基于移动终端环境下的活动教学法在高中物理教学中的运用

刘小兰+冯兰+倪震祥

摘 要：本文以活动教学理论为依据，以新课程标准为教学目标，以《能量守恒定律与能源》为案例，阐述了如何在本节课堂教学中引导学生通过移动终端设备pad收集并甄选信息资料、自主获取“能量守恒定律与能源”相关知识的过程，以及笔者的课后思考。

关键词：移动终端；活动教学； 高中物理；能量守恒定律与能源

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）9-0067-6

活动教学是教学的一种基本形态。它是在教师的指导下，以技能性知识、情感性知识、问题性知识为基本内容，通过学生自主、开放、创造的实践性活动、促进学生整体发展的教学[1]。活动教学是一种基本的教学形态，在教学实践活动中，对学生的知识获得、能力发展和人格完善有着独特的影响和作用。

随着二期课改理念的推进，充分利用现代移动资源，打造移动终端环境下“互联网+活动课堂”，构建和实践基于移动终端环境下的活动教学模式，即建立学习合作小组—设定框题学习目标和任务—收集并甄选信息资料—借助移动终端平台，推进讨论交流—课堂展示成果—组间思考与辩论—组内总结与提升。积极探索和践行基于移动终端环境下的活动教学模式，努力促使这种课堂教学模式能改变课堂生态，变“学生适应课程”为“课程适应学生”，变“教师为学生提供学习知识”为“教师为学生设计学习经历”，使传统的被动学习变为主动学习，真正形成互动、互助，共享、共进的学习环境，培养学生的物理核心素养，引领学生快乐学习、活力学习和有效学习。

由于物理学科本身的特点，在物理教学特别是高中物理教学中实施基于移动终端环境下的活动教学，最容易激发学生学习的兴趣，可以最直接地锻炼学生的思维能力、观察能力、表达交流能力和耐挫能力，最能培养学生的实践能力和创新精神，提高学生自主合作探究的学习能力。因此，基于移动终端环境下的活动教学法在物理教学活动中有着重要的功能和潜力，有待我们物理教师在教学实践中去挖掘。

本文笔者以人教版高中物理必修2，第七章《机械能守恒定律》的第十节《能量守恒定律与能源》为教学案例，谈谈基于移动终端环境下的活动教学法在具体的教学设计中的一些运用与思考。

1 教学分析

1.1 教材分析

能量守恒定律是自然界中各种物质运动形态所共同遵循的基本规律，被恩格斯誉为19世纪三个最伟大的科学发现之一，在自然科学中的重要地位不言而喻。人教版普通高中教材将这部分内容放在必修2第七章《机械能及其守恒定律》的最后一节《能量守恒定律与能源》中，这与该章第一节《追寻守恒量——能量》相呼应。因此，本节内容是对本章知识的总结与拓展。

1.2 学情分析

从知识背景上说学生通过机械能的学习，已经形成了有关能量转化的一些观念，体会到能量概念是对自然现象的抽象与概括，具备了从“机械能的转化与守恒”扩展到“自然界中各种能量在转化和转移中总能量是否会守恒”的基础，但他们并不知道人类总结自然现象得出能量概念、发现能量守恒定律的过程。

从能力背景上来说高一年级的学生，思维已达到皮亚杰指出的形式运算阶段水平，有自我效能感和提出问題、分析问题的意识，喜欢动手操作实验和对物理问题发表独立见解的能力。这为我们接下来的基于移动终端环境下的活动教学提供了有效条件。

2 教学目标

2.1 知识与技能

（1）了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量。

（2）知道确定能量守恒定律的两类重要事实。

（3）能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒定律的观点分析、解释一些实际问题。

（4）了解能量耗散，了解自然界宏观过程中能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高能量利用效率的重要性。

2.2 过程与方法

（1）通过实验观察，使学生乐于研究有关能量转化的问题，认识到能量转化的事实。

（2）经历永动机为何不能永动的分析讨论过程，经历关于迈尔等科学家的角色扮演活动过程，使学生认识从特殊事例总结一般规律的归纳法。

2.3 情感、态度与价值观

通过小组辩论，一方面知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的大问题，树立开发新能源的意识；另一方面知道能量转化和转移的方向性以及能量耗散，增强节约能源的意识。

