一节传统“动能、动能定理”教学设计的探讨

杨 彦

（宁夏育才中学，宁夏 银川）

“动能、动能定理”是高中物理人教版必修二第八章第七节内容，是整个机械能的重点章节，也是由特殊问题向一般问题的转折章节，其重点就是通过恒力做功得到与速度变化的具体关系，推广到求变力做功、总功等。在此之前，学生学习了重力做功与重力势能变化和弹簧弹力做功与弹性势能变化之间的关系，但对于其他力做功、变力做功和合力做功没有明确的概念，只是通过实验发现了力对物体做功与物体速度的关系，并没有一个明确的公式来具体求解。本文对传统教学设计没有注重知识的连续性以及突破重点方法的不足进行探讨，提出符合物理学科核心素养观念的新设计。

一、传统的教学设计

通过简单的物理情境设计（如图1所示）一个质量为M的物体在光滑水平面上，受到与运动方向相同的水平恒力F的作用下发生一段位移S，速度由V1增加到V2。

（1）由牛顿第二定律可知F＝ma。

得到该方程可通过与重力做功与重力势能的变化对比得出动能的定义和动能定理的内容。这样做的好处是教师在突破重点内容时比较容易掌控，学生在老师的逐步设计下在理论的推导上容易上手。但不足的是不能体现很多非知识性内容。首先不能与前一节“实验：探究功与速度变化的关系”有机联系且不符合学生学习、认知的连续性；其次不能提高学生的探究能力；再次不能体现提升物理学科核心素养的教学理念。

二、新的教学设计

在学习本节课之前，学生已经具备了经典理论几乎所有的基础知识和研究一些未知事物的基本方法，如控制变量法、实验法、类比法、数学方法等。为了进一步提升学生的物理学科核心素养，体现物理观念、科学思维、科学探究，我们不妨跳出教材进行新设计。

（一）重点知识的引入

复习第六节“实验：探究功与速度的变化关系”中得到的关系即但是通过这个关系式是不能在已知功的情况下求速度或在已知速度的情况下求功。如果要用于具体计算只能将这个比例式写成等式，那么就必须加比例系数k，变为方程W=k通过此变化既可以联系前一节内容，又能将学生的注意力吸引到比例系数k上，从而引发学生对k的猜想。此方式在“万有引力定律”一课中使用过，学生不难想到要通过实验来测量k值，但是还是不能确定k是一个常量系数还是一个与某物理量有关的量。这时候就需要引导学生对比例系数k的可能性进行逐一排除。

（二）实验环节的设计

进入实验设计教学环节后，将确定需要探究问题“比例系数k与那些因数有关？”，引导学生从单位制的角度分析k，即将功和速度的单位都用基本单位表示出来并计算出比例系数k的单位，恰好是质量的单位千克。通过这种方法可以快速确定k的可能性，比例系数k是一个与质量有关的量。那么新的问题又出现了：“k是物体质量还是物体质量的某一个倍数？”。在真实的教学实践中有很多学生到这一步时都单纯地认为比例系数k就是质量，往往忽略其他可能性。由此继续提问引导使学生形成猜想比例系数k可能是等”。接下来通过实验验证猜想。

在进入实验实施教学环节后需要注意几个问题：（如下实验简图2可作为参考）

图2

（1）测量W由W=FS可知，用力传感器测量小车受到的拉力F，拉力F为恒力，两个光电门之间的距离S就是拉力在经过两光电门过程中的做功距离。

（3）在实验时可使用气垫导轨或带轨道小车（需要平衡摩擦力），动滑轮下方物体质量要远小于小车质量。在数据处理时用M与k的比值比较容易发现规律，改变小车质量重复测量比较就会发现M/k的值近似于2倍。

（三）实验结论的探讨

这个结论的得出是实验探究的结果，因为实验误差的存在使得数据与结论不能完全符合，所以需要理论上的验证。然后创设图一的物理情境通过牛顿第二定律和匀变速直线运动的规律进行理论推导，发现与实验相同的结论。这样既可以将试验探究和理论验证有机地结合起来，使得结论更具有说服力，又可以使学生明确理论推导的目的。

符合物理学科核心素养的新设计从开始由已认知的实验结论出发，在对结论不断地完善的过程中发现新问题，并对其进行科学合理的推理，使新问题具体化。最后对具体化的问题进行合理的猜想并设计相应的实验进行验证最终形成统一的结论，从而提升学生发现问题、解决问题的探究水平。