新課標背景下《動能和動能定理》教學設計概述

吝歡歡 任新成

[摘 ? 要]以《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）為依據，遵循中學生認知發展規律，借助原始物理問題，引導學生運用邏輯方法和數學知識通過科學推理得出動能概念和動能定理，以提高學生的自學能力、建模能力和科學推理能力，培養學生的學習動機和邏輯思維，最終培養中學生的物理學科核心素養。主要從教學分析、教學模式、教學過程等方面討論《動能和動能定理》一課的教學設計。

[關鍵詞]教學設計;動能和動能定理;原始物理問題;科學推理

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0042-03

教學設計是教學工作最重要的環節之一，是教師依據教學目標、內容和學生特點，綜合把握教學中各方面因素，運用系統科學的方法精心編制教學方案。它體現了一個教師的教育理念和教學認知。同時，科學優化的教學設計是實現高效課堂的前提和保證。因此，一名合格的物理教師應該根據課程標準要求，在進行科學準確的教學分析基礎上，合理確定教學目標，選擇有效的教學模式、策略、方法以及評價方式，最終形成具體的教學流程和操作方案[1]。同時，按照新課程理念，教學設計應該重視教學過程的邏輯順序以及科學方法的顯化。

對于《動能和動能定理》一課的教學，首先應明確：定理是根據公理或其他已被證明了的命題在邏輯限制的條件下運用演繹推理的方法得出的，它不同于其他需要用實驗證據來支撐的科學理論，所以我們可以根據已學規律運用演繹的方法推導得出。但需要注意在推理的過程中對學生的啟發引導。其次，我們在引導學生推理得出動能概念和動能定理的過程中，是在“功是能量轉化的量度”的前提下，參照重力勢能（或彈性勢能）的推導過程運用類比方法完成的，但需要注意后者是一個力做功的結果，而前者涉及合外力，所以需要設置合理的情境，避免產生思維混淆和認識誤區。

一、教學分析

根據《課程標準》中高中物理課程結構的設計，《動能和動能定理》處于必修2模塊，是全體學生必須學習的內容，承擔著培養高中生科學素養的基礎性任務[2]。

1.教學目標

依據《課程標準》的要求，下面分別從物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任四個方面設計本節課的教學目標。

（1）物理觀念：進一步發展有關動能的觀念：對動能概念有更加深刻的認識，理解動能定理的物理內涵;能從能量的視角解釋生產生活中的有關現象，能運用動能定理解決實際物理問題。

（2）科學思維：能從原始物理問題的情境中根據需要，選擇合適的模型，運用邏輯方法和數學知識推導動能定理，掌握有關科學方法;能運用動能定理對常見的物理問題進行分析和推理，獲得結論并做出解釋。

（3）科學探究：學會從物理學的角度分析有關現象，提出問題，尋找規律，通過分析、抽象構建物理模型，并通過演繹推理的探究過程得出動能定理。

（4）科學態度與責任：具有較強的物理學習動機和自主學習信念，養成獨立思考、交流合作的學習習慣。認識到物理知識在現實生活中的巨大作用，充分認識科學、技術與社會的關系。

2.教學重難點

（1）教學重點：動能概念的引出和理解;動能定理的物理意義及其應用。

（2）教學難點：通過對原始物理問題的分析，構建物理模型，運用數學知識和演繹推理得出動能定理。

二、教學模式

教學模式是根據一定的教學思想和理論，在充分把握學生學習規律的基礎上建構的既有利于提高教學質量與效率，又符合學生思維模式的框架結構和活動程序，應遵循反饋性、有序性和整體性原則[4]。在基本教學模式的基礎上，筆者提出翻轉課堂與BOPPPS相融合的教學模式，以下是基于該模式的本節課的教學流程。

現做簡要說明：在課前通過微課教學，及時檢測以及交流互動，使學生復習鞏固相關原有知識，為新知識的學習打下基礎，使課堂教學更加高效。其中包括初中有關動能的知識，以及通過實驗明確動能的兩個影響因素;勻變速直線運動（包括速度位移公式）和牛頓第二定律的相關知識。課中引入“物體隨電梯上升”這一原始物理問題并加以分析，通過構建理想物理模型（對象模型和過程模型），對物體進行受力分析（受到重力和支持力作用），進而分析物體的運動過程。運用科學推理和類比思維得到動能概念以及動能定理，通過設置適當的問題推進教學，使學生的思維由淺入深，學習循序漸進。引導學生總結動能定理的應用步驟，形成問題解決的一般思路和方法。進一步通過課堂習題的檢測、展示與講解，使學生學以致用，鞏固提高。通過比較分析，使學生認識到動能定理與牛頓運動定律的不同，加深對動能定理的理解。課后要求學生復習總結，通過繪制思維導圖，提高學生思維的可視性與知識學習的系統性。通過調查走訪，收集汽車剎車距離與車速的數據，并用動能定理進行解釋，提高學生的數據收集與分析能力，使學生充分認識科學技術與社會的緊密聯系，積極貫徹新課程“從生活走向物理，從物理回歸社會”的理念，進而培養學生的物理學科核心素養。

