巧設(shè)情境 讓學(xué)生主宰課堂

張寧波

【教材分析】

《機(jī)械效率》是蘇科版物理教材第十一章第五節(jié)的內(nèi)容，是繼功、功率之后另一個(gè)非常重要的物理概念.教材在之前已經(jīng)安排了有關(guān)于各種簡(jiǎn)單機(jī)械和功的內(nèi)容學(xué)習(xí)，《機(jī)械效率》是在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步延伸，也可以說(shuō)是對(duì)這些內(nèi)容的綜合分析和實(shí)際應(yīng)用，體現(xiàn)了物理知識(shí)最終要服務(wù)于生產(chǎn)和生活的理念.

教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)生活中的實(shí)例，知道有用功、總功、額外功及它們之間的關(guān)系，并會(huì)辨析使用機(jī)械時(shí)的有用功、額外功和總功.

2.理解機(jī)械效率的概念.知道機(jī)械效率的計(jì)算公式，會(huì)計(jì)算動(dòng)滑輪的機(jī)械效率.

3.知道機(jī)械效率的物理意義，知道實(shí)際的機(jī)械效率不可能是100%.

4.知道提高機(jī)械效率的實(shí)際意義和方法，有合理改進(jìn)機(jī)械、提高效率的意識(shí).

教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

（1）知道有用功、總功、額外功及它們之間的關(guān)系，能分析生活實(shí)例中的三種功.

（2）理解機(jī)械效率的概念.知道機(jī)械效率的計(jì)算公式，會(huì)計(jì)算動(dòng)滑輪的機(jī)械效率.

2.教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)械效率的物理意義及提高機(jī)械效率的實(shí)際意義和方法.

【學(xué)情分析】

學(xué)生在本節(jié)前學(xué)習(xí)了滑輪、杠桿、斜面等一些簡(jiǎn)單機(jī)械，知道這些機(jī)械使用過(guò)程中的特點(diǎn)，為本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好了鋪墊.學(xué)生還學(xué)習(xí)了功的概念，會(huì)分析力做功，知道機(jī)械功的概念和計(jì)算方法，也了解了功的原理，這些都為學(xué)習(xí)機(jī)械效率奠定了知識(shí)基礎(chǔ).

另一方面，雖然工作、生活、學(xué)習(xí)中“效率”一詞經(jīng)常被提及，但學(xué)生對(duì)效率概念的理解是模糊的，非理性的.而且由于機(jī)械效率概念涉及到“總功”、“有用功”、“額外功”等概念，而功的概念本身又比較抽象，因而要區(qū)分并理解這些概念，對(duì)初中生來(lái)說(shuō)，有一定的難度.要能輕松自如地解決有關(guān)機(jī)械效率的問(wèn)題，關(guān)鍵是真正弄清有關(guān)概念，并能正確地加以區(qū)分，所以本教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)際教學(xué)中在有用功、額外功、總功的概念理解上花的時(shí)間比較多.

【教學(xué)過(guò)程】

1 問(wèn)題情境

情境1：小明家新買了一套二樓的房子，裝修的時(shí)候工人要把沙子運(yùn)到樓上.今天我們?cè)诮淌依锬M一下，有兩堆同樣重的沙子，分別裝在一個(gè)輕質(zhì)塑料桶和一個(gè)較重的鐵桶里.有哪位同學(xué)愿意上來(lái)嘗試把這兩桶沙子提到桌面上嗎？

學(xué)生上來(lái)搬運(yùn)沙子.

師：能談?wù)勀銉纱伟嵘匙拥母惺軉幔?/p>

生1：鐵桶很重、很費(fèi)勁.

（此處設(shè)計(jì)意圖為創(chuàng)設(shè)情境，從生活中的實(shí)際問(wèn)題引入課題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，同時(shí)活躍了課堂氣氛.）

問(wèn)題1：在搬沙子的過(guò)程中，該同學(xué)前后兩次對(duì)沙子做的功和實(shí)際做的功一樣多嗎？為什么？

生2：對(duì)沙子做的功一樣多，因?yàn)樯匙又睾捅惶嵘叨榷枷嗤?實(shí)際做的功不一樣多，因?yàn)檫€要對(duì)桶做功.

情境2：PPT展示圖片：同學(xué)背書(shū)包上樓

師：同學(xué)背書(shū)包上樓的過(guò)程中實(shí)際做的功和對(duì)書(shū)包做的功一樣多嗎？

生3：不一樣.同學(xué)還要克服自身重力做功.

