基于歸納與建模的教學設計探討
——以“機械能與內能的相互轉化”教學為例

(1. 湖北省廣水市武元中學，湖北　廣水　432721；2. 湖北省廣水市廣水辦事處中心中學，湖北　廣水　432721)

“機械能與內能的相互轉化”是學生學習完能量概念后，進一步認識能量轉化的關系，蘇科版教材編排的結構順序為機械能轉化為內能，再到內能轉化為機械能，進而出示內燃機概念。筆者在準備本節課教學設計時，在網上觀摩了江蘇幾位教師的課堂實錄，發現幾位教師的引入、設計都是遵循教材設計，先做彎折鐵絲實驗，再做壓縮空氣引火儀實驗、點火爆炸實驗，最后由點火爆炸實驗涉及的原理引出內燃機概念。筆者運用歸納法和建模思想設計本節課教學，呈現了不同的教學思路。

1　引入

教師在PPT中展示一句話：請同學們幫我完成一個任務，將手中的鐵絲溫度升高。桌上提供的器材有鐵絲一根，學生進行小組活動探究，匯報實驗方法，教師點評改變鐵絲內能的方法，引出本節課教學內容——機械能與內能的相互轉化。

評析：活動的設置鍛煉了學生動手能力，同時去除教師冗雜的講解，簡潔明了、開門見山。

2　運用歸納法，進入新課教學

師：通過彎折鐵絲，我們發現對鐵絲做功，機械能可以轉化為內能，鐵絲是固體，你還能舉出其他的對固體做功、使內能增加的例子嗎？

生1：用鋼絲球刷鍋，發現鍋的溫度升高。

生2：玩滑滑梯，滑下來之后小孩發現自己的臀部很燙。

生3：摔、砸鐵絲同樣可以使鐵絲溫度升高，內能增大。

師：剛才大家列舉了這么多對固體做功的實例，如果對液體做功，是否可以使液體的內能增大？

生：可以用筷子快速地攪拌水，用溫度計測量攪拌后水的溫度變化情況，看是否升高。

師：好，老師這里也有一燒杯，裝入了適量水，請你來試試。

學生快速攪拌水，通過實驗發現：盡管攪拌快速，但水溫變化并不明顯，再加上玻璃燒杯的散熱效果很好，幾乎看不出水溫的變化情況，教師提示學生有沒有更好的實驗設計方案。

此時，教師展示榨汁機，提醒學生榨汁機攪拌有力、攪拌速度更快，將溫度計改為溫度傳感器，將探頭從榨汁機蓋子中間的孔放入，快速攪拌，可以發現在1分鐘內傳感器示數變化了1-2攝氏度，效果明顯。

師：此實驗現象說明了什么？

生：攪拌頭對水做功，機械能轉化為水的內能。

師：看來對液體做功，我們也有了實例，那么對氣體做功，氣體內能是否會增加？請看實驗裝置。

教師帶領學生做壓縮空氣引火實驗，在講解過程中可以先壓活塞，問學生：有機玻璃管中的空氣溫度會不會升高，你有什么解決方法？學生會聯想到將溫度傳感器的探頭放入管中監測溫度，也有的學生想到里面放上酒精(提示酒精著火點較高，教師可以做一次實驗給學生看)，還有的學生認為可以放火柴頭、紅磷、棉花等燃點較低的可燃物，教師給予相應的點評和表揚。

評析：通過歸納法將看似零散的實驗巧妙結合在一起，體現知識主線的同時，也能有效拓展學生的思維。

3　解釋現象和實際應用

任何規律的獲得都伴隨諸多現象的解釋和在實際生活中的應用，通過歸納法得出結論的同時，積極引導學生解釋現象，可鍛煉學生的口頭表達能力。教師利用PPT展示相關圖片，如玩滑滑梯臀部發燙、寒冷的冬天搓手取暖、劃火柴、鉆木取火等。