三、教學過程

中學物理教學過程是體現教師教學理念、達成課堂教學目標的實踐環節，是中學生在物理教師創設的學習情境中，在原有認知的基礎上，在教師的引導及教學資源的幫助下，經歷科學探究過程，以建構物理知識，掌握科學方法，提高基本技能，從而實現科學素養的全面發展。筆者認為，物理教學除了應依據基本的中學物理教學原則，遵循教學的一般規律，選擇適當的教學模式、方法以及策略以外，還應重視教學過程的邏輯順序和科學方法的顯化。下面筆者從這兩方面對《動能和動能定理》一課進行設計。

1.教學過程的邏輯順序

所謂教學過程的邏輯順序是指在教學過程中所應遵循的一定的內在邏輯關系和展開順序。中學物理教學過程不僅應依據中學物理學科內容本身的邏輯性，還應符合中學生學習物理的認知發展特點，從而有層次、有條理地推進教學。在本節課的教學過程中，首先在“功是能量轉化的量度”的前提下，通過在已經學習過的重力勢能（或彈性勢能）的推導過程中重力（或彈力）做功引起重力勢能（或彈性勢能）的變化引出研究主題：動能變化與外力做功的關系。然后按照由定性到定量、由特殊到一般的邏輯順序進行展開。具體如下：

（1）將物體隨電梯的上升過程分為勻加速、勻速和勻減速三個階段，畫出示意圖，分別進行研究。分析三個運動階段物體的動能變化特點以及重力、支持力和合外力做功的特點，找出其中的定性規律。

引導學生初步得出結論：在一個過程中合外力對物體做正功，物體的動能增大;合外力做負功，動能減小;合外力不做功，動能不變。

（2）以勻加速直線運動為例進行定量運算，由勻變速直線運動速度位移公式及牛頓第二定律推導得出特殊條件下的“動能定理”。

（3）考慮更一般的情形，在這一過程中物體受到若干恒力作用而做勻變速直線運動的情形。再進一步推及物體做勻變速曲線運動（這里應指明在推導中所使用的公式均是矢量式，我們就可以借助矢量的點乘運算得出結論，即[F合·s=F合×scosθ]，其中[θ]是[F合]與[s]的夾角）以及受變力作用（微元法）的情形。由特殊到一般，得出普遍意義下的動能定理。

（4）引導學生運用動能定理解釋電梯三個運行階段物體動能變化的原因，使教學前后呼應，提高學生運用物理知識解釋自然現象的能力。

2.科學方法的顯化教育

科學方法是指人們在認識和改造物質世界的過程中所遵循或運用的、符合一般科學原則的各種途徑和方式。與科學知識相比，科學方法具有更加穩定和更加普適的特點，由科學現象形成科學理論（科學學習）以及由科學理論轉化為實踐（科學應用）的過程都需要借助一定的科學方法[5]。在中學物理教學過程中，科學方法的教育顯得尤為重要，它是使學生在建構物理知識、形成物理觀念，進而應用物理知識的過程中真正有效的思維工具。而相比于科學方法的“隱性”教育方式，對科學方法進行顯化教育（即“打開天窗說亮話”）則更能夠使學生直接感受和真正習得有關科學方法的知識。本節課的教學過程中所涉及的科學方法有以下幾種。

（1）控制變量法：課前復習初中有關動能的知識，通過實驗使學生明確：在探究動能的兩個影響因素（物體的質量和速度的大小）的過程中，需要運用控制變量法。

（2）理想化模型法：課中借助物體隨電梯上升這一原始物理問題。為了簡化問題，首先需要忽略物體的大小、形狀等因素，把物體抽象為一個質點;其次將物體隨電梯的運動過程理想化為勻加速、勻速和勻減速這樣三個過程模型。

（3）演繹推理法：在根據勻變速直線運動及牛頓第二定律的知識推導得出動能及動能定理的過程中，需要運用演繹推理法。而在推導時需要做適當的變形，這就需要教師進行合理的引導并給予學生充分的思考時間，使學生主動探究發現物理規律，增強物理學習的自主性。

（4）類比法：在引出研究主題及分析得出動能表達式的過程中，均是在“功是能量轉化的量度”的前提下借助重力（或彈力）做功與重力勢能（或彈性勢能）變化的關系運用類比法得出的。

教師在教學過程中應該對上述科學方法予以顯化處理，以使學生明確、理解，進而掌握和運用所學方法。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?閆金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].3版.北京：高等教育出版社，2009：78.

[2] ?中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3] ?封小超，王力邦.物理課程與教學論[M].北京：科學出版社，2005：76.

[4] ?查有梁.新教學模式之建構[M].南寧：廣西教育出版社，2003：13-23.

[5] ?邢紅軍.物理科學方法顯化教育的理論與實踐研究[J].中國現代教育裝備，2011（24）：73-74+81.

（責任編輯 易志毅）