如何處理初中物理教學中與前概念相違的概念
——以機械效率教學為例

高 博 彭朝陽

(云南師范大學 650000)

在滬科版初中物理教材的知識框架中，機械效率相關(guān)的內(nèi)容起到了承上啟下的作用.它既是前面所講的簡單機械和功的知識的綜合應用，也是初三所講熱學、電學中的機械效率的前置知識.此外，機械效率也是學生學習的難點，教師教學的重點和中考重要考點.因此，機械效率相關(guān)內(nèi)容的重要性毋庸置疑.

1 教材中機械效率的定義與學生前概念的矛盾之處

在滬科版八年級物理教材中，對于機械效率的定義是

其中W有表示有用功，W總表示總功.那么機械效率其實本質(zhì)上反映的是一種占比，反映了為了達到工作目的所需的功，到底在所做的總功中占多少的份額，并將其作為評價機械好壞的一個重要指標.作為一名物理教師，很好理解這種抽象的物理概念.但是作為抽象思維尚未發(fā)展完全的初二學生來說，往往理解起來會很吃力.排除教師的影響因素，歸根到底是因為這一概念和學生所熟悉的、生活中常見的“效率”所包含的含義是完全不同的.

在學習機械效率之前，學生生活中接觸最多的和效率有關(guān)的就是“學習效率”.筆者舉一個生活中涉及到效率時最常見的例子：“隔壁家的小明每天只用一個小時就可以寫完作業(yè)了，他的學習效率真高，你要和他多學習學習”.在生活中這樣的例子數(shù)不勝數(shù)，那么在這個語境中，學習效率實際上指的是學習的快慢，他更接近于功率的含義.所以對于學習效率的錯誤認識就構(gòu)成了一個錯誤的前概念，并且往往會將其帶入到學習之中.

2 改進方法

為了避免出現(xiàn)上述所說的情況，必須深入了解學生在這一階段的思維特點，盡可能的接近學生的最近發(fā)展區(qū).目前針對學生的錯誤前概念的糾正方法已經(jīng)有較為完備的研究體系.針對初二年級中學生的思維特點和前置相關(guān)知識的掌握情況，筆者認為應該采用由淺入深的梯子型轉(zhuǎn)換方法，即提出層次漸進的例子，幫助學生搭建梯子，逐步深入到錯誤前概念的關(guān)鍵點，進而徹底轉(zhuǎn)變學生的錯誤前概念.

既然學生的錯誤概念來自于生活，我們就要從生活的角度下手，堅持“從生活中來，到生活中去”的原則.從根本上將學生的錯誤前概念轉(zhuǎn)換過來.所以在新課教學環(huán)節(jié)中，我們可以列舉循序漸進的生活化例子幫助學生搭建理解.

例1：小紅去買蘋果

問：小紅買蘋果的目的是什么？

答：吃蘋果

解釋：小明買蘋果的目的是為了吃蘋果，也就是說他吃到嘴里的蘋果就是他買蘋果的目的.花在蘋果肉上的錢，是“有用的”.而在吃蘋果的過程中，蘋果核我們是不吃的.但是為了吃蘋果的果肉，我們也不得不將果核一起買回來.所以，花在果核上的錢就是“無用的”.當然，錢不是風刮來的，所以我們都想買到更多的果肉，更小的果核.讓錢花的有用一些，這也就是我們生活中說所說的“錢要花在刀刃上”.

在經(jīng)過較為簡單的例1鋪墊之后，緊接著趁熱打鐵，引出第二個較為抽象的例子來糾正學生的錯誤前概念.

例2：小張和小王放學回家后都學習了四個小時，小張認認真真的學習，而小王一會上廁所，一會又想吃點零食.請問小張和小王誰的學習效率更高一些呢？

答：小張

解釋：小張認認真真的學習，那他所浪費的時間可能只有10分鐘.而小王一會要上廁所，一會要吃零食，可能浪費了一個小時的時間.小張的有效學習時間是230分鐘，而小王的只有180分鐘的有效學習時間.那么對于學習這一目的而言，小張的230分鐘是“有用的”，10分鐘是“無用的”.而小王則是180分鐘“有用”，120分鐘“無用”.所以在都是學習了4個小時，小張一定是先寫完課后作業(yè)的.在生活中，我們就會說：“小張的學習效率比較高”.

通過例1的鋪墊，在例2中我們直接接觸到了學生的錯誤前概念，并且更加接近“效率”的本質(zhì).經(jīng)過兩個例子的鋪墊，接下來，就可以用例3來引導學生探索出“機械效率”這一抽象的概念.

例3：小明用水桶在水井內(nèi)打水；

問：小明的工作目的是什么？

答：將水抬上來；

問：根據(jù)上節(jié)課所講的功的概念，小明將水抬上來的過程中，其是否做功了呢？對誰做了功？為什么？

答：因為小明對水和水桶施加了力的作用，且水和水桶在力的方向上移動了一段距離.所以小明對水和水桶都做了功.

問：那么如果有多個人一起打水，我們?nèi)绾蜗窭?中那樣比較誰打水的效率高呢？老師給出一個表格，希望同學們自主將其補全，并回答老師的問題.

