苏科版《能量转化的基本规律》的理想实施

苏科版把《能量转化的基本规律》放到了整个初中物理教学的倒数第二节，从教材的编排分析，也有其科学道理.就初中物理课标的内容分析，能量是三大主题之一，而能量守恒定律是19世纪三大发现之一，直接导致了科学领域的巨大变革，再加上当今社会是一个能源的社会，其能源意识必须在初中教学过程中更深入地渗透到学生潜意识之中.本节课的教学将有效落实这个教学目标.笔者经过多次的实践和反思，巧妙结合四十分钟的物理课堂，通过科学合理的设计，将知识与技能、过程与方法、情感态度价值观这三维目标有效地落实到课堂的每个细节之中，意在提升课堂本身的价值，有效提升《能量转化的基本规律》的学科价值和综合价值.

第一课前准备

课前除了认真分析本节内容在课程标准中的明确要求以外，结合苏科版的教材设计，我们在明确教学设计思路以前，就必须做好以下两个环节的重要准备.

（1）学情分析.课前要充分分析学生的原有知识技能与学习习惯.学生在学习本节课前，已经基本建立较为完整的能量知识体系，如机械能、内能、化学能、电能、化学能等常见能源及其转化或转移，并初步了解这些能量在转化或转移的过程中，某些总量的守恒，比如，人造卫星在绕地球转动的过程中，卫星在远地点和近地点之间运动过程中，动能和势能之间在发生着不断地转化，但是在转化的过程中，机械能总和是不变的，即机械能守恒，再比如，学生在学习焦耳定律的过程中，知道电流通过电热器时，电能几乎全部转化成内能，即使有极少部分的能量损耗，我们还是可以发现消耗的电能就等于产生的内能和少部分损失的能量之和.这些已经初步建立了能量守恒的表象认知，这些认识是本节课学生的知识基础.而学生对常见的能量转化或转移的判断也是学生的一个能力基础，比如，水为什么会往低处流，这是重力势能转化为动能，再比如白炽灯工作是将电能转化为内能，内能再转化为光能.这些分析能力的存在也是学生判断能量转化和转移具有方向性的能力基础.

（2）器材准备.滴水实验是本节的一个探究实验，本实验不仅能有效激发学生对“永动机”的思考和分析，还能帮助学生从实验角度证明“永动机”是不可行的，从而进一步形成能量守恒定律的认知，并进一步帮助学生理解能量的转移和转化是具有方向性的.因此，本实验我们一定要科学巧妙地引入课堂教学之中.首先要准备一个面盆，面盆中存放一些水和一块毛巾，在上课前就放在讲台边上，使露在外面的毛巾的下端比水面略低1～2厘米.再准备如图1所示的两只杯子，杯子中分别放等量的红墨水，两个棉纱带，分别将一端浸入水中，另一端露出杯口，只是不同的是，一种露出部分低于杯内水面1～2厘米，另一根高出杯内水面1厘米（本实验如果要速度快一点，给学生做分组实验的话，可以把棉纱带换成面纸揉成的面纸带，这样实验速度可以缩短在1分钟左右）.为了有效地激发学生对能量的转化和转移的方向性的思考，课前还可以准备两块湿毛巾，分别挂在架子上，放置位置如图2所示，甲毛巾外侧露出了多一点，乙毛巾内侧露出了多一点，我们都会发现露出多的一边有小水滴滴下来.

第二复习引入

复习引入的目标非常明确，通过学生的思维，我们尽可能全部在学生原有的知识和技能的层面上，帮助学生构建一个属于自己的知识平台，并在教师的引导之下，形成新的知识体系，真正形成理想的建构主义教学形式，充分注重学生课堂中原生态的生成元素，从而达到以下三个效果：

（1）明确什么是能量.对能量有进一步的认识和了解，即一个物体能够对另一个物体做功，我们就说这个物体具有能，或者一个物体只要具有对外做功的本领，我们就说这个物体具有能量，这里可以让学生列举物体能做功的例子，学生大部分可以列举出电通过电动机时，能使电动机对外做功；煤燃烧，可以使火车前进做功；被举高的铁锤，可以把钉子砸进木板做功，等等.在学生自己举例的过程中，让学生感受到，判断一个物体是否具有能量，就是看这个物体能否对外做功，这种做功的本领是因为物体具有能量所特有的.

（2）知道能量之间的转化和转移.用学生列举出的例子，让学生再去分析能量之间的转化或转移，进一步巩固对能量转化和转移之间的认知深度，感受到改变原有物体所含能量的方法有转移能量或改变能量的存在形式.

（3）初步认识能量守恒.在学生列举的例子中可以发现，如果只有动能和势能之间的转化，机械能是守恒的，如电热器在工作的过程中，电能与后面产生的内能是相等的.

在这种情况下，学生已经初步达成这三个复习效果，但是老师并没有给出明确的结论，此时，我们再次抛出一个小故事，引发学生的思考：“小明的爸爸在小明生日的时候给小明买了一块高级手表，这块手表戴在手上，不用紧发条，不用装电池，会永远不停地工作，小明非常开心，你见过这样的手表吗？你能说说这种手表真的能永远不停地工作吗？真的不需要消耗能量吗？”这个故事情景的推出，目的是让学生凭借着自己的生活经验，展开交流，根据部分学生对这种手表的了解，初步了解其中的工作原理，再通过交流，让更多的学生获知，这种机械手表之所以能够不停地工作，是因为人的手每天都在不停地运动，把运动的机械能转化为手表内部零件运转所需要的能量，而这种手表一旦静止不动时，当手表运转耗尽内部原有储备能量后，它将停止.学生此时初步形成“不需要能量，永远工作的机械是不存在的”的认知.

