是电磁力，则存在与电势能或磁场能之间的转化（注意具备双向性）。

（8）存在未知外力，则存在与外界未知形式的能量之间的转化问题。

二、教师的导要能启慧

如果教学只停留在教师讲，学生听，教师演练，学生模仿，这样的教学要想达到较好的效果是有很大困难的。我们要尽量做到学生先学后教，这里的先学还不能仅仅是停留在简单记忆，而应该有较充分和较深层次的思考。怎样解决学生的思维障碍，做到循序渐进层层推进？我们要讲智慧。

如在《机械能守恒定律》中我们可以这样设计导学：

1. 让学生做一个满足机械能守恒的小实验，如滚摆，初步体会动能势能的转化。

2. 举几个例子让学生思考运动过程中动能和势能的增减，引导有增有减时思考总量是否有可能不变。（建立守恒的意识）

3. 选一个便于操作的实例思考怎样去论证我们的结论。（培养科学意识）

4. 举几个满足机械能守恒的例子，思考他们的共性。（培养归纳总结能力）

5. 从只受重力过渡到只有重力做功。（培养思维的缜密性）