人物小張小王小明一次抬水的質(zhì)量/kg5kg5kg10kg所用水桶的質(zhì)量/kg0.5kg2kg2kg對水做的功/J對水桶做的功/J水井的深度/m2m

這是前節(jié)課所講知識功的簡單應用，經(jīng)過計算后，學生往往會得出小明的效率高一些.因為小明對水做的功多，這還是學生的錯誤前概念，認為做功多的效率高而很少有人會考慮總功的多少.所以教師發(fā)揮自身的引導作用，帶領(lǐng)學生思考.

問：很多同學都認為小明的效率更高一些，因為小明提上來10kg的水.那么如果小張用其0.5kg的水桶打了兩次水也是10kg呢？誰的效率更高一些？為什么？

答：小張，因為小張用的水桶輕

解釋：在打水的過程中，工作目的是為了將水抬上來.那么在對水和水桶所做的功中，水做的那部分功就是我們想要的，是為了滿足工作目的而做的功，是真正有用的，所以我們將這個為了滿足工作目的而做的功稱為有用功，記作W有.而在抬水的過程中，卻不得不將木桶也提上來，工作目的是為了抬水，但要想抬水，就不得不將木桶也抬上來.所以對于這種不是我們的工作目的，但為了達到工作目的而不得不做的功，我們稱之為額外功，記作W額.那么如果我們所做的總功是一樣多的話，同學們是希望有用功多一點還是額外功多一點呢？當然是有用功.但如果如上表中的例子，每個人做的功都是不一樣的，就像例1中所說，每個蘋果的大小都是不一樣的，我們總希望每個蘋果中總是果肉占的多一些.在生活、工作中也是一樣，我們總是希望在我們所做的功中，有用功占的多一些.所以，為了描述這種占比，在物理中定義了一個新的概念----機械效率.它的公式為

這個例子將抽象概念和生活實例徹底的結(jié)合起來，既符合初中生的思維特點，并且可以引發(fā)學生的自主思考，積極的參與到課堂中來.這樣他們可以很輕松的和前面所學相關(guān)前置知識聯(lián)想起來，并將其擴展.如此，本節(jié)課既發(fā)展了學生的科學思維，又引導學生積極參與到科學探究的過程中，對于學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展起到了極大的促進作用.

列舉完三個例子之后、學生課堂氣氛熱烈且參與度高的時候，趁熱打鐵利用這三個生活化的例子來給學生講解機械效率的注意事項.

(1)機械效率用百分數(shù)表示，且永遠小于1；

百分數(shù)是因為數(shù)學上的習慣而定的，我們習慣用百分數(shù)來描述占比的關(guān)系.而效率永遠小于1則表示，除了在理想情況下，永遠都無法使效率達到100%.換言之，額外功是永遠存在的.以剛剛所講的三個例子來說.在例1中，只要是蘋果，就肯定有蘋果核，我們不可能買到?jīng)]有蘋果核的蘋果.在例2中，沒有人可以只學習而不干別的，翻書的時間、找筆的時間、喝水上廁所的時間這都是無法消除的.在例3中，在井中打水，要想將水打上來，就必須要有一個水桶.也就是說，必須將水桶也一起打上來.我們只能盡可能的減小額外功，如：換用更輕的水桶.但卻不能使額外功為0.綜上所述，沒有任何事情的效率可以達到100%.

(2)機械效率反映的是有用功占總功的百分比，效率高并不表示做工多.

依然從上述例子來講解.如在例3中：小張的學習效率很高，但事情較多，放學后只學習了2個小時，其中有效的學習時間是90分鐘.而小王的效率雖然相對較低，但是他的空閑時間很多.放學后小王學習了8個小時，其中有效學習時間是6個小時.很明顯，雖然小王的學習效率很低，但因其總的學習時間長，所以最后仍然是小王學到的多.

物理來源于生活，生活是物理學習的根基.至此，通過聚焦物理知識與學生生活的聯(lián)系和三個通俗易懂的生活化情景，引發(fā)學生對機械效率的深入解讀.在糾正學生的錯誤前概念之后，學生就可以在自身生活經(jīng)驗的支持下，形成良好的正反饋，為機械效率的概念提供了豐富的感性經(jīng)驗，為其順利解析和應用打下了最扎實的基礎.

3 教學反思

筆者使用如上文所述的方法進行對三個平行班進行教學，學生在已有知識的基礎上，通過對筆者創(chuàng)建的生活情景運用理性思維進行科學探究，很容易達成概念轉(zhuǎn)變，且課堂氛圍熱烈活潑，從生活中獲得正確的科學知識，進而提高學生的科學素養(yǎng).真正優(yōu)而上的教學應該是以學生為主的，強調(diào)學生探究過程的教學活動.綜上我認為本堂課的改進是非常成功的，而且這樣才能更好的發(fā)展學生勇于探究的科學精神.同時，從生活中來到生活中去的方法來教學，可以幫助學生自主發(fā)展勤于反思的好習慣.如此做對初中學生物理學科素養(yǎng)的發(fā)展起到的作用是不可或缺的.