（通過(guò)搬沙子和背書(shū)包上樓兩個(gè)情景，分析搬運(yùn)過(guò)程中所做的功，學(xué)生感受到實(shí)際做的功和對(duì)物體做的功不一樣多，進(jìn)而引入有用功、額外功、總功的概念）

2 建構(gòu)教學(xué)

2.1 有用功、額外功、總功

師：剛才的兩個(gè)實(shí)例中我們的目的分別是把沙子和書(shū)包搬到高處，因此對(duì)沙子、書(shū)包做的功就叫做有用功.但在提沙子的同時(shí)，我們還不得不對(duì)桶或者人做功，但這個(gè)功又不是我們需要的，我們就把對(duì)桶做的功叫做額外功.而我們實(shí)際做的功就叫做總功.（板書(shū)：一、有用功（W有用）、額外功（W額）、總功（W總））那么總功與有用功、額外功之間有什么關(guān)系？

生4：W總=W有用+W額

問(wèn)題2：生活中有很多需要把物體搬運(yùn)到高處的情景，請(qǐng)大家分析一下，有用功和額外功分別是對(duì)誰(shuí)做的功？總功是哪個(gè)力做的功？為什么？

情境3：物理老師用器材籃把實(shí)驗(yàn)器材提上樓.

情境4：校園里，工人使用定滑輪把池塘底的淤泥提到岸上.

情境5：建筑工地上，工人使用動(dòng)滑輪提升沙子到某一高度.

生5：老師提實(shí)驗(yàn)器材上樓時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做的功是有用功，對(duì)器材籃和自己做的功是額外功.

生6：工人使用定滑輪把池塘底的淤泥提到岸上時(shí)，對(duì)淤泥做的功是有用功，對(duì)推車和克服摩擦做的功是額外功.拉力做的功是總功.

生7：工人使用動(dòng)滑輪提升沙子到某一高度時(shí)，對(duì)沙子做的功是有用功，對(duì)動(dòng)滑輪、口袋和克服摩擦做的功是額外功.拉力做功是總功.

（此處再提供三個(gè)學(xué)生能看到的、貼近生活的真實(shí)情境，通過(guò)分析這些具體實(shí)例，明確使用定滑輪、動(dòng)滑輪等機(jī)械提升物體時(shí)所做的有用功、額外功及總功分別是什么）

問(wèn)題3：如果我們使用動(dòng)滑輪把重為G的物體提高h(yuǎn)高度，作用在繩子自由端的拉力為F，繩端移動(dòng)的距離為s，請(qǐng)問(wèn)有用功和總功分別怎么表示？

生8：W有用=Gh W總=Fs

（此處讓學(xué)生用公式表示有用功、總功，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)從定性逐漸過(guò)渡到定量，更加深入，為下面的學(xué)習(xí)做好鋪墊）

情境6：有兩種動(dòng)滑輪，一個(gè)很大很重，一個(gè)較小較輕.如果使用它們分別提升1N的鉤碼升高相同的高度，你選擇哪一個(gè)？可以上來(lái)試試.

（此處再次創(chuàng)設(shè)情境，用兩輕重對(duì)比鮮明的動(dòng)滑輪提升相同的重物給學(xué)生選擇，強(qiáng)烈的對(duì)比給學(xué)生視覺(jué)上的沖擊，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心.）

師：從有用功、額外功和總功的角度來(lái)說(shuō)，你為什么選擇這個(gè)輕的？

生9：因?yàn)樘嵘嗤闹匚锏较嗤母叨?，有用功是一樣?但提升輕的物體所做的額外功較少，總功較少.

師：謝謝你.你剛才體驗(yàn)過(guò)了，但其他同學(xué)沒(méi)有體驗(yàn)到，怎樣向大家證實(shí)你的感覺(jué)是否可靠的？

生9：可以做實(shí)驗(yàn)測(cè)出有用功和總功，然后進(jìn)行比較.

（學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)選擇了輕的物體，再引導(dǎo)到用實(shí)證測(cè)量的方式分別測(cè)出有用功、總功進(jìn)行比較）

問(wèn)題4：要測(cè)出有用功和總功需要測(cè)哪些物理量呢？用什么測(cè)量工具？

次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/m拉力F/NF移動(dòng)的距離s/m有用功W有用/J總功W總/J

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生10：要測(cè)物重G和物體上升的高度h，拉力F和繩端移動(dòng)的距離s；需要的測(cè)量工具有：彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺.