3 教学重点、难点

（1）认识与理解能量守恒定律。

（2）会用能量守恒定律的观点分析、解释一些实际问题。

4 教学设计思路

考虑到高中学生处于抽象思维阶段，应该注重对学生科学思维的培养，在动手与动脑相结合中学习，激发和保持他们的好奇心和求知欲。同时为了让学生掌握重点、化解难点，我们利用基于移动终端环境下的活动教学法有助于学生获得知识、促进学生能力发展的功能，结合活动教学法的实践性、主体性、开放性、探索性、交互性等特点，笔者设计了6个活动内容来实现本节课的教学目标。

4.1 观察与演示活动——导入新课

师：演示“不停运动的饮水鸟”实验（如图1所示），观察饮水鸟的行为，你有什么疑惑？

生1：饮水鸟上有没有电池？

生2：是否有装置在控制鸟不停地饮水？

生3：为什么饮水鸟一直在动，这是不是永动机？

师：饮水鸟为什么会不停饮水，以及饮水鸟是不是永动机等一系列的疑问，通过学习能量守恒定律与能源内容后可以为你揭开谜底。

评价：通过让学生观察饮水鸟的实验引入新课，激发学生探究新知识的欲望，在观察中引导学生思考饮水鸟的行为，提出疑问，从而带领学生走进能量的世界。

4.2 交流与讨论活动——建立概念endprint

师：我们已经学习过好几种形式的能量了，有重力势能、动能、弹性势能等，那么，到底如何定义能量呢？

生4：费曼在定义能量的时候，用淘气阿丹的28块积木作类比，有些积木的个数变少了，那是因为阿丹把一些藏到玩具盒里了，或者他把积木扔进澡盆里被污水盖住，不过只要我们仔细测量玩具盒的质量与洗澡水的高度，就能推算出积木个数的总和永远是28块。费曼说能量就像积木的总数，是个不变的数值。

师：能否从物理学的角度定义能量？

生5：物体能对外做功，这个物体具有能量。

师：请同学们列举生活中常见能量形式有哪些？

生6：机械能、光能、电能、化学能、分子内能、原子能等。

师：自然界中的能量是否以固定不变的形式存在？

生7：不是。能量之间可以相互转化。

评价：学生交流与讨论，建立能量的概念。列举生活中有关能量的实例，体会能量是自然界普遍存在的。

4.3 论证与实验活动——重点突破

分组实验：根据桌子上的实验器材，设计出一个能量转化的實验，利用pad的摄像功能，记录实验过程并上传共享，小组派代表陈述能量是如何转化的？

组1：可乐电池（如图2），化学能转化为电能，非静电力做功。

组2：手摇式发电机发电（如图3）， 机械能转化为电能，人做功。

组3：麦克斯韦滚摆（如图4），重力势能与动能相互转化，重力做功。

组4：过山车（如图5），重力势能与动能相互转化，重力做功。

师：以上是我们实验分析的结果，让我们放飞思想，到美丽的“大自然”中去感知身边的能量转化。能量之间又是如何实现转化的。

生：做功实现了能的相互转化。

评价：通过以问题为引导、以实验现象为分析依据的活动，引导学生带着问题去观察、去分析、去总结。这样可以让学生感受到：物理实验是分析问题的重要手段；观察思考、分析归纳是学习物理的重要方法；尊重客观事实是学习物理的科学态度；在“做中学”可以体会到成功探索的愉悦。

4.4 查阅与展示活动——难点解析

4.4.1 查阅资料，论证永动机不可能制成

师：既然能量之间可以转化，那么我们能否制造出不消耗任何能量但可以源源不断地对外做功的机器？这种机器被称为“第一类永动机”。

利用pad上网查阅资料，回答以下问题：

①谁首先提出了永动机？

②简单介绍你查阅到的永动机。

③永动机可以制成吗？并说出理由？

带着以上问题，学生分小组进行讨论，然后由小组代表陈述讨论结果。

组5：永动机的想法起源于印度， 公元1200 年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是13世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。

组6：渥塞斯特的魔轮（如图6）方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边球的力与力臂的乘积比左边球的力与力臂的乘积大，能使装置绕轴顺时针转动下去，如将其与机器连接，将一直带动机器，对外做功。

分析：我们认为这个永动机是不可能制成的，虽然右边球的力与力臂的乘积比左边球的力与力臂的乘积大，但是右边球的个数比左边球的个数少。因此，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下便停下来。

