“能量”知识教学探索

1 提出问题

根据对几轮教学过程的回顾与反思，及对几届学生的教学观察，在教“能量”这个概念时，遇到的主要问题有：为什么要学习能量，找不到一个适合学生认知需要的理由；基于“能是做功的本领”的抽象描述，难以让学生真正理解并掌握能量概念；没有一个能够让学生易于接受的、分析能量转化的方法；判断能量的增减时，只能基于具体能量的影响因素（如动能与物体的质量和速度有关）进行教学.

相应的，学生学习能量概念时出现的主要问题有：学生知道了有“能量”这个概念，却不知道为什么要建立这个概念；记熟了能量定义后，多数学生仍不知能量的真实含义；在研究能量的转移与转化时，学生一般只能机械地根据影响因素来判断，缺少感性认识.

常用的解决问题的办法也不外乎通过习题训练，让学生在多次重复中加强机械记忆，加上中学阶段对能量的考查要求并不高，因此不影响学生的考试成绩.但如何合乎逻辑地建立能量概念，如何让能量概念在学生的思维中得到内化，这是一个值得认真思考的问题.

2 分析问题

我们对能量概念进行分析后发现，根据现行教材的描述与编排，能量是一个比较抽象概念，它比功的概念更抽象.要知道，对于中学生尤其是初中生而言，力的概念本身就是抽象的，建立在力的基础上的功的概念则更是抽象——学生学习功时已经遇到了很多困难.而能量概念偏偏又是以功为基础的——“能是做功的本领”或“一个物体如果能够对外做功，我们就说这个物体具有能”.以抽象概念为基础建立起来的概念，其抽象性可想而知.

将抽象的对象形象化是化解此类困难的不二法门，我们提出猜想：可否将能量概念及能量的转化过程形象化、“物化”，使“能量”在学生的头脑中是一个可以“加工”的形象“物件”，从而顺利建立能量及其转化的概念.

3 理论参考

真的是很巧！有了这个想法后，恰好又读到《初中物理教科书中的能量概念比较研究》一文（谭晓，彭征，《课程·教材·教法》2008年第12期）.此文对笔者来说，无异于雪中送炭.该文比较了中、英、德三国的教材对能量概念的处理，通过阅读该文，我们可以管窥到英国教材中的能量概念非常生活化，而严谨的德国教材对能量知识的处理则非常系统.尤其是后者提出的“能量携带者”、“能量转换器”等说法，也涤清笔者原本有些混沌的思考，简直就是“山重水复”之际的“柳暗花明”.笔者当即产生一个想法：用“能量携带者”、“能量转换器”（后在教学实践中改为“能量转化器”）等有形的物体来化抽象为形象，化解学生学习的困难.

顺便说一下的是，江苏科学技术出版社出版的《物理》9年级下册很可贵地提到了“能量转换器”的概念，只因是出现在习题中，教师一般不大注意.

4 实践研究与思考

在思考相对成熟后，笔者进行了实践，梳理如下.

4.1 “能量携带者”概念的建立

教学现场

师：电、煤、食物等物品对于我们的生活是必不可少的，因为它们对人类具有利用价值，这种价值体现在哪里呢？

生1：用电才可以看电视，灯才能亮.

生2：煤可以用来取暖.

师：呵，你抱着煤取暖啊？（生笑）

生2：点燃了取暖.

生3：不吃食物人就会死，所以食物的价值最大.

师：“能量”一词同学们听说过吗？

生（众）：听说过，奥特曼有能量……（很巧的是，学生大都想到这个例子，说明媒体已经成为学生“学习共同体”的重要组成部分，其中亦有研究的价值.）

师：刚才我们举的三个例子里有哪些能呢？

生：光能、热能（本着尊重学生的先前经验，这里暂不纠正为“内能”）、电能……

师：一定程度上，能量用来表示物体对人类的使用价值，同学们刚才所说的能量形式是正确的.请继续思考，煤在燃烧前有热能吗？

生：没有.

师：那没有燃烧的煤有能量吗？

生（众）：没有.