師：老師已經(jīng)在直尺上每隔10cm做了標(biāo)記，繩子的自由端和物體的上端也做了標(biāo)記.請(qǐng)大家注意觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，同時(shí)記下h和s（老師演示、分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)滑輪提升物體時(shí)的 W有用、W總，學(xué)生觀察、記錄數(shù)據(jù)，共同完成表格）

師：現(xiàn)在我們有了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一起來(lái)分析數(shù)據(jù)看看剛才那位同學(xué)的感覺(jué)是否可靠？

（學(xué)生計(jì)算后發(fā)現(xiàn)確實(shí)有用功相同，輕的總功更少.也就是有用功占總功的比值越大的越好.至此，機(jī)械效率的概念已經(jīng)呼之欲出了）

師：有用功相同時(shí)，總功越小的滑輪越好.也就是有用功占總功的比值越大的越好.那么，在物理學(xué)中，我們就用機(jī)械效率這個(gè)指標(biāo)來(lái)反映出機(jī)械這種做功性能的好壞.

2.2 機(jī)械效率

師：在物理學(xué)中，把有用功與總功的比值定義為機(jī)械效率.（板書(shū)：二、機(jī)械效率1.定義：有用功和總功的比值；2.公式： η=W有W總×100%）

問(wèn)題5：機(jī)械效率有單位嗎？某機(jī)械工作時(shí)的機(jī)械效率為80%的物理意義是什么？

生11：機(jī)械效率沒(méi)有單位，因?yàn)橛杏霉涂偣Φ膯挝欢际荍，可以約掉.

生12：表示該機(jī)械工作時(shí)，有用功占總功的80%.（板書(shū)：3.物理意義）

師：請(qǐng)你算一算，剛才兩個(gè)動(dòng)滑輪提升鉤碼時(shí)的機(jī)械效率.（板書(shū)：第一次實(shí)驗(yàn)效率的計(jì)算過(guò)程）現(xiàn)在我們回過(guò)頭來(lái)看看剛才的選擇，其實(shí)就是選了一個(gè)什么樣的機(jī)械？

生13：選了機(jī)械效率高的.

2.3 提高機(jī)械效率的方法

師：看來(lái)我們生活中的很多選擇背后都是有著它的科學(xué)依據(jù)的.有用功相同時(shí)，額外功越少，或者總功越少的機(jī)械效率就越高.大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種提高機(jī)械效率的方法？

（此處設(shè)計(jì)的意圖是把物理知識(shí)與生活結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生感受到物理是有用的.）

生14：減少額外功.

師：有哪些具體的辦法？

生15：減小動(dòng)滑輪自重，或者減小摩擦.

師：如果同一個(gè)機(jī)械，即額外功一定，還有沒(méi)有其他的辦法可以提高機(jī)械效率？

生16：減小物體的質(zhì)量.

（公開(kāi)課的時(shí)候在此出現(xiàn)了一個(gè)意想不到的情況，學(xué)生回答減小物體的質(zhì)量可以提高機(jī)械效率，這個(gè)答案之前從沒(méi)有遇到，也完全沒(méi)有預(yù)設(shè)，筆者冷靜下來(lái)后，想到用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一猜想.）

師：我們一起再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下這個(gè)辦法行不行吧.（教師實(shí)驗(yàn)演示，使用較小較輕的動(dòng)滑輪，物重減小到0.5N，分別測(cè)出W有用、W總，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、計(jì)算后進(jìn)行比較.）

（再次通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量機(jī)械效率，強(qiáng)化效率的計(jì)算同時(shí)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證猜想）

生17：同一個(gè)滑輪組，被提升的物重越小，機(jī)械效率越低.

師：怎么樣做可以提高動(dòng)滑輪的機(jī)械效率？

生17：增加被提升的物體重.

（板書(shū)：三、提高機(jī)械效率的方法：1.減少額外功；2.增大有用功）

師：剛才我們提到，要搬沙子除了可以使用動(dòng)滑輪，還可以使用其他的簡(jiǎn)單機(jī)械，下面我們一起看看這位牛人用了什么機(jī)械？（視頻：如此提沙子）

（此處設(shè)計(jì)活躍氣氛，將課堂氣氛推向高潮）

師：定滑輪可以提升重物，但這位牛人的做法既不安全也不科學(xué)，大家不要模仿.使用定滑輪時(shí)的機(jī)械效率有多高？請(qǐng)大家根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算一下.

3 鞏固練習(xí)（略）

4 回顧反思

本節(jié)課從生活實(shí)例出發(fā)，通過(guò)身邊一些具體生動(dòng)的做功實(shí)例，讓學(xué)生感受到人在使用機(jī)械做功時(shí)實(shí)際做的功總是大于直接對(duì)物體做的功.通過(guò)用兩個(gè)質(zhì)量反差很大的動(dòng)滑輪提升同樣的重物的情景給學(xué)生強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，同時(shí)引發(fā)學(xué)生的思考.使學(xué)生初步形成了“有用功相同，總功（額外功）越少越好”的這樣一種感性認(rèn)識(shí)，再通過(guò)實(shí)證測(cè)量的方式證實(shí)這一猜想，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，并且水到渠成地引入了機(jī)械效率的概念.在此基礎(chǔ)上提出了提高機(jī)械效率的方法，體現(xiàn)了從生活到物理，從物理到社會(huì)的理念.