组7：磁力永动机（如图7）柱子顶端的磁铁吸引铁球并使它沿斜面向上运动，铁球运动到上端的圆孔处，从小洞下落到曲面并返回到底端，继而又被磁铁吸引，铁球会来回运动下去。

分析：如果磁铁能把铁球吸上去，铁球就不会掉下来，因此，这个永动机也是不可能制成的。

组8：不断前行的车（如图8）设计者认为依靠磁铁对铁的吸引，可以使车不断向前前进。

分析：我们认为不可行，以汽车和磁铁构成的系统为研究对象， 磁铁与铁之间的力是内力，合外力为零，无法前进。 因此，这不是一个永动机。

组9：饮水鸟原理如图9所示，经过长时间的饮水后，头部和尾部的气压差和温度差将消失，不会一直饮水下去。

师：现实告诉我们永动机设计方案，都无一例外地失败了。1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。永动机不可能制成给了我们什么样的启发？

学生总结：永动机不可能制成，说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量，也就是说自然界各种能量之间存在着一定的守恒关系。

4.4.2 角色扮演，体悟能量守恒建立过程

思考与讨论：利用pad上网查阅资料，哪几位科学家对能量守恒定律的建立贡献最大？角色扮演科学家，并陈述他们分别作出了怎样的贡献？

生1：迈尔（如图 10），德国物理学家、 医生。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。1840年2月22日，他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚。一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针，就会放出一股黑红的血来，可是在这里，从静脉里流出的仍然是鲜红的血。于是，迈尔开始思考：人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。在热带高温情况下，人要维持体温，机体只需要吸收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此，静脉血中留下了较多的氧。1842 年，迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种能的转化和守恒的思想。

生15：焦耳（如图 11），英国物理学家。1840年，焦耳将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，发现了电热之间的关系——焦耳定律。焦耳在1840—1878 年做了 400 多次实验，研究了电流的热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学、机械作用之间的联系，从而为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。endprint

生16：亥姆霍兹（如图 12），德国物理学家和生理学家。1847 年，亥姆霍兹在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的演讲，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理。

师生讨论：永动机的不可能性和发现各种自然现象之间的相互联系和转化是导致能量守恒定律最终确立的重要事实。

能量守恒定律

1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，而能量的总量保持不变。

2.表达式：

3.意义：恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一。

4.4.3 拓展提升，多角度理解能量守恒定律

师：有人曾经怀疑某种过程中“能量不守恒”，这种怀疑是否有价值？现场投票并说明理由。

共有66.7%的学生参与，其中40%的学生认为有价值，26.7%的学生认为没有价值。

生：20世纪30年代，人们发现在某些原子核反应中能量似乎不守恒，当时有人提出能量守恒并不是普遍规律的观点。1993年，奥地利物理学家泡利猜想，之所以观察到能量“不守恒”，可能因为存在着一种极其微小的未知粒子，是它带走了一小部分能量。意大利物理学家費米把这种未知的粒子叫做中微子。从此，人们一直在努力寻找中微子。直到1956年，人们才在实验室找到了中微子。因此，可以说是能量的转化与守恒定律直接导致了中微子的发现。

评价：学生通过上网查阅资料、分析信息，在做中学，从而为能量守恒定律埋下铺垫。并通过展示、交流自己的成果，锻炼学生的交流表达能力。这种让学生在体验、感悟中建立能量守恒定律的做法，会让学生在查阅资料与分析信息过程中主动构建知识，加深对物理规律的理解。

4.5 思考与辩论活动——能力发展

师：我们把凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源，能源是人类社会的物质基础。你认为人们在使用能源时，是注重开发新能源还是注重节约能源？小组辩论，时间5分钟。正方观点为开发新能源；反方观点为节约能源。

正方：人类利用能源大致经历了以下三个过程：（1）柴薪时期，出现年代为五六十万年前， 火的使用是能源利用历史上的第一个里程碑，使人类脱离了茹毛饮血的时代；（2）煤炭时期，出现年代为2 000 年前，蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长；（3）石油时期，出现年代为19 世纪 80 年代，内燃机的发展推动了19 世纪末到20世纪初开始的机械化和电气化进程。这说明了什么？能源短缺，只有开发新能源才能推动社会的发展。

