以《機械能守恒定律》為例談高中物理的教與學

蔣志華++++徐安美

【摘 要】 在物理教學過程中，我們的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神，知識只是解決這些能力問題的載體，我們在教的過程和學生學的過程中，我們都應著眼知識背后的能力培養，讓學生在學的過程中增長自己的智慧從而成就自己的智慧人生。

【關 鍵 詞】 物理教學；機械能守恒；高中

物理是一門思維性極強的學科，其最大的魅力和價值也體現在一些物理思想上。這也從本質上決定了師生之間的教與學的核心內容。在教學中我也希望我們教師以物理思想、物理方法的傳達、構建、應用為第一位，具體的知識、教材、試題、課堂都僅僅是載體而已。而作為物理這一極富思想性學科的授導者，我們本身也要有一定的思想高度，從深層次本質上去解讀要授什么、怎么導的問題。

下面僅以《機械能守恒定律》的教與學為例探討高中物理的教與學問題。

一、教師的備要有智慧

（一）充分挖掘教材信息

呈現在我們面前的基本信息是《機械能守恒定律》內容，這當然是核心內容，但還有大量信息容易被我們忽略，特別是青年教師。如第一段話“我們在初中學過……”體現了概念建立的最好途徑是在舊有的認知基礎上去架構。整個論證過程體現了物理規律建立的一般模式，“發現現象─猜想結論─個案論證─般性論證─得出結論─形成理論”的歷程。最后對條件、范圍的闡釋本身也體現了辯證的思想，也有意識地引導學生去思考知識的內涵和外延，而不是停留在知識的簡單記憶上。

（二）正確確立教學重點

在思考教學的重點這一問題時不能絕對的、孤立地去看待它，而應該放在整個章節中、整個力學中、整個高中物理中、甚至是整個物理學科中思考，同時還要兼顧所面對的學生的基礎情況、能力情況和發展需求上，還要思考所處的時間階段是高一新課、一輪復習、二輪復習等。

在新課教授中，通常更強化結論的理解上。如花較多的時間去補充和理解彈力做功對機械能的影響問題，并且如果膚淺的理解教科書上的內容有可能導致誤解和形成錯誤認知。而放眼在整個高中物理教學過程中，守恒思想的確立和根深蒂固比結論本身更為重要，在規律的認識之初不是怎樣規范用的問題而是怎樣在第一時間想到這一規律，并慢慢讓學生建立任何情形下都可以考慮是否可以從這一角度去思考的問題。從教學的階段上看，新課中注重規律的形成和建立并從內心深處去認同它更為重要，至于一些注意事項，可以在進一步的教學中逐漸去滲透，從而達到知識內化的目的。若在后期的復習和鞏固中重點可以轉移到準確性、內涵外延、怎樣應用上去。

（三）知識的把握要精準

以“機械能守恒定律”為例，具體內容為“在只有重力做功的情形下，物體的動能和重力勢能發生相互轉化，但機械能的總量保持不變”。

為了讓學生從思想深處去理解并認識它，可以將內容分層次或從多側面剖析給學生。如這句話反映了三個層次，首先是機械能總量不變即機械能守恒，這也是機械能守恒的本質；其次是從能的轉移、轉化角度看，只存在動能和重力勢能之間的轉化；最后是思考在什么情況下才是只有動能和勢能相互轉化，那就是只有重力做功。

由于學生第一次接觸機械能守恒，不能因追求嚴密而太過復雜，但畢竟不甚完整，可以引導學生思考。如機械能應該包括彈性勢能，那如果有彈性勢能的參與又該如何呢？培養學生善于思考發現問題的習慣。

教師對這一結論的思考則要求是全方位的、深層次的，如是否是唯一表述、準確表述，有哪些內涵和外延等。筆者認為可以從以下一些角度加以深化：

（1）描述中涉及勢能，必然是對系統而言，至少是物體和地球，但一般忽略了地球，原因是地球可以看成“靜止不動”的物體，所以地球不涉及動能，或者說動能不發生變化，勢能一般理解為物體的勢能，當然忽視這一點不影響計算結果，但在邏輯上是不嚴密的，不一定給學生闡釋，但作為教師應該清楚。

（2）在上述情況中（除地球外單個物體），即可以考慮機械能守恒也可以考慮動能定理。而機械能守恒定律的妙用更多地體現在除地球外兩個或兩個以上的物體系構成的系統情況下。

（3）對于由多個物體構成的系統涉及到的力有不確定形式的外力F、重力、電磁力、相互間的彈力和摩擦力，不涉及分子層面力的問題。而功是能量轉化的量度，這就決定了不得不考慮這些力對研究系統機械能的影響問題。所以才有條件“只有重力做功”。

（4）那么重力做功為什么獨立出來，而其他力做功又是怎樣影響的呢？這里要引入一個結論：一對內力做功的代數和即W內=FS相代表了一定量能量的轉化。而重力對物體做的功可以理解為這對重力做功的代數和（在第（1）點中有說明），只是實現了系統動能和重力勢能之間的轉化量度，是機械能內部不同形式能量間的轉化，不改變系統的機械能總量。而如果有摩擦力則會存在與內能之間的轉化問題，如果有電場力則會存在與電勢能之間的轉化問題。

（5）如果相互接觸的物體是剛體（高中階段指非彈簧、橡皮繩），則之間的彈力做功代數和為零，不該系統的機械能，如果是彈簧且存在形變，則W彈≠0，卻表示系統其他形式能與彈性勢能的轉化量度，故也不改變系統的機械能總量。

（6）如果存在靜摩擦力，同理不影響系統的機械能總量。但如果存在滑動摩擦力，則Wf=fS相，表征了轉化為內能的部分（注意單向性），故系統機械能減少。

（7）如果是電磁力，則存在與電勢能或磁場能之間的轉化（注意具備雙向性）。

（8）存在未知外力，則存在與外界未知形式的能量之間的轉化問題。

二、教師的導要能啟慧

如果教學只停留在教師講，學生聽，教師演練，學生模仿，這樣的教學要想達到較好的效果是有很大困難的。我們要盡量做到學生先學后教，這里的先學還不能僅僅是停留在簡單記憶，而應該有較充分和較深層次的思考。怎樣解決學生的思維障礙，做到循序漸進層層推進？我們要講智慧。

如在《機械能守恒定律》中我們可以這樣設計導學：

1. 讓學生做一個滿足機械能守恒的小實驗，如滾擺，初步體會動能勢能的轉化。

2. 舉幾個例子讓學生思考運動過程中動能和勢能的增減，引導有增有減時思考總量是否有可能不變。（建立守恒的意識）

3. 選一個便于操作的實例思考怎樣去論證我們的結論。（培養科學意識）

4. 舉幾個滿足機械能守恒的例子，思考他們的共性。（培養歸納總結能力）

5. 從只受重力過渡到只有重力做功。（培養思維的縝密性）

6. 如果有其他力做功會怎么樣？（建立批判的思想）

三、學生的學要能生慧

學生在學習過程中要能感受到物理思維的精妙和樂趣，整個學習的過程就是他們明辨概念，熟悉原理，精通方法靈活應用的過程。如果在知識方法的建立過程效果還不太明顯，則應增加應用幫助其提高認識。

總之，在物理教學過程中我們的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神，知識只是解決這些能力問題的載體，我們在教的過程和學生在學的過程中，我們都應著眼知識背后的能力培養，讓學生在學的過程中增長自己的智慧從而成就自己的智慧人生。

【參考文獻】

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[2] 高正球. 高中物理教學的有效性[J]. 理科考試研究，2016（7）.

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