4.1 物理概念的教學(xué)要充分創(chuàng)設(shè)情境

利用生活實(shí)例，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)從感性上升到理性機(jī)械效率的概念非常抽象，為了讓學(xué)生體會(huì)到這個(gè)物理量的含義，最初的教學(xué)設(shè)計(jì)是按照教科書(shū)上的流程，通過(guò)“再探動(dòng)滑輪”的活動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)什么是有用功，什么是總功，通過(guò)比較有用功和總功的大小，認(rèn)識(shí)機(jī)械效率的物理意義.但試講后發(fā)現(xiàn)學(xué)生不能明白實(shí)驗(yàn)的目的所在，即為何要“再探”動(dòng)滑輪.而且對(duì)測(cè)量之后數(shù)據(jù)的分析和處理對(duì)于剛上初三的學(xué)生來(lái)說(shuō)非常復(fù)雜、抽象，學(xué)生理解上比較困難，在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得出的機(jī)械效率的概念也很難被學(xué)生理解和掌握.

后經(jīng)過(guò)研討，將教學(xué)設(shè)計(jì)改進(jìn)為先創(chuàng)設(shè)情境，呈現(xiàn)大量生動(dòng)的、貼近學(xué)生生活的一些做功的實(shí)例，如搬沙子、背書(shū)包上樓等，讓學(xué)生感受到人在做功時(shí)有些功是對(duì)人們有用的，有些功是“無(wú)用的”，是人們不需要又不得不做的.然后創(chuàng)設(shè)使用定滑輪提池底的淤泥，使用動(dòng)滑輪提沙子等情境，過(guò)渡到使用機(jī)械做功時(shí)，同樣有有用功和額外功之分.在此基礎(chǔ)上再創(chuàng)設(shè)情境，用兩個(gè)體積和自重相差很大的滑輪提升同樣的重物，視覺(jué)上的強(qiáng)烈沖擊激發(fā)了學(xué)生思維上的火花，通過(guò)讓學(xué)生選擇滑輪、上臺(tái)體驗(yàn)、闡述道理層層深入，學(xué)生自然而然得到了“在有用功一定的情況下，總功（額外功）少的機(jī)械好”的結(jié)論，至此，機(jī)械效率的概念就呼之欲出了.由此可見(jiàn)，在物理概念的教學(xué)，特別是抽象的物理概念的教學(xué)過(guò)程中，教師一定要?jiǎng)?chuàng)設(shè)大量的結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際的情境，最好是學(xué)生能體驗(yàn)的情境，讓學(xué)生在足夠的實(shí)例中去體會(huì)、去感悟，學(xué)生在活動(dòng)中的體驗(yàn)、思考后自己總結(jié)或歸納出的結(jié)論會(huì)印象深刻.

4.2 提好問(wèn)題是教學(xué)設(shè)計(jì)的著力點(diǎn)

提問(wèn)在課堂教學(xué)中有著舉足輕重的地位，課堂提問(wèn)是教師與學(xué)生溝通的主要渠道，也是引發(fā)學(xué)生思維和實(shí)踐的關(guān)鍵因素.教師恰到好處的提問(wèn)，不僅能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，還能促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化，因此課堂提問(wèn)必須具備啟發(fā)性.教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體的課堂做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，這包括提問(wèn)的目的，提問(wèn)的內(nèi)容，提問(wèn)的對(duì)象，提問(wèn)所用的語(yǔ)言，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)并擬定解決方案等等.課堂所提問(wèn)題要難易適中，適合學(xué)生的認(rèn)知水平，只有難度適宜，問(wèn)題的提出才有意義.教師提出一個(gè)問(wèn)題后，要留足夠的時(shí)間讓學(xué)生思考；當(dāng)學(xué)生回答問(wèn)題后，要留時(shí)間給其他學(xué)生消化；當(dāng)師生得到問(wèn)題的答案之后，要留時(shí)間給學(xué)生理解和判斷問(wèn)題的答案.在問(wèn)題的引領(lǐng)下，教師能夠幫助學(xué)生經(jīng)過(guò)觀察、分析、概括、歸納、反思等活動(dòng)，感受知識(shí)內(nèi)容與思想方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理思維.