以“動能”為例談物理概念的探究式教學お

吳光超

“概念”是人們對事物進行認識的過程中，將某些認識客體的共有特征抽象出來，并進行加工形成的.學生在學習高中物理時，會涉及大量概念的認識，他們的概念學習包括由感性到理性、由抽象到具體、由理解到應用的過程.而在這一系列學習活動中，教師要引領學生認識概念的產生背景和形成過程，以科學探究的方式引導學生建構概念，同時培養學生的探究能力和科學思維.下面，筆者以“動能”的概念教學為例，談談如何進行概念的探究式教學.

1教材與學情分析

動能是動力學問題中最為核心的一類能量，是學生學習動能定理以及能量守恒的基礎性內容.動能在初中物理中已經有所呈現，即動能與物體的質量和速度有關，當然這一認識尚處于定性了解的層面.高中階段的動能學習，不僅需要學生知道動能的概念以及定量表達式，還需要學生結合功、運動學以及牛頓定律對概念的內涵進行深度挖掘.

從學生基礎來講，他們在前階段的學習中，已經認識了力、功、牛頓運動定律等概念，為動能學習奠定了一定的基礎；同時經過一個學期多的高中物理學習，他們在教師的引導下能夠對物理問題展開積極的探究，當然由于個體差異的存在，探究學習的結果差別較大；不過，學生有著較好的團隊協助意識，在小組合作探究中，他們彼此的交流和幫助能彌補上述差異；學生普遍對物理學習充滿興趣，并樂于參與探究活動，只是他們在課后鞏固環節自覺意識較差，尚需教師督促.

結合教材內容和學生情況的具體分析，筆者以探究式教學的方法來進行動能的教學，引導學生在實驗探究和理論探究兩個層面來逐步得出動能的表達式，同時積極關注學生在探究中的主體性和自覺性，并積極結合學生的認知規律，對學生的邏輯思維能力、問題分析能力以及探索發現能力進行培養，引導學生對物理方法進行領悟和總結.

2具體教學流程

2.1創設情境、激發興趣

新課導入階段，筆者為學生播放衛星相撞的視頻資料：2009年二月，隸屬于美國銥星公司的一顆衛星“銥33”與俄羅斯的一顆已經報廢的通信衛星“宇宙2251”發生相撞.筆者同時也提供了兩顆衛星的參數：“銥33”的質量約為560 kg，“宇宙2251”質量約為900 kg，相撞時它們的速度都在1500 m/s左右，相撞之后它們形成了成千上萬的衛星殘片，撞擊過程威力之大，等同于一噸重TNT炸藥發生爆炸.結合上述情境的創設，筆者向學生提出問題：“這次撞擊過程為什么會有如此之大的威力？”在視頻播放的過程中，學生的興趣就已經被充分激起，筆者所提供的問題事實上也是很多學生頭腦中的疑問，當問題直接呈現出來時，他們的思維被充分激活，在分析問題的同時，相關機能已經做好進行探究的準備.

2.2搭建支架、引導探究

筆者開始為學生介紹本節內容所涉及的背景知識：物體做功的本領大小與它所具有的能量有關，并將在整節課中始終貫穿這一觀點.這是筆者為學生建立動能概念所搭建的支架，為學生積極進行探究活動做一些鋪墊性的工作.

考慮到學生在初中已經對動能有所認識，筆者就讓學生從自己的認識出發，以函數的形式將動能的表達式寫出來：Ek=f（m，v），并啟發學生進一步在猜想中完善表達式，學生經過思考和討論后，得出以下可能的動能計算式：Ek=kmv、Ek=kmv2、Ek=kmv3、……（k為常數.）筆者將一系列表達式羅列在黑板上，鼓勵學生利用DIS實驗（裝置如圖1）來對相關猜想進行驗證，從而形成概念.

[TP8GW52.TIF，BP#]

從學生的基礎來講，這里的DIS實驗存在這樣的認知難點：“為什么確認摩擦塊的滑動距離對應小車的動能？”為了幫助學生解決這一難題，筆者通過一個實驗為學生搭建了支架，以“物塊從桌子一端滑到另外一端”為情境，提出問題：①物塊的運動屬于何種類型；②請分析其減速的原因；③從能量角度對物塊運動過程進行描述.通過對這三個問題的分析，學生能明確，物塊的減速過程正是其克服阻力做功，動能消耗殆盡的過程，考慮到克服摩擦力做功有：W=fs，其中摩擦力為一恒定值，物塊在桌面的滑行距離則間接對應物塊原本所具有的動能，結合這一支架，學生能接受滑行距離與動能之間的對應關系.到此為止，DIS實驗“探究物體動能與哪些因素有關”的準備工作基本結束.

