《追尋守恒量》教學設計和啟示

王莉

《追尋守恒量》在高中物理人教版中使用“伽利略理想斜面”實驗，力圖使學生經歷發現守恒量的過程，然而這一過程非常抽象，一些教師認為本節內容與高考無關，直接舍棄不上。但筆者認為這一節內容是學生走向解決力學問題“新世界”的大門，直指物理核心素養。根據高中物理課程標準和高考考試大綱，結合學情，我將本節課進行了如下的設計。

一、教學設計

第一環節：創建合適的守恒情景（如圖）

情景：一不可伸長的輕繩懸掛質量為m（可視為質點）的小球，拉起小球從離最低點h0高處由靜止釋放，用牛頓運動定律求小球在最低點的速度。（不計一切阻力）

問題一：用牛頓運動定律求解的具體做法是什么？（微元法、化曲為直）

問題二：每一小段的運動是怎樣的？（勻加速直線運動）

問題三：每一段的末速度是多少？

拓展思考：對每一點的末速度表達式變形觀察，能夠發現什么？

學生活動完成下表，進入教學第二環節。

第二環節：追尋守恒量

相關表達式 變形式 發現

第一段運動 V12=2g（h0-h1） 1、整個過程中，高度不斷減少，速度不斷增大。

2、每一位置與高度和速度有關的量之和保持不變。

第二段運動 V22=2g（h0-h2）

第n段運動 Vn2=2g（h0-hn）

教師總結：高度與速度對應物理量的轉化關系，轉化過程中與高度有關的量和與速度有關的量之和守恒。——量是“能量”，總能量是守恒的。

第三環節：學生閱讀教材，加深記憶，鞏固成果。

第四環節：思考：現在我們能用守恒解決上課的這道例題嗎？

二、設計意圖

教學設計是教學藝術的直接呈現，每一教學環節都蘊藏著教師的匠心獨運，現將每一教學環節的“別有用心”展示如下：

第一環節設計的例題情景，旨在讓學生利用微元法分析物理過程，從而激發學生尋求解決問題的新方法。第二環節的設計是在教師的引導下，學生對已有的信息進行處理和分析，升華出能量的轉化和守恒，提升學生學習的成就感和滿足感。第三環節的設計是學生從激動中逐漸回歸和自我反思。閱讀教材再次回憶經歷追尋守恒量的過程，感悟物理學家發現問題并解決問題的思路。

整個教學設計需要教師在對學生足夠熟悉的基礎上進行，能預設可能會出現的各種問題，教學難度較大，但整個教學的設計中充分體現了教師是真正意義上的“導演”，學生是學習的主體。

三、實施中的問題及反思

1、針對本節課學習梯度的調整

在教學設計實施的第一個環節中，設計的高度條件增加了解決問題的難度，如果學生知識的遷移能力較弱，教師應在發現問題后調整教學，教師可以先進行了1-2步的運算，這樣就降低了學習的梯度，學生便可很快完成第一環節的任務。

而第二環節是全開放的，從公式的變形到結論的形成處處都有令學生難以完成的任務，此時教師的及時點撥引導尤為關鍵。這里教師可以采用小組自主學習的方法，再根據各組學習的情況有針對性的提示引導，讓學生自主完成能量的轉化和守恒的發現，進一步沖擊學生的思想，提升學生分析總結能力。

2、針對不同程度班級的教學調整

以上的教學設計針對的是學習能力較強的學生，所以上述的設計方案在這一層次的班級中收到了很好的學習效果。對于學習能力較弱的學生，效果就會大打折扣。教師針應對學生的實際情況，調整合適的守恒情景，從而改變教學的難度，比如將伽利略理想斜面實驗的問題改為如下圖所示情景：

小球從光滑斜面h0高度處滾下，球離底面任意高度h時的速度是多少？（已知重力加速度為g）Vn2=2g（h0-hn）

由等式提出問題：任意位置都有這一恒等式，這意味著什么？

通過層層遞進的問題啟發學生得到“與高度和與速度有關的量之和守恒”。

四、教學啟示

在《追尋守恒量》的教學中，教師應將抽象的問題具體化，提升了學生獲取信息、分析和應用信息能力。在教學中教師應分析挖掘教材，結合學情，將教材中的信息滲透在日常教學中，使學生得到有效發展。