突破“機(jī)械能守恒”教學(xué)難點(diǎn)的策略

鄧夏敏

【摘 要】機(jī)械能守恒是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容，如何采用有效的教學(xué)策略深化學(xué)生的理解與記憶，從而使同學(xué)們更加熟練地運(yùn)用機(jī)械能守恒定律是教師共同關(guān)心的問題。本文就此闡述了有效突破機(jī)械能守恒這一難點(diǎn)的教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】高中物理 機(jī)械能守恒 有效教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）09B-0075-02

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是個(gè)體主動(dòng)建構(gòu)自己知識(shí)的過程，在這一過程中，教師處于主導(dǎo)地位，是意義構(gòu)建的幫助者、促進(jìn)者，而學(xué)生是教學(xué)的主體，在教師的引導(dǎo)下完成知識(shí)的建構(gòu)。在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，對(duì)機(jī)械能守恒這部分物理知識(shí)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，通過采取全面解析、尊重差異、縱橫對(duì)比、生活視角等策略能夠有效地提高課堂的質(zhì)量，使同學(xué)們主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，攻克機(jī)械能守恒知識(shí)難點(diǎn)。

一、全面解析，整體認(rèn)知

對(duì)于機(jī)械能守恒定律，其應(yīng)用的條件有著嚴(yán)格的限制，因此教師在教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)機(jī)械能守恒定律的守恒條件和應(yīng)用方法進(jìn)行全面解析，使同學(xué)們形成整體的認(rèn)知，能夠深刻地理解機(jī)械能守恒定律，從而進(jìn)行熟練準(zhǔn)確地應(yīng)用。

比如，為了讓同學(xué)們掌握“在只有重力做功的情形下，物體的機(jī)械能守恒”這一知識(shí)點(diǎn)，筆者通過讓同學(xué)們探究例題，以深化理解。

〖例〗一個(gè)物體沿著光滑的曲面滑下，如圖1所示，在A點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為Ek1，重力勢(shì)能為Ep1，在B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為Ek2，重力勢(shì)能為Ep2，請(qǐng)找出各物理量間的關(guān)系。

在探究過程中，有些同學(xué)不掌握具體的解題思路，不知從何下手。這時(shí)候筆者提醒同學(xué)們可以通過觀察小球在A點(diǎn)和B點(diǎn)的機(jī)械能變化，來尋求等量關(guān)系，從而得解。同學(xué)們通過計(jì)算小球在A點(diǎn)的機(jī)械能，在B點(diǎn)的機(jī)械能。根據(jù)動(dòng)能定理，，移項(xiàng)可得，E1=E2。

然后筆者問同學(xué)們：“這說明什么問題呢？”有同學(xué)進(jìn)行總結(jié)說：“這說明小球只在重力做功的情況下，機(jī)械能是守恒的?！比缓蠊P者進(jìn)行點(diǎn)評(píng)道：“沒有錯(cuò)，運(yùn)用機(jī)械能守恒定理是有嚴(yán)格條件的，當(dāng)物體只有重力做功的情形下，機(jī)械能是守恒的，下面我們來探究一下在其他力做功下機(jī)械能是否守恒呢？”接下來筆者引導(dǎo)同學(xué)們探究例題得出物體只在彈力做功下機(jī)械能守恒，從而總結(jié)出“物體只受重力和彈力做功時(shí)機(jī)械能守恒”的結(jié)論，一旦物體受其他力例如摩擦力作用時(shí)，機(jī)械能不再守恒。

在上述教學(xué)中，筆者通過用探究性的例題引導(dǎo)同學(xué)們歸納總結(jié)出了運(yùn)用機(jī)械能守恒定律的條件，并讓同學(xué)們通過自己的計(jì)算發(fā)現(xiàn)物體在受除了重力和彈力做功還受其他力做功的情形下，機(jī)械能是不守恒的。教師通過對(duì)機(jī)械能守恒定律的條件進(jìn)行全面解析，同學(xué)們掌握這一知識(shí)，并清晰地記住這一知識(shí)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

二、尊重差異，全面發(fā)展

不同層次的學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受速度不同，掌握能力也不同，教師應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生的個(gè)體差異，在上課時(shí)要根據(jù)每個(gè)層次學(xué)生的能力來進(jìn)行授課，盡量做好鋪墊與銜接工作，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

比如，探究機(jī)械能守恒定律的本質(zhì)，筆者對(duì)探究的問題進(jìn)行設(shè)置時(shí)，注意銜接性，使其更緊密，以防止低層次的學(xué)生理解不透知識(shí)點(diǎn)進(jìn)而影響對(duì)整堂課的內(nèi)容的消化吸收。

〖例〗質(zhì)量為2kg的小球從高度為7m的地方做自由落體運(yùn)動(dòng)，如圖2所示，請(qǐng)求出小球在A點(diǎn)時(shí)的速度、動(dòng)能和重力勢(shì)能，小球在B點(diǎn)的速度、動(dòng)能和重力勢(shì)能，并計(jì)算小球從A點(diǎn)落到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能改變量與重力勢(shì)能改變量。

