以“动能”为例的高中物理概念探究式教学研究

张　翊

摘　要：物理概念是对物理现象及过程特征属性的概括和描述，是物理思维的基本要素，概念教学是物理教学的重要组成部分和基础，掌握牢固的、正确的物理概念是学好物理的前提和重要保障。本文将以“动能”为例，分析高中物理概念课的探究式教学中阐释探究式教学的内涵和基本特征。

关键词：探究式教学　高中物理课堂教学　概念教学　课例分析

物理概念是物理教学的基础，物理概念是对物理现象及过程特征属性的描述和概括，是物理思维的基本要素。在探究式教学中对学生有三方面的要求：一是需要学生能发现、形成并提出问题；二是需要学生能通过各种方式去收集证据，并利用证据进行思维上的逻辑推理；三是需要学生能提出假设、合作探究、得出结论并能为自己的结论作出合理的解释。探究式物理概念教学操作步骤如下。

创设情境　提出问题

探究式教学的首要任务是教师创设合理的情境并引导学生提出有效的问题。在课堂教学中，笔者采用了以下的一些方法：第一，利用学生认知冲突。高中生已经接触了很多与物理有关的生活事件，形成了物理学习的前概念和相应的认知结构，如果教师能恰到好处地利用学生与之前建立的认知结构相矛盾的问题，那么一定能点燃起学生思维的火花，激发起学生强烈的探究需求。第二，通过学生真实体验。学生头脑中存在的由生活经验产生的前概念，教师首先让学生暴露出原有的错误观点，起到欲扬先抑的作用，然后通过创设情境，让学生形成发现矛盾，激发起了学生探究的内驱力，也激活了学生的思维，这为后续的学生的探究提供了积极的保障。

搭建支架　循序渐进

虽然探究式教学强调学生的积极参与和主动学习，强调学生主体作用的发挥，但这并不表示在探究的过程中教师可以袖手旁观，学生脱离教师自行探究，而是应该根据所教班级的实际情况来确定探究的层次，因为学生探究能力的发展，必须在探究实践中逐步提高的，所以教师在教学设计时要慢慢加大探究的难度，为学生搭建支架，循序渐进地实施探究。

组建小组　合作探究

新课程理念下的探究式教学注重合作，许多工作都需要发挥探究小组的整体力量，在小组成员乃至全班同学的交流与合作中完成，所以探究式教学离不开合作，合作既是探究过程中自始至终的做法，又是科学探究过程中的一个重要步骤。在探究式教学中，合作具有深层次的意义，不仅应该有科学的合作形式，小组成员分工合理，明确每个人的职责，在共同期望目标的激励下，每一位学生都能够各司其职，最大限度地发挥自己的主观能动性，不同的小组成员间还应该表现为有“倾听、协作、交流、欣赏、分享”的合作意识和交往技能。

探究式物理概念教学案例分析

根据教材和学生的情况，笔者将“动能”一课设计成探究式教学，通过实验和理论的探究得出动能的定量表达式，在探究中要关注学生参与的主体性和探究性，要顺应学生认知、能力、心理和情感的发展规律，在探究过程中培养学生的演绎推理能力、分析能力和探索发现能力，领悟物理学的研究方法。

（一）提供感性材料，创设问题情景——激发兴趣、集中注意环节

笔者首先通过视频为学生提供了如下的材料：美国铱星公司的“铱33”卫星和俄罗斯已报废的“宇宙2251”军用通信卫星在西伯利亚上空约790公里高的近地轨道上相撞。并对此次事件的两个“主角”提供了一组数据：“铱33”卫星重约560千克，1997年发射升空，俄罗斯军用通信卫星重约900千克，1993年发射升空，但14年前就已经停止工作了。它们相撞前的速度达到1500米／秒，卫星相撞后产生了数千个太空碎片，形成了巨大的太空垃圾，威力十分巨大，相当于一吨TNT炸药爆炸。通过这一情景的创设笔者提出问题“为什么会产生如此大的能量？”以此激发学生学习的兴趣，他们迫切地希望找到问题的答案，思维处于高度集中状态，同时也有利于激活原有的知识，使之进入工作记忆中，随时准备吸收新知识。