第三探究活动

在教学过程进行到这个时候，老师预先准备在讲台中的面盆中的水在毛巾的作用下，已经滴了很多在讲台前的地板上，教师这时有意把脚踩到水中，装作很生气的样子，来责问学生，这水是谁倒在这的，学生在老师的“严厉责问下”寻找原因，很快会有学生发现，原来是毛巾把盆中的水弄下来的.此时教师继续追问，那么我们是否可以用许多这样的盆和毛巾把水一级一级地向上提，如果可以的话，我们就不需要抽水机来提水了？此时激发学生思考，引导学生对这个问题进行交流、分析、验证.如果学生在这个环节中产生了困惑，这时教师就要引导学生去分析刚才的水为什么会滴下来，如果要像预设的那样把水送上去，这个毛巾摆放的位置和原来讲台中的毛巾所处的位置有什么不同，这时引导学生再去设计实验来验证大家的猜想，学生会设计出如图1所示的实验装置，进行实验.如果做演示实验的话，在学生等待实验现象的过程中，我们同样也要有效利用好课堂中的每一分钟，我们可以在实验等待的过程中，让学生交流，分别预设什么样的实验结论将会对应好什么样的实验现象.而什么样的实验结论将会进一步介绍永动机是不存在的呢？在学生的交流过程中，学生的思维中已经初步形成这么一个结论，而此时，实验现象也产生了，我们会发现A杯中的红墨水会滴出来，而B杯中的红墨水不能滴出来，这个实验也再次说明不用抽水机来提水的设想是不成立的，永动机也是不存在的.并介绍历史中常见的永动机设想的例子，让学生了解人类在能源开发和利用中所经历的艰难历程，虽然永动机的设计失败了，但是科学家们的这种为科学而努力的精神却值得每位学生学习.

第四得出结论

在探究活动完成后，学生已经深刻了解到能量是不能凭空产生的，也不能凭空消灭的，此时再次结合我们上课一开始列举的这些例子，如机械手表不会凭空一直工作，就证明了能量不能凭空产生；下落的铁锤砸下后，它的能量也不会凭空消灭.许多实例再次证明能量只会从一种形式的能量转化成另一种形式的能量，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量是保持不变的.在学生亲身的感悟下，获知什么是能量的转化和守恒定律.这时我们需要做的就是请学生再次分析能量转化和守恒定律，请学生思考如何进一步理解这个定律，这个思考的环节我们仍然交给学生去完成，学生在再次认知定律后，通过彼此的交流，各自发表对定律的理解，如学生会发现总量始终是不变的，从而进一步大胆的猜想并断定，整个世界中的能量总和是不变的，小到微观粒子，大到天体宇宙，能量之间要么发生着相互转化，要么就是相互转移，能量不可能凭空变多，也不可能凭空消灭，等等，结合学生的理解，老师可以做适当补充说明，最终让学生深刻感受到能量是守恒的.

第五联系实际

学生知道了自然界中，能量是守恒的，这时教师再次抛出一个趣味性的问题：“既然能量是守恒的，我们消耗的能量还在自然界中，那么为什么我们在消耗能源时要花钱？为什么还要节约能源呢？为什么还会有能源危机呢？”一系列的为什么抛给学生，引发学生的进一步思考，学生在听到这些为什么后，会笑起来，特别是问及第一个为什么的时候？这时学生的思维的活跃度会再次被提升，学生的参与度和积极性也随之而来，这种趣味性的问题看起来有些低级，特别是第一个为什么，远远低于初三学生的思维，但正是这样的思维，是我们课堂活跃的添加剂，能有效地唤起学生学习的乐趣，还学生以快乐，并在这样趣味性的问题之中，激发学生的思考和交流.这时学生开始积极地交流起自己对以上几个为什么的思考，并想法用实例来证明自己的观点，很多学生会想到，我们消耗了电能，使电灯发光发热，转化成内能，再转化为我们需要的光能，但是这些内能和光能却不能直接主动地回到发电厂，再供其他居民使用.这时我们再让学生看图2的情景，两块沾有水的毛巾也预先挂在教室的墙上，这时学生会看到如图2所示的实验现象，即水滴从露在下面的一段滴出来.逐渐发现能量的转化和转移是一种自发的行为.这样类似的例子还有很多，用学生自己的例子来解释刚才的为什么，充分采用建构主义的教学方法帮助学生在原有的知识基础上同化新的认识，感受到这种能量转化和转移的自发行为，即能量的转化和转移是具有方向性的.教师则进一步介绍更多的实例，从更广的角度认知自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是有方向性的.

通过一系列的复习和分析，活动探究和推理，我们进一步认识了能量守恒定律，并从实例中感受到能量的转化和转移是一个自发的行为，从而进一步获知能量在转化和转移的过程中是具有方向性的，从而掌握了能量转化的基本规律.整个教学过程不再是简单的阅读课本，不再识记背诵能量转化的基本规律，而是在教师的引领下，每个学生积极参与到每个课堂环节之中，在原有基础之上，真正理解了能量转化的基本规律，真正将知识转变为学生固有的物理素养.