中外贯通方显“功”效

高中物理教学中，《机械功》的抽象概念不容易被学生理解应用.本节又是能量一章的开篇，如果这一节打不好基础，学生会觉得以后的学习内容艰涩难懂.为帮助学生更好地理解这一节内容，笔者在讲授本节之前，认真比较了人教版高中物理教材、美国高中物理教材《物理：原理与问题》两种教科书的相关章节，现从本节知识体系的呈现特点、问题情境的创设方式、例题方法的指导模式三个方面分析如下.

1知识体系的呈现特点

美国高中物理教材《物理：原理与问题》先讲“动能”的概念，在探究 “动能定理”时提出了“机械功”的概念.这样呈现知识体系符合物理学发展史，再现了科学发展过程.物理学家们经过了漫长的历史阶段来寻求功的概念，先是发现动能的改变与力和位移有关，再定义功的概念，最后得出功与能的关系.这种编制方式有利于培养学生的物理探究思维，但也对学生的素质提出了较高的要求.

人教版教材先讲“功”的概念，再讲“动能”的概念，并通过实验探究和理论探究的方式得到动能定理的方程.这样呈现，考虑到了学生在初中已建立起功的初步概念，便于初高中知识的衔接.因此，人教版教材强调将物理知识系统地传授给学生，以帮助学生建构扎实的物理基础.

2问题情境的创设方式

这两个版本的教材在情境创设上都是从生活情境出发，然后提出探究的问题，由问题提炼出本部分要研究的物理模型.在生活情境的创设中，《物理：原理与问题》教材选用小球下落至沙盘的实验讨论了物体做功的能力及其具有的能；利用人推车的例子进行物理模型的建立推导了功的公式；结合投手投冰球和水手拉船的例子给出例题的详解；为了课后巩固，创设了两位同学推车、攀岩者负重攀岩等7个场景的习题.人教版教材在讨论做功引起能量变化部分运用了起重机吊起重物、牵引力对动车做功、手握握力器三个场景，在例题设置上采用拉雪橇的生活情景；在课后巩固的习题部分设置了滑雪运动员自斜坡下滑、起重机做功两个生活情景.这样设置的目的与两个版本教材编写的立足点不同有关，前者注重STS教育，注重了物理教学中生活化情景可以很好地帮助学生学会解决实际生活的物理问题.后者注重知识的建构的逻辑性结构，注重学习过程中物理模型的建立.比如用模型图推导恒力做功公式；用模型图讨论与计算力与位移成不同夹角时各力做的功.这有利于培养学生建立模型的思维模式.

3例题方法的指导模式

从教材比较可知：美国高中物理教材在例题之前，先严谨正式地给出了计算“机械功”的解题策略：（1）画出系统所受力的简图；（2）画出系统所受的力与位移；（3）找出每个力与位移的夹角；（4）应用功的公式；（5）计算功并从功能转化的角度检查结果是否正确；再在下面的冰球例题中应用上述解题策略，严格强调问题解决过程的四个解题步骤――“已知”、“策略”、“计算”、“检查结果”.这样的设计有利于培养学生解决问题的能力和科学的思维方式.经过长期的问题解决过程的策略教学，可使一个新手转变成一个高效准确地解决问题的专家.

人教版教科书在例题解题策略的设计上显然还有所欠缺.人教版教科书淡化了“已知”这一环节，没有提供给学生如何审题、确定己知量和未知量的过程；也没有出现“检查结果”这一环节.而从心理学角度来讲，要成功解决问题，分析“问题的表征”即“已知”、“设计解题计划”即“策略”、“执行解题计划”即“计算”、“监控”即“检查结果”这四个环节缺一不可.环节的缺失，不利于培养学生正确的解题程序和解题思路.

4对课堂设计的启示

课堂教学是对教材深加工的过程，是有效整合各种版本的教材，博采众家之长，为我所用的过程.通过对两种教材的深入比较，笔者在建构《机械功》的课堂体系方面提出以下几点教学策略.

