《追寻守恒量》教学设计和启示

王莉

《追寻守恒量》在高中物理人教版中使用“伽利略理想斜面”实验，力图使学生经历发现守恒量的过程，然而这一过程非常抽象，一些教师认为本节内容与高考无关，直接舍弃不上。但笔者认为这一节内容是学生走向解决力学问题“新世界”的大门，直指物理核心素养。根据高中物理课程标准和高考考试大纲，结合学情，我将本节课进行了如下的设计。

一、教学设计

第一环节：创建合适的守恒情景（如图）

情景：一不可伸长的轻绳悬挂质量为m（可视为质点）的小球，拉起小球从离最低点h0高处由静止释放，用牛顿运动定律求小球在最低点的速度。（不计一切阻力）

问题一：用牛顿运动定律求解的具体做法是什么？（微元法、化曲为直）

问题二：每一小段的运动是怎样的？（匀加速直线运动）

问题三：每一段的末速度是多少？

拓展思考：对每一点的末速度表达式变形观察，能够发现什么？

学生活动完成下表，进入教学第二环节。

第二环节：追寻守恒量

相关表达式 变形式 发现

第一段运动 V12=2g（h0-h1） 1、整个过程中，高度不断减少，速度不断增大。

2、每一位置与高度和速度有关的量之和保持不变。

第二段运动 V22=2g（h0-h2）

第n段运动 Vn2=2g（h0-hn）

教师总结：高度与速度对应物理量的转化关系，转化过程中与高度有关的量和与速度有关的量之和守恒。——量是“能量”，总能量是守恒的。

第三环节：学生阅读教材，加深记忆，巩固成果。

第四环节：思考：现在我们能用守恒解决上课的这道例题吗？

二、设计意图

教学设计是教学艺术的直接呈现，每一教学环节都蕴藏着教师的匠心独运，现将每一教学环节的“别有用心”展示如下：

第一环节设计的例题情景，旨在让学生利用微元法分析物理过程，从而激发学生寻求解决问题的新方法。第二环节的设计是在教师的引导下，学生对已有的信息进行处理和分析，升华出能量的转化和守恒，提升学生学习的成就感和满足感。第三环节的设计是学生从激动中逐渐回归和自我反思。阅读教材再次回忆经历追寻守恒量的过程，感悟物理学家发现问题并解决问题的思路。

整个教学设计需要教师在对学生足够熟悉的基础上进行，能预设可能会出现的各种问题，教学难度较大，但整個教学的设计中充分体现了教师是真正意义上的“导演”，学生是学习的主体。

三、实施中的问题及反思

1、针对本节课学习梯度的调整

在教学设计实施的第一个环节中，设计的高度条件增加了解决问题的难度，如果学生知识的迁移能力较弱，教师应在发现问题后调整教学，教师可以先进行了1-2步的运算，这样就降低了学习的梯度，学生便可很快完成第一环节的任务。

而第二环节是全开放的，从公式的变形到结论的形成处处都有令学生难以完成的任务，此时教师的及时点拨引导尤为关键。这里教师可以采用小组自主学习的方法，再根据各组学习的情况有针对性的提示引导，让学生自主完成能量的转化和守恒的发现，进一步冲击学生的思想，提升学生分析总结能力。

2、针对不同程度班级的教学调整

以上的教学设计针对的是学习能力较强的学生，所以上述的设计方案在这一层次的班级中收到了很好的学习效果。对于学习能力较弱的学生，效果就会大打折扣。教师针应对学生的实际情况，调整合适的守恒情景，从而改变教学的难度，比如将伽利略理想斜面实验的问题改为如下图所示情景：

小球从光滑斜面h0高度处滚下，球离底面任意高度h时的速度是多少？（已知重力加速度为g）Vn2=2g（h0-hn）

由等式提出问题：任意位置都有这一恒等式，这意味着什么？

通过层层递进的问题启发学生得到“与高度和与速度有关的量之和守恒”。

四、教学启示

在《追寻守恒量》的教学中，教师应将抽象的问题具体化，提升了学生获取信息、分析和应用信息能力。在教学中教师应分析挖掘教材，结合学情，将教材中的信息渗透在日常教学中，使学生得到有效发展。