师：没有能，那就没有利用价值了，人们干嘛还要花钱买煤呢？

生：会不会原来没有能量，一燃烧就有能量了呢？

师：一燃烧就凭空产生了能啊？

生：是啊.

师：关于这个问题，科学家进行了长时间的研究，由于时间关系，这里我们暂不展开论述，但科学家研究出的结论我可以先告诉大家——能量是不会凭空产生的.所以，没有燃烧的煤也是具有能量的，这种能常被称之为“化学能”.

生思考…….

师总结：其实，像煤、电、食物等很多物体，人们之所以利用它，是因为它们有利用价值，这种价值就体现在能为人类活动提供能量，我们把这些物体叫做“能量携带者”.同学们想想，生活中还有哪些物体是能量携带者？都携带着哪些能量呢？

生思考、讨论、交流；师适时提醒、总结.（具体略.）

教学思考 考虑到能量概念学生已经有所认识，所以，本环节没有侧重于能量定义的教学，而是引导学生根据生活经验，去思考哪些物体携带有能量.在学生思考、讨论交流的过程中，学生能够将能量携带者从生活经验中提取出来，教师的适时提醒与点拨也让学生知道了还有“化学能”等形式的能量，这为后面更广泛地讨论能的转化打下了基础.

4.2 能量的转移

该部分知识相对简单，限于篇幅，不再赘述.

4.3 “能量转换器”概念的建立

教学现场

师：我们接着讨论上面的例子.灯泡发光时，有光能出来了，光能是从哪儿来的呢？要知道，只要灯泡不熄灭，光能可是源源不断地出来哦！

生思考……片刻之后.

生1：我知道了，是电.

师：说清楚点.

生1：是电能变过来的.

有学生在下面反驳：你怎么知道的？你看见它变的呀？

生1：那你家用电给不给电费呀？

下面的学生：当然给了，我不给你帮我给呀.

生1：你给电费是因为你消耗了电能，电能变了光能.（尽管白炽灯实际上是将电能转化为内能，当灯丝达到白炽状态时，开始发光，但此时仍不宜过早地告知学生这一点.否则，学生尚未建立的认知平衡又会被打破，不利于学生的学习.）

师：同学们思考一下，看有没有道理.（一段时间之后，多数学生表示认同.）

师：我们再来分析另外几个例子，如使用干电池时的能量转化情况……（略）

师总结：刚才我们分析的例子中的灯泡等家用电器、干电池等物体，它们能将一种形式的能“变”（加重口气）成另外形式的能，这种“变”我们叫做“转化”，这些物体我们就叫它“能量转化器”.同学们想想，在我们的生活中，哪些物体是“能量转化器”，并说明它们是将什么能量转化为什么能量.

生讨论交流过程略.

教学思考 多年的教学经验提醒我们，如果凭空地讲能量的转化，学生会觉得非常抽象，学生虽然能在多次重复之后说出某个过程中的能量转化过程，却难以理解转化的真实含义.而借助于生活中不同的“能量转化器”这样一个有形的物体，学生就可以在“进去的是什么能”、“出来的是什么能”的思考过程中建立能量转化的模型，从而理解其真实含义.

5 效果评估

我们对两个班上各个层次的部分学生进行了抽样调查，以对这种教学尝试进行评估.结果表明，学生在口头表达能量概念及能量转化过程时，思路比较清晰，基本都能够一下子说出不同物体在不同状态下具有的能量形式（这说明学生已经有了比较好的直觉），能够准确说出能量转化前后的能量形式及转化过程.而不是象往年一样需要强行记忆或重复训练才能达到同一水平.此外，学生的作业与考试情况也表明，在建立了“能量携带者”和“能量转化器”概念之后，学生在解答相关习题时出现的错误也大大少于往年.

由此我们认为，使用“能量携带者”及“能量转化器”来进行能量概念及相关知识的教学是有一定效果的.当然，可能由于一些不为我们所知的因素的影响，我们的实践未必完全科学，还希望有兴趣的老师通过尝试能有新的发现，以推动中学物理教学进一步发展.