（二）搭建支架，指导学生探究——猜想假设、实验探究环节

笔者为学生介绍了本节课要涉及的背景知识，即“物体具有的能量大小和物体做功的本领有关”，提出这样一个观点将贯穿本节课的始终。其实这一步也是笔者针对任教班级的实际情况，为学生搭建的一个小小支架，有利于学生后期的探究。同学们通过初中物理的学习对动能已经有了定性的了解，笔者请学生将初步的结论用一个数学函数关系式表达出来：EK＝f（mv），并请大家猜想一下这是一个怎样的函数关系，把所有的可能的函数表达式写出来。学生经过一番思考后猜想了很多的表达式，有EK＝f（mv），EK＝f（m＋v），EK＝f（m2＋v2），EK＝f（mv2），EK＝f（m2v）。教师一一在黑板上罗列出来，有一些表达式由于量纲不同经讨论后马上给否决了，其他所猜想的函数关系式一下子不能得出结论，于是笔者引导学生利用DIS实验系统，寻找物体的动能与质量、速度的定量关系，从而来检验假设。这个实验在理解上会存在一个难点，即“摩擦块在轨道上滑行的距离如何表示小车动能的大小”，于是笔者为学生搭建了一个支架，采用一个很简单的小实验“将一个木块从桌面的一端滑向另一段”来作铺垫，设计了如下三个问题：问题1：木块在做什么运动；问题2：请你分析它为什么在做匀减速运动；问题3：从能量的角度来分析木块的运动过程。通过这三个问题，让学生理解物体动能从E减小为0的过程，就是它克服地面对它的阻力做功的过程，可以用W＝｜fs｜表示，其中f是一个恒量，s表示物体在桌面上所能移动的位移，因此我们能通过物体在桌面上滑动的位移s来间接反映物体的动能。

（三）促进知识整合——联系新旧知识环节

为了使学生将新旧知识联系起来，笔者将动能精确表达式的得出设计为理论探究的形式，给学生提供了一个情景：质量为m的子弹以恒定的推力在枪筒中运动，运动了一段位移，子弹离开枪筒的速度为v，请同学们利用已学的知识点将子弹离开枪口的动能表示出来。学生面对这样的一个情境，马上想到这是一个初速为零的匀加速直线运动，如果前面木块的运动是由于克服阻力使它的动能消耗殆尽，这颗子弹是在推力的作用下做匀加速直线运动，那么动能增加，增加的动能就应该等于动力对它所做的功。

通常来说，新知识一般贮存在短时记忆中，而且新知识往往是孤立的知识点，很容易被遗忘，通过这一环节的理论探究，学生不仅建立了物理模型，对研究对象子弹进行受力分析，并利用运动学、动力学的知识得到了动能的精确表达式，而且对“动能”这一新的概念的形成有了内在的系统化的联系，从而将孤立的知识点组成整体形成系统化、概括化的知识结构，并与处于激活状态的原有知识相互作用，形成紧密的联系。

（四）概念应用，引导问题解决——促进知识巩固和迁移环节

通过前三个环节，新知识进入了学生原有的知识网络中，此时的知识是陈述性的，要使新知识与原有的知识网络得到整合，还必须组织学生进行必要的概念应用，引导学生解决具体的问题，使新知识得到巩固和迁移。

笔者在组织学生得到动能定义式后，又返回到本节课所提到的情境中，让学生结合数据完成以下问题：（1）美“铱33”卫星相撞前的动能多大？（2）如果俄军用通信卫星质量是美“铱33”卫星质量的两倍，其相撞前的动能又是多大？（3）相撞后产生的碎片中有两块质量相等，但速度之比为1∶2，则它们的动能之比为多大？

随后又进一步追问学生：哪些是有效的数据？哪些是关键数据？第二问中能否找一个快速的方法，还用计算吗；这道题目没有告诉速度的方向，影响不影响这道题目的解题结论？为什么？

通过变式训练，不断纠正学生思维的偏差，使学生将已获得的知识和技能迁移到新情境中解决新问题，这样就能达到“举一反三”“触类旁通”的目的，从而真正达到教学目标。