反方：人们在利用能源的时候还发现这样一个问题：（1）冰可以自发地从手中吸收热量而融化，而手却不能自发地从冰吸收热量来取暖。（2）汽车刹车后，机械能可以100%转化为内能，但汽车可以把刚刚的内能全部收集起来，重新启动吗？显然不能。

我们把机械效率 100%的机器， 称为第二类永动机。由于能量的转化和转移具有方向性，因此第二类永动机也是不可能制成的。

以上的例子说明，宏观过程中能量的转化与转移具有方向性，因此，我们要节约能源。

正方：人们在利用能源的过程中，对周围的环境也产生了影响， 甚至有一些是消极的影响。例如：温室效应、空气污染、雾霾、酸雨等。因此，我们要开发新能源，以减小对环境的污染。特别是清洁能源，比如：（1）可再生能源：太阳能、风能、水能；（2）非再生能源：洁净煤、洁净能。

反方：平时用煤气加热食物的时候，化学能转化成食物的内能，而这些能量最终转化为周围空气的内能（图13）。热量散失到室外后，不能回收重新利用，这种现象叫做能量耗散。能量耗散表明，在能源利用的过程中，能量在数量上并没有减少，但是，可利用的品质上却降低了，从便于利用变为不便于利用，为此，我们要节约能源。

辩论结束：通过同学们投票的结果得出，反方节约能源胜出。

点评：正方从能源短缺和环境问题角度提倡开发新能源，反方从能量转化具有方向性角度提出节约能源的重要性。但是节约能源，仅能延缓目前的情况，不能根本解决能源短缺问题，因此，我们在开发新能源的同时还要节约能源。

评价：通过给出辩题“人们在使用能源时，是注重开发新能源还是注重节约能源？”让学生充分发挥和展示自己的能力。因为，在整个辩论过程中学生不仅能展示自己的交流表达能力，同时也能发展自己的思考能力、综合概括能力、逻辑思维能力、判断能力、解决问题的能力等。思考与辩论活动也是课堂教学的一种较好的组织形式。

4.6 练习与反馈活动——综合应用

1.下列说法正确的是（ ）

A.随着科技的发展，永动机是可以制成的

B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了

C.“既要马儿跑，又不让马儿吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的

D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生

2.一质量均匀、不可伸长的绳索，重为 G，A、B 两端固定在天花板上，如图14所示。现在最低点 C 处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至 D 点。在此过程中，绳的重心位置（ ）

A. 逐渐升高

B. 逐渐降低

C. 先降低后升高

D. 始终不变

评价：基于移动终端的教学能实现现场练习、现场批改、现场统计、现场反馈的四大功能。学生的个人练习情况和整体练习情况都作了统计反馈，便于教师更好地把握教学情况。

5 设计的体会

本文以教育理论为设计指导，遵从活动教学的基本原理和方法，利用移动终端的实践性、开放性、交互性等特点，对以往的教学进行了大胆的改进和创新。

首先，通过观察“不停运动的饮水鸟”实验，从而感知问题所在，激发学生学习有关能量的知识；其次，通过师生对话引导学生建立能量概念并感知能量是自然界中普遍存在的现象。再次，组织学生分组实验，观察实验现象，分析能量的转化，并利用移动终端设备pad实时共享实验过程，让学生体验到能量转化的多种形式并总结出能量转化的实质；从次，引导学生查阅资料、展示成果，论证永动机不可能制成，并启发学生反思永动机不可能制成的原因，进而让学生再次查阅资料，并通过角色扮演，体悟能量守恒的建立过程；最后，通过辩论“人们在使用能源时，是注重开发新能源还是注重节约能源？”引导正方从能源短缺和环境问题角度提倡开发新能源；引导反方从能量转化具有方向性角度提出节约能源，最终达到深化知识，拓展能力，多角度理解能源的目的。

整节课由浅入深、环环紧扣、潜移默化，真正做到了把课堂还给学生，让学生成为课堂的主人，最终完成了对所学知识的意义建构，着力培养了学生观察现象、提出问题、分析问题、解决问题、交流表达、合作探究等各方面的综合能力，为学生的终身发展奠定基础。

参考文献：

[1]潘洪建，孟凡丽.活动教学原理与方法[M].兰州：甘肃教育出版社，2008：9.

（栏目编辑 邓 磊）endprint