4.1根据学情建构合适的知识体系

是选择用美国高中物理教材《物理：原理与问题》的知识体系，在学生探究 “功能转化关系”以及“能量守恒”问题的同时将所需的基本物理量渗透其中；还是像人教版教材那样，选择先讲基本概念，再展开功能关系，要视学情而定.学生基础较好，可以依据《物理：原理与问题》的知识体系，再现科学家探究“功”、“能”概念的艰辛过程，注重物理知识间的关联和渗透，培养学生物理探究思维；学生基础薄弱，则可以按照人教版教材的设计，先讲“功”的概念，再讲“能”，然后是功能关系，一步一步地打好坚实的物理基础.

4.2创设生活情境展现物理探究问题

普朗克说过：“物理定律不能单靠‘思维’来获得，还应致力于观察和实验.” 心理学研究也表明，当学习内容和学生熟悉的生活背景越贴近，学生自觉接纳知识的程度就越高.因此，在《机械功》这节抽象的教学内容中，非常有必要引入大量的生活情境来帮助学生.

本节课所有的环节都可以用生活情境提出物理问题：如在引入“机械功”概念时，可以用实物图片呈现水滴石穿、踢球、举重三组生活情境，帮助学生定性理解做功导致物体能量的变化；用推书包（或书）的情境计算当力与位移同向时的功；用拉行李箱的生活情境探究当恒力与位移方向成某一夹角的功；用推购物车的生活情境探究功的正负值及含义；用拉雪橇的生活情境为例题练习功的计算公式……

4.3注重将生活情境转化为物理模型

学生从生活情境中提炼出物理问题后，还要让学生抓住事物的本质去解决问题，对复杂的事物简化，进行抽象后，从而建立起物理模型.比如在拉行李箱的生活情境中，行李箱的形状并不规则，该如何表示？能不能简化？行李箱前进时若路面不平整，行进路线若不完全是直线，能不能简化？人拉行李箱的力的大小和倾角也会有微小变化，能不能简化？这种简化过程用到了哪些物理方法？给我们什么启示？

将刚才所提出的所有生活情境按上述方法简化后，建构模型图，突出物理情景问题的主要部分，有利于帮助学生建立起清晰的物理情景，使物理问题简单化，提高学生理解和分析处理问题的能力.

4.4提供正式详细的解题策略

《物理：原理与问题》在美国范围内的使用率高达49%，与它的鲜明特点是分不开的.它严谨正式地给出了每个例题所使用的解题策略，这是它鲜明特点之一，也正是我们需要借鉴学习的地方.因此，在计算人教版教材拉雪橇时各力做功的例题以及习题时，非常有必要给出正式详细的解题策略.

（1）分析及作简图

建立一个坐标系 显示物体的初状态 画出矢量图

（2）运算过程：应用解题策略

应用力与位移成某一夹角时功的公式

力与位移方向相反时功的公式

（3）检查结果

单位正确吗？功的单位是焦耳，1 J=1 N・m.

符号有意义吗？正负号的含义分别是什么？引起了雪橇怎样的能量变化？

功的大小合乎实际吗？

4.5提高学生探究过程的参与度

来自生活情境的物理问题与学生实际生活越贴近，学生的参与度越高，学生探究的积极性就会越高，实际应用知识的能力也就越强.

教师可提出一个问题：“今天你做功了吗？你做的功引起了什么能的变化？”请学生举例说明做功的过程及能量的转化：比如拖地、搬水、骑车来学校、把书包从宿舍搬到教室等.

可以请同学做小实验：把粉笔头放在塑料管中靠近嘴的位置，用力水平吹出，看谁将粉笔头吹得最远.在做实验之前请学生思考：用长管还是短管好？请力气大的同学还是请力气小的同学能吹得更远？

再如，在习题设置环节，请每位学生从生活情境中选出某一场景，出一个巩固本节知识的习题，运用解题策略求功，并讨论各力做的总功引起了研究对象怎样的能量变化.

总之，教材资源的整合决不是N种教学元素的无序组合，而应是符合学生认知水平的、最优秀的教学元素的有序排列.