筆者讓學生以小組為單位進行實驗探究，并要求學生在實驗中積極協助、充分討論，最后讓小組推舉代表參與班級范圍的交流和研討.筆者巡查學生的實驗過程，并引導學生進行交流，最后在匯總中發現各小組的實驗探究得出相同的結論——“動能與物體質量成正比，與其速度的二次方成正比”.

2.3理論探究、整合認知

為了促進學生新舊認知的整合，同時也為了讓學生得到更加精確的動能表達式，筆者繼續引導學生進行理論探究.相關活動圍繞以下情境展開：子彈的發射過程主要源于火藥爆炸所提供的推力，現在已知子彈的質量為m，其在槍管中受到恒定的推力作用，最終獲得速度v，請運用所學表示出該子彈離開槍口的動能.

學生聯系到之前“物塊克服摩擦力做功導致其動能全部消耗”的情境，再對比現有情境，他們思維的遷移機制發生作用：子彈動能增加的原因就是因為推力的做功，具體一點，即推力做多少功，動能就增加多少.因此有

[JZ]W=Fs=ma·[SX（]v2[]2a[SX）]=[SX（]1[]2[SX）]mv2，

即[JZ]Ek=[SX（]1[]2[SX）]mv2.

2.4應用概念、鞏固所學

經過前面三個環節的學習，動能的概念以及表達式已經被學生所接受，但是相關內容還屬于陳述性知識，教師要促進學生將新舊知識進行融合，還需要組織學生在概念應用中進一步強化所學.筆者將課堂導入階段的情境重新拿過來，讓學生回答這樣幾個問題：

（1）結合數據，計算“銥33”和“宇宙2251”的動能分別為多少？

（2）如果撞擊之后，恰好有兩塊殘片質量相等，其速度大小之比為2∶1，它們的動能之比為多少？

（3）上述問題沒有明確速度的方向，是否影響動能的計算？

通過三個問題的解決，學生成功將新學概念遷移到其他情境中，并實現了問題的解決，基本達到舉一反三的目的，實現概念的掌握.

3設計思路總結

常規的物理概念教學一般分為三個步驟：概念引入、概念形成以及概念運用.本節內容也是按照上述三個流程來引導學生在探究中完成概念的構建.具體的教學工作中，筆者做了這樣幾項工作：

（1）教師分別從教材和學生兩個維度來分析教學任務，進而明確教學的三維目標，做到有的放矢；

（2）為了有效實現概念的引入，教師要為學生提供恰當的感性素材，為他們的認知創造真實的情境，同時激起學生探究的興趣；

（3）概念形成階段是整個教學過程的核心，教師可以引導學生從實驗探究和理論探究兩個角度來實現概念的形成，同時認識概念的內涵和外延，這一階段，教師務必要結合學生的實際情況，為學生的探究提供思考和認知的支架，指導學生如何提出問題、如何進行猜想、如何搜集證據、如何合作交流等等，這些對他們探究能力的培養至關重要；

（4）在學生逐步認識概念之后，教師要啟發學生搭建新舊知識間的聯系，同時也可以結合某些實例，激起學生的認知沖突，從而讓學生發現已有認知中前概念的錯誤，進而實現認知體系的重構；

（5）教師創設情境，引導學生應用概念來解決問題，從而促進學生深化對概念的認識，提升知識的遷移能力.

高中物理概念繁多，并不是所有概念都適合采用探究式教學，例如元電荷、黑體、質點等描述性概念，其教學還是以講授法來實施為宜；對加速度、向心力、電場強度等概念，則需要教師結合情境引導學生進行探究，這樣的效果更好.此外，教師需明確，探究式概念教學不僅僅是組織學生學習概念，更是要通過學生對概念形成過程的體驗，來對他們的探究能力進行歷練，對其思維能力和合作能力進行培養，它是整個高中物理探究學習密不可分的重要組成.