浅析教材《机械能守恒定律》的编写思想及优化策略

一、教材机械能守恒定律部分的编写思想――归纳和演绎

科学规律的发现离不开科学方法，科学方法既包括经验方法，也包括逻辑方法。归纳和演绎是逻辑方法中两种最基本的方法。英国思想家和科学家培根极力推崇归纳法，而法国科学家笛卡儿则推崇演绎法。实际上，一个物理规律的发现，几乎都会同时综合运用归纳和演绎两种逻辑方法。

从科学发现的方法来分类，中学物理研究的物理规律大体可分为两种类型：

第一类是实验定律。如牛顿定律、动量守恒定律、库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等，它们都是通过对自然现象的观察或者实验总结概括出来的，这个过程主要运用归纳法（也一定程度上用到演绎法）。观察或实验总是有限的，不会无穷尽，所以科学家们总在不断努力创新实验方法，提高实验精度，力图发现与“定律”相悖的情况，一旦出现了这种情况，“定律”将被否定。例如库仑定律中两个研究对象“点”之间的相互作用力与两点间的距离r的平方成反比，科学家不断地用精度越来越高的实验去验证这个结论。实验定律给出了物理量之间的变化关系，但至于“为什么有这种关系”这个问题，可能在物理学史上长期甚至至今都没有找到答案。

第二类规律是用已知的规律通过演绎推理得到的，如动能定理、相对论等。通过演绎得出的规律必须经得起观察或实验验证，才能被确认。例如1916年爱因斯坦用演绎法得出广义相对论，该理论预言大质量的物体会使经过其附近的光线产生弯曲。三年后的1919年日全食期间，人们观察到星光掠过太阳附近时确实发生了偏移，而且偏移值符合广义相对论的预言，英国皇家学会公布了这一结果，爱因斯坦立即成为家喻户晓的名人。

因为无论是用归纳还是演绎方法得到公认规律，都离不开实验，所以人们常说物理是以实验为基础的学科，但这并不意味理论推导不重要。课改前的高中物理教材中，机械能守恒定律多是运用归纳法通过实验得出的。而多种课标试验教材则运用演绎法通过理论推导得出（有人将理论推导称为“理论探究”），之后，教材再安排一节学生实验，验证机械能守恒定律。这样的编排突显了通过演绎发现和实验确认规律的科学方法，蕴含着科学方法教育的内容，教师在本内容教学中，要将教材中隐含的科学方法给学生明点出来，以期达成科学方法教育的目标。

另外，学生在初中已经学过机械能守恒，如果高一再将这个内容安排为一个完整的学生实验探究，则“提出问题”、“猜想与假设”这两个活动便失去了存在的必要，这也是教材用理论推导而不用实验归纳的原因之一。

人教版和粤教版教材在机械能内容上的安排大体是相近的，都是循着“动能――动能定理――势能――重力做功与重力势能变化的关系――动能与势能之间相互转化――机械能守恒定律――机械能守恒定律的应用”的线索来展开的。

二、按教学目标定位处理机械能守恒定律部分教材

一般教师在讲授机械能守恒定律时会运用有两种方法：一种是先让学生自己开动脑筋，提出一定的假设，设计实验，来探究机械能守恒定律，说明教师钟情于归纳法；另一种是按教材的编写，先通过在黑板上进行理论推导，然后再用实验验证，反映出教师钟情于演绎法。不能简单地说这两种方法哪一种更合理，必须考察教师整个教学的思路，如果教师认为学生实验探究能力形成得还不够理想，希望通过对机械能守恒定律的实验探究进一步提高这种能力，先采用归纳法、再用演绎法推导一次也未尝不可；如果教师认为没有必要在本内容教学中突出实验探究，而要学生体验理论推导对科学发现的重要意义，则按教材的结构来展开也是恰当的。

三、优化机械能守恒定律教学的几个策略

《机械能守恒定律》一课属于规律教学课，要按规律课教学的原则合理确定教学策略。

1、灵活组织前备知识的复习

学习本节前，学生已经学过了动能、动能定理、势能、重力做功与重力势能变化的关系等知识，这些都是学习机械能守恒定律的前备知识，学生对这些前备知识的掌握程度直接影响本内容的学习。设计本节教学前，对学生前备知识的掌握程度必须心中有数，如果学生掌握得不够好，遗忘率高，则宜在上课开始时花一定的时间集中复习前备知识，但要注意的是，这种复习不能采取由教师重述一次的办法，而应当适当设置一些简单情景，唤起学生的记忆，由学生说出相关的知识，也可以随着讲课的进度，分散复习各个概念，以减轻学生的疲劳感；如果学生基础好，则不必集中复习前备知识，采用随着新内容的展开分散复习的办法。

2、理论推导的教学策略

理论推导是本节教学的重点，不管学生程度如何，都应让学生自己通过重力做功与重力势能变化的关系和动能定理推导出机械能守恒定律，千万不能由教师一讲而就。

3、突出力和功的分析

机械能守恒定律的文字和数学表述并不复杂，似乎很容易记住，但学生对机械能守恒定律的表征却会是千差万别的，其中最易犯错的是对成立条件的判断，本节新课中，这个难点似乎并不突出，但在以后的综合题解题中，这个问题就会明显暴露出来。所以本节课从一开始，对每一个物理模型或实验都要强调受力分析和做功分析，力求帮助学生形成良好的思考程序和习惯。

4、列举足够的机械能守恒定律成立条件的正例和反例

要让学生准确掌握运动过程机械能守恒的条件，必须列举足够的正例和反例，让学生对具体的物理情景作出分析，判断待研究的过程是否只有系统内的重力或弹力做功，在应用中准确掌握机械能守恒定律。