筆者設(shè)計(jì)的問題難度坡度小，讓每個(gè)層次的學(xué)生都能在求解中有所收獲。簡(jiǎn)單的問題有利于讓低層次的學(xué)生獲得成功的喜悅，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣與信心。筆者發(fā)現(xiàn)在同學(xué)們探究過程中，低層次的學(xué)生可能對(duì)某一個(gè)問題不會(huì)計(jì)算求解，通過請(qǐng)教高層次學(xué)生獲得思路后，便能迅速地投入到后續(xù)問題的計(jì)算中。最終，同學(xué)們計(jì)算得到，運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)小球的速度為，動(dòng)能為60 J，重力勢(shì)能為80 J。到B點(diǎn)時(shí)小球的速度為10 m/s，動(dòng)能為100 J，重力勢(shì)能為40 J。因此可以得到動(dòng)能的增加量為40 J，重力勢(shì)能的減少量為40 J。然后筆者對(duì)同學(xué)們提問：“我們可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減少量是相等的，那么這一等量關(guān)系說明了什么問題呢？”讓同學(xué)們經(jīng)過一定時(shí)間的思考后，筆者進(jìn)行了總結(jié)與歸納。因?yàn)樵谶@一過程中，物體僅受重力做功，因此機(jī)械能守恒，所以是40 J的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為40 J的動(dòng)能。我們從能量轉(zhuǎn)化角度揭示了機(jī)械能守恒定律的本質(zhì)。

在上述教學(xué)活動(dòng)中，我們要重視學(xué)生的個(gè)體差異，精心設(shè)計(jì)問題，使每個(gè)層次的學(xué)生都能各盡所能，各有所得，充分參與到教學(xué)活動(dòng)中，提高課堂效率。

三、縱橫對(duì)比，深化思維

機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理有很多相似的地方，如果不加以區(qū)分，那么同學(xué)們就容易產(chǎn)生混淆。因此教師在教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行橫縱向的對(duì)比，對(duì)機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理加以區(qū)分，深化理解。

比如，筆者在課堂上以提問的方式，一步一步地引導(dǎo)同學(xué)們區(qū)分兩者的不同，然后對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)。筆者對(duì)同學(xué)們提問道：“機(jī)械能守恒定律應(yīng)用的條件是什么呢？”同學(xué)們很順利地答出機(jī)械能守恒定律只適用于只有重力和彈力做功的情形。筆者緊接著進(jìn)行提問：“那么動(dòng)能定理的使用條件是否與其相同呢？”同學(xué)們思考片刻后立即回答道：“不是，用動(dòng)能定理解題時(shí)，允許重力、彈力和其他力做功。”通過這一組提問，筆者引導(dǎo)同學(xué)們對(duì)兩者的適用條件加以區(qū)別。之后，筆者繼續(xù)問道：“在解題時(shí)，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律與應(yīng)用動(dòng)能定理有什么區(qū)別呢？?jī)烧叩姆治鏊悸酚惺裁床煌?？”同學(xué)們聽完問題后開始比較做過的例題，思考解題過程中的不同之處。在筆者的引導(dǎo)下，同學(xué)們最終發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)只需要確定物體運(yùn)動(dòng)過程始末狀態(tài)的機(jī)械能，然而應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，可能還需要分析運(yùn)動(dòng)過程中的中間細(xì)節(jié)，確定出所有力對(duì)物體所做的功，進(jìn)而對(duì)兩者的解題思路加以區(qū)別。

在上述教學(xué)過程中，筆者通過引導(dǎo)同學(xué)們來區(qū)別機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理，加深了同學(xué)們對(duì)這些物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)，防止同學(xué)們?cè)诮忸}時(shí)思路模糊，混淆概念，取得了很好的教學(xué)效果。

四、從生活視角，強(qiáng)化應(yīng)用

著名教育家陶行知先生主張，生活即教育，教育不能脫離生活，生活也不能脫離教育。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)從生活視角，來強(qiáng)化同學(xué)們對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用。

比如，為了強(qiáng)化同學(xué)們對(duì)機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，筆者利用過山車模型進(jìn)行講解，激發(fā)了學(xué)生的興趣與熱情。筆者首先給同學(xué)們播放了一段過山車的視頻，然后用幻燈片展示了如下圖3所示的過山車模型。

假設(shè)軌道是光滑的，讓同學(xué)們思考其中蘊(yùn)含什么物理知識(shí)呢？同學(xué)們都能發(fā)現(xiàn)，由于過山車只有重力做功，因此機(jī)械能守恒。緊接著筆者提出一個(gè)問題讓同學(xué)們進(jìn)行探討。由于過山車需要在半徑為 R 的圓形軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)且不能脫離，因此它在圓形軌道的最高點(diǎn)是有速度限制的，要求最高點(diǎn)速度最小為，請(qǐng)同學(xué)們求出過山車下落時(shí)的高度需要滿足的條件。

這個(gè)問題，給同學(xué)們提供的最高點(diǎn)的速度條件能夠很好地為后續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用這個(gè)例子可以進(jìn)行有效地導(dǎo)入。同學(xué)們計(jì)算出出發(fā)點(diǎn)的重力勢(shì)能為mgH，動(dòng)能為0，圓形軌道最高點(diǎn)重力勢(shì)能為2mgR，動(dòng)能為，通過利用機(jī)械能守恒定律，得出H的最小值為2.5R。

在上述教學(xué)中，筆者通過對(duì)生活中的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)同學(xué)們學(xué)會(huì)利用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，提高了同學(xué)們解決問題的能力，高效地完成了教學(xué)目標(biāo)。

綜上所述，筆者通過采取有效的教學(xué)策略，突破了機(jī)械能守恒的適用條件、本質(zhì)、解題思路和與動(dòng)能定理的區(qū)別等難點(diǎn)、重點(diǎn)，取得了很好的教學(xué)效果?？傊?，教師在教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主體性，引導(dǎo)他們主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，有利于開展物理課堂的高效教學(xué)。

（責(zé)編 盧建龍）