高中物理能量觀念的教學探索與思考

沈 昊

(江蘇省常熟市梅李高級中學 215500)

物理學科的核心素養(yǎng)包括四個方面的內(nèi)容：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任.第一項內(nèi)容就是物理觀念，而能量觀念正是物理觀念的重要組成，在高中物理教學過程中，我們要關注學生能量觀念的培養(yǎng)，并指導學生運用能量的相關規(guī)律和方法來分析和解決問題.

一、高中物理教學中的能量觀念

能量首先是一個基礎性極強的物理量，學生在高中物理教材中首次接觸“能量”這個概念是在必修二的第七章第一節(jié)“追尋守恒量——能量”.這一節(jié)的文本內(nèi)容中明確指明這樣的一個事實，即能量觀念實際產(chǎn)生于能量概念提出之前，伽利略在小球從某個斜面下滑后沖到對面的斜面上時發(fā)現(xiàn)，這時無論對面的斜面是陡峭一些還是平緩一些，小球都會在某一特定的位置減速為零，這個位置的高度和小球原先的出發(fā)高度相同.當時的物理研究者以“小球好像‘記得’自己起始到的高度”來形容這一現(xiàn)象，當然“記得”并非標準的物理語言，后來的物理學家則將這一事實表述為“有個守恒的物理量”，并且將其稱為“能量”.

在高中物理學習過程中，能量是在力學這一模塊引入的，從必修二第七章開始，學生在處理力學問題時，就要嘗試以能量來表征物體的力學特征，用能量轉(zhuǎn)化和功能關系來刻畫物體的運動過程.這就是能量觀念來力學模塊中的體現(xiàn)，第七章的名稱是“機械能守恒定律”，但是所涉及到的內(nèi)容卻相當繁多，它包括功和功率、動能和勢能的介紹、動能定理、機械能守恒定律、功能關系等等.在知識編排的邏輯結(jié)構(gòu)上，教材先以“追尋守恒量——能量”一節(jié)開始引入能量的概念，隨后引導學生認識功、功率、重力勢能、彈性勢能等基本概念，通過探究實驗安排學生研究速度變化和功的關系，在此基礎上引入動能定理，當學生對動能定理有效把握之后，學生又開始了對機械能守恒定律的學習，結(jié)合這兩段內(nèi)容的學習之后，學生將對功能關系形成最基本的認識，最后再對能量守恒定律形成認識.

綜觀整章內(nèi)容，雖然“能量觀念”沒有直接以文本的形式出現(xiàn)，但能量關系卻的確貫穿始終，以“功”的概念教學為例，教材在這一節(jié)的引言部分就指出“能量及其轉(zhuǎn)化的認識和功的概念緊密聯(lián)系”，因此在教學過程中，教師要在這些核心概念的教學過程中，就要將能量觀念滲透于其中，讓學生結(jié)合能量觀念來學習這些概念，深刻領會相關概念對物理知識建構(gòu)的重要意義.

在后階段的物理學習中，無論是電場，還是電磁感應，亦或是理想氣體的相關問題，能量觀點也成為問題分析的重要視角，這時教師要提醒學生結(jié)合能量觀點來完成問題的表征，并結(jié)合相關原理來完成問題的分析和處理，這樣的操作有助于學生強化對物理情境的認識，也能讓學生對這些內(nèi)容形成深刻理解.

二、結(jié)合能量觀念來培養(yǎng)學生思維的靈活度

對不少學生來講，能量觀點的提出為他們多方位分析物理問題提供了一個新的視角，當然這也就意味著學生所面臨的問題也將越來越靈活，他們在問題處理的過程中，隨機應變地選擇各種方法和物理規(guī)律來實現(xiàn)問題的高效解決.這也就對學生思維的靈活度提出了新的要求，即學生要善于切換自己的思路，多方位地探索問題的解決方案，而能量觀點應該是一項較為基礎的備選方案，在日常教學過程中，教師幫助學生將能量角度的分析方法轉(zhuǎn)化為他們的一種思維習慣，這樣學生在實際問題的處理和分析時才能更加高效地完成問題解決.

此外，能量在整個物理知識框架中也對應著一個龐大的分支體系，它與其他物理知識也存在盤根錯節(jié)的關系，這給學生的理解和掌握提出了難題，需要學生能夠?qū)Ω鱾€概念形成精準的把握，厘清不同規(guī)律的使用條件和基本操作，同時這也給學生的學習帶來某種契機，既然很多知識之間存在關聯(lián)性，那么他們就可以借助這些關聯(lián)將諸多知識整合起來，實現(xiàn)綜合性的理解.

功與能的關系存在于很多知識中，學生在學習物理時對相關認識展開比較和分析，有助于學生對復雜而抽象的內(nèi)容形成較為深度的認識和理解.比如在電場的學習過程中，學生對電勢能的理解總是存在很大的困難，教師可以引導學生采用類比的方式展開探索.在學生開始學習電場之前，他們對重力做功和重力勢能變化的關系理解得還是比較清楚的，在教學實踐中，教師要引導學生采用類比的方式進行研究：(1)在重力場中，重力做功有什么特點？重力做功與重力勢能的變化有什么關系？(2)在電場中，電場力做功有什么特點？電場力做功與電勢能的變化有什么關系？對學生而言，電場學習的最大難點就在于知識的抽象性，教師引導學生將相關場景類比于他們熟悉的重力場場景，幫助他們化陌生為熟悉，變抽象為形象，他們的認知將更加高效，而且這種思維習慣延續(xù)下去，當他們遇到帶電粒子偏轉(zhuǎn)的問題時，他們也能夠?qū)⑦@種類比的操作沿用下來，問題解決的效率會更高.

三、將能量觀念滲透在高中物理教學中的反思

筆者在教學中積極將能量觀念滲透在教學之中，取得了一些成果，也發(fā)現(xiàn)了一些尚待提升的地方.首先是能量觀念的物理教學內(nèi)涵還需要進一步豐富，和部分學生交流時發(fā)現(xiàn)，雖然教學中我們一直將能量觀念定位為一種分析問題和研究問題的視角，但是很多學生依然將其視為解題方法，這顯然是對能量觀念價值的一種弱化，教師還需加強理論研究，豐富相應的理論體系，提升課堂的理論層次.

在教學探索中，物理教師還可以采用課題研究的方式對“高中物理能量觀念的教學”展開探索，并緊密依托實踐來進行分析和研究，這樣的處理能加強教學理論的系統(tǒng)化和體系性，有助于教師在各種教科研活動中展開經(jīng)驗交流，這也必然會促成課堂效率的提升.

綜上所述，在高中物理教學中，教師將能量觀念的教學和學生對物理知識的探索整合起來，有助于學生更加深度地領會物理知識，有助于學生訓練他們的物理思維，這種思維習慣必然會向?qū)W生的生活延伸，指導學生以更加理性的視角來分析和研究生活中的實際問題，這才是我們開設物理課程，提升學生學科素養(yǎng)的根本目的所在.