基于归纳与建模的教学设计探讨——以“机械能与内能的相互转化”教学为例

　　

(1. 湖北省广水市武元中学，湖北　广水　432721；2. 湖北省广水市广水办事处中心中学，湖北　广水　432721)

“机械能与内能的相互转化”是学生学习完能量概念后，进一步认识能量转化的关系，苏科版教材编排的结构顺序为机械能转化为内能，再到内能转化为机械能，进而出示内燃机概念。笔者在准备本节课教学设计时，在网上观摩了江苏几位教师的课堂实录，发现几位教师的引入、设计都是遵循教材设计，先做弯折铁丝实验，再做压缩空气引火仪实验、点火爆炸实验，最后由点火爆炸实验涉及的原理引出内燃机概念。笔者运用归纳法和建模思想设计本节课教学，呈现了不同的教学思路。

1　引入

教师在PPT中展示一句话：请同学们帮我完成一个任务，将手中的铁丝温度升高。桌上提供的器材有铁丝一根，学生进行小组活动探究，汇报实验方法，教师点评改变铁丝内能的方法，引出本节课教学内容——机械能与内能的相互转化。

评析：活动的设置锻炼了学生动手能力，同时去除教师冗杂的讲解，简洁明了、开门见山。

2　运用归纳法，进入新课教学

师：通过弯折铁丝，我们发现对铁丝做功，机械能可以转化为内能，铁丝是固体，你还能举出其他的对固体做功、使内能增加的例子吗？

生1：用钢丝球刷锅，发现锅的温度升高。

生2：玩滑滑梯，滑下来之后小孩发现自己的臀部很烫。

生3：摔、砸铁丝同样可以使铁丝温度升高，内能增大。

师：刚才大家列举了这么多对固体做功的实例，如果对液体做功，是否可以使液体的内能增大？

生：可以用筷子快速地搅拌水，用温度计测量搅拌后水的温度变化情况，看是否升高。

师：好，老师这里也有一烧杯，装入了适量水，请你来试试。

学生快速搅拌水，通过实验发现：尽管搅拌快速，但水温变化并不明显，再加上玻璃烧杯的散热效果很好，几乎看不出水温的变化情况，教师提示学生有没有更好的实验设计方案。

此时，教师展示榨汁机，提醒学生榨汁机搅拌有力、搅拌速度更快，将温度计改为温度传感器，将探头从榨汁机盖子中间的孔放入，快速搅拌，可以发现在1分钟内传感器示数变化了1-2摄氏度，效果明显。

师：此实验现象说明了什么？

生：搅拌头对水做功，机械能转化为水的内能。

师：看来对液体做功，我们也有了实例，那么对气体做功，气体内能是否会增加？请看实验装置。

教师带领学生做压缩空气引火实验，在讲解过程中可以先压活塞，问学生：有机玻璃管中的空气温度会不会升高，你有什么解决方法？学生会联想到将温度传感器的探头放入管中监测温度，也有的学生想到里面放上酒精(提示酒精着火点较高，教师可以做一次实验给学生看)，还有的学生认为可以放火柴头、红磷、棉花等燃点较低的可燃物，教师给予相应的点评和表扬。

评析：通过归纳法将看似零散的实验巧妙结合在一起，体现知识主线的同时，也能有效拓展学生的思维。

3　解释现象和实际应用

任何规律的获得都伴随诸多现象的解释和在实际生活中的应用，通过归纳法得出结论的同时，积极引导学生解释现象，可锻炼学生的口头表达能力。教师利用PPT展示相关图片，如玩滑滑梯臀部发烫、寒冷的冬天搓手取暖、划火柴、钻木取火等。

师：钻木取火历史久远，我们无法感受古人取得火种瞬间的愉悦感，老师今天也要把它搬进课堂，请同学们看好了。

教师拿出电钻，利用钻头对着木板快速打孔，经过快速旋转、摩擦，钻头温度很高，将一根火柴头贴近高温钻头，火柴燃烧起来了，现场学生情绪高涨，课堂气氛活跃。

评析：教学的目的不是一味地进行知识的灌输，而是要让学生真正去认识知识的价值，应用知识解释、解决生活中遇到的问题，可提升学生学习物理的兴趣。

4　内燃机建模

师：做功能使机械能转化为内能，那么内能能否转化为机械能？

教师让学生用手快速旋转空矿泉水瓶，轻轻旋动瓶盖，学生发现矿泉水瓶盖飞了出去，同时发现瓶内有白雾产生。

师：如果想使瓶盖飞出去更远，你还可以怎样改进？

生：在瓶中加酒精或者其他可燃气体，点燃气体。

教师演示如图1所示的点火爆炸实验。

图1

师：能否让燃气连续对瓶盖做功？这时为了让瓶盖不至于飞出去，我们想办法把它变成活塞。

图2

教师出示装置(如图2)，在空圆柱体塑料透明桶中间放一个活塞，两端封闭，活塞可以在中间自由拉动。

师：对于这个装置，怎样才能让气体进入？

生：可以在装置上方开一个孔，让气体吸入。

师：吸入空气好，还是吸入可燃气体好？

生：可燃气体。

师：很好，我们在装置上加一个吸气门(教师添加一个导管模拟吸气门)，利用活塞怎样吸气？

生：将活塞杆向下拉。

师：活塞向下运动，从气缸顶端到底端就是吸气冲程，在这个冲程中有没有能量的转化？接下来为了获得更多的机械能，大家想想向下拉完活塞又可以通过何种方式使气体获得机械能？

生：向上推活塞。

师：吸气门要不要关闭？

生：要关闭。

师：刚才这个冲程我们把它称之为压缩冲程，但当活塞到气缸的最顶端时，可燃气体已经获得了较大的机械能，但是如何转化为内能呢？如何被点燃？

生：加装一个点火装置。

师：可加装一个火花塞。(教师边讲边在装置上加装一个模拟火花塞的导管示意)，点火之后，高温高压的燃气推动活塞做功，活塞向下运动，这个冲程叫做功冲程。

师：气体燃烧完之后会产生废气，怎么处理？

生：再加装一个排气门。

师：我们离真正的内燃机现在只差一步，刚才经历了吸气冲程、压缩冲程、做功冲程再到排气冲程，好像只能进行一次，那么能不能连续的循环往复了，请大家看动画。

教师出示汽油机动画，引导学生在活塞和连杆的基础上加上飞轮，利用飞轮的惯性就可以使四个冲程循环往复运转起来。

评析：内燃机的构建是本节课的灵魂所在，教师在平常教学时都是通过先做点火爆炸实验直接一步到位引出内燃机，这样做无形中降低了思维含量，学生对内燃机的理解也仅是一个模型而已，通过逐层建模，由挤压矿泉水瓶，

瓶盖飞出去的实验逐层深入、拓展与改进，最终建立起内燃机的完整模型，可以让学生更加生动、具体地了解内燃机的构造和工作原理。

通过上述案例，不难发现归纳法和建模思想在本节课的教学中起到了至关重要的作用，初中生学习物理更需要一种符合自身认知特点的教学方法。俗话说教无定法，善于运用各种方法进行教学，不仅能使教师在教学中如虎添翼，而且更能激发学生学习物理的强烈动机。

参考文献：

[1] 陆建华.新课程背景下如何运用问题启发引导教学实现高效课堂—《机械能和内能的相互转化》教学设计[J].数理化解题研究，2012,(7):39-40.

[2] 赵家云.《机械能与内能的相互转化》教学设计[J].新课程(下旬)，2011,(9):146.