師：鉆木取火歷史久遠，我們無法感受古人取得火種瞬間的愉悅感，老師今天也要把它搬進課堂，請同學們看好了。

教師拿出電鉆，利用鉆頭對著木板快速打孔，經過快速旋轉、摩擦，鉆頭溫度很高，將一根火柴頭貼近高溫鉆頭，火柴燃燒起來了，現場學生情緒高漲，課堂氣氛活躍。

評析：教學的目的不是一味地進行知識的灌輸，而是要讓學生真正去認識知識的價值，應用知識解釋、解決生活中遇到的問題，可提升學生學習物理的興趣。

4　內燃機建模

師：做功能使機械能轉化為內能，那么內能能否轉化為機械能？

教師讓學生用手快速旋轉空礦泉水瓶，輕輕旋動瓶蓋，學生發現礦泉水瓶蓋飛了出去，同時發現瓶內有白霧產生。

師：如果想使瓶蓋飛出去更遠，你還可以怎樣改進？

生：在瓶中加酒精或者其他可燃氣體，點燃氣體。

教師演示如圖1所示的點火爆炸實驗。

圖1

師：能否讓燃氣連續對瓶蓋做功？這時為了讓瓶蓋不至于飛出去，我們想辦法把它變成活塞。

圖2

教師出示裝置(如圖2)，在空圓柱體塑料透明桶中間放一個活塞，兩端封閉，活塞可以在中間自由拉動。

師：對于這個裝置，怎樣才能讓氣體進入？

生：可以在裝置上方開一個孔，讓氣體吸入。

師：吸入空氣好，還是吸入可燃氣體好？

生：可燃氣體。

師：很好，我們在裝置上加一個吸氣門(教師添加一個導管模擬吸氣門)，利用活塞怎樣吸氣？

生：將活塞桿向下拉。

師：活塞向下運動，從氣缸頂端到底端就是吸氣沖程，在這個沖程中有沒有能量的轉化？接下來為了獲得更多的機械能，大家想想向下拉完活塞又可以通過何種方式使氣體獲得機械能？

生：向上推活塞。

師：吸氣門要不要關閉？

生：要關閉。

師：剛才這個沖程我們把它稱之為壓縮沖程，但當活塞到氣缸的最頂端時，可燃氣體已經獲得了較大的機械能，但是如何轉化為內能呢？如何被點燃？

生：加裝一個點火裝置。

師：可加裝一個火花塞。(教師邊講邊在裝置上加裝一個模擬火花塞的導管示意)，點火之后，高溫高壓的燃氣推動活塞做功，活塞向下運動，這個沖程叫做功沖程。

師：氣體燃燒完之后會產生廢氣，怎么處理？

生：再加裝一個排氣門。

師：我們離真正的內燃機現在只差一步，剛才經歷了吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程再到排氣沖程，好像只能進行一次，那么能不能連續的循環往復了，請大家看動畫。

教師出示汽油機動畫，引導學生在活塞和連桿的基礎上加上飛輪，利用飛輪的慣性就可以使四個沖程循環往復運轉起來。

評析：內燃機的構建是本節課的靈魂所在，教師在平常教學時都是通過先做點火爆炸實驗直接一步到位引出內燃機，這樣做無形中降低了思維含量，學生對內燃機的理解也僅是一個模型而已，通過逐層建模，由擠壓礦泉水瓶，

瓶蓋飛出去的實驗逐層深入、拓展與改進，最終建立起內燃機的完整模型，可以讓學生更加生動、具體地了解內燃機的構造和工作原理。

通過上述案例，不難發現歸納法和建模思想在本節課的教學中起到了至關重要的作用，初中生學習物理更需要一種符合自身認知特點的教學方法。俗話說教無定法，善于運用各種方法進行教學，不僅能使教師在教學中如虎添翼，而且更能激發學生學習物理的強烈動機。

參考文獻：

[1] 陸建華.新課程背景下如何運用問題啟發引導教學實現高效課堂—《機械能和內能的相互轉化》教學設計[J].數理化解題研究，2012,(7):39-40.

[2] 趙家云.《機械能與內能的相互轉化》教學設計[J].新課程(下旬)，2011,(9):146.