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1 提出问题
根据对几轮教学过程的回顾与反思,及对几届学生的教学观察,在教“能量”这个概念时,遇到的主要问题有:为什么要学习能量,找不到一个适合学生认知需要的理由;基于“能是做功的本领”的抽象描述,难以让学生真正理解并掌握能量概念;没有一个能够让学生易于接受的、分析能量转化的方法;判断能量的增减时,只能基于具体能量的影响因素(如动能与物体的质量和速度有关)进行教学.
相应的,学生学习能量概念时出现的主要问题有:学生知道了有“能量”这个概念,却不知道为什么要建立这个概念;记熟了能量定义后,多数学生仍不知能量的真实含义;在研究能量的转移与转化时,学生一般只能机械地根据影响因素来判断,缺少感性认识.
常用的解决问题的办法也不外乎通过习题训练,让学生在多次重复中加强机械记忆,加上中学阶段对能量的考查要求并不高,因此不影响学生的考试成绩.但如何合乎逻辑地建立能量概念,如何让能量概念在学生的思维中得到内化,这是一个值得认真思考的问题.
2 分析问题
我们对能量概念进行分析后发现,根据现行教材的描述与编排,能量是一个比较抽象概念,它比功的概念更抽象.要知道,对于中学生尤其是初中生而言,力的概念本身就是抽象的,建立在力的基础上的功的概念则更是抽象——学生学习功时已经遇到了很多困难.而能量概念偏偏又是以功为基础的——“能是做功的本领”或“一个物体如果能够对外做功,我们就说这个物体具有能”.以抽象概念为基础建立起来的概念,其抽象性可想而知.
将抽象的对象形象化是化解此类困难的不二法门,我们提出猜想:可否将能量概念及能量的转化过程形象化、“物化”,使“能量”在学生的头脑中是一个可以“加工”的形象“物件”,从而顺利建立能量及其转化的概念.
3 理论参考
真的是很巧!有了这个想法后,恰好又读到《初中物理教科书中的能量概念比较研究》一文(谭晓,彭征,《课程·教材·教法》2008年第12期).此文對笔者来说,无异于雪中送炭.该文比较了中、英、德三国的教材对能量概念的处理,通过阅读该文,我们可以管窥到英国教材中的能量概念非常生活化,而严谨的德国教材对能量知识的处理则非常系统.尤其是后者提出的“能量携带者”、“能量转换器”等说法,也涤清笔者原本有些混沌的思考,简直就是“山重水复”之际的“柳暗花明”.笔者当即产生一个想法:用“能量携带者”、“能量转换器”(后在教学实践中改为“能量转化器”)等有形的物体来化抽象为形象,化解学生学习的困难.
顺便说一下的是,江苏科学技术出版社出版的《物理》9年级下册很可贵地提到了“能量转换器”的概念,只因是出现在习题中,教师一般不大注意.
4 实践研究与思考
在思考相对成熟后,笔者进行了实践,梳理如下.
4.1 “能量携带者”概念的建立
教学现场
师:电、煤、食物等物品对于我们的生活是必不可少的,因为它们对人类具有利用价值,这种价值体现在哪里呢?
生1:用电才可以看电视,灯才能亮.
生2:煤可以用来取暖.
师:呵,你抱着煤取暖啊?(生笑)
生2:点燃了取暖.
生3:不吃食物人就会死,所以食物的价值最大.
师:“能量”一词同学们听说过吗?
生(众):听说过,奥特曼有能量……(很巧的是,学生大都想到这个例子,说明媒体已经成为学生“学习共同体”的重要组成部分,其中亦有研究的价值.)
师:刚才我们举的三个例子里有哪些能呢?
生:光能、热能(本着尊重学生的先前经验,这里暂不纠正为“内能”)、电能……
师:一定程度上,能量用来表示物体对人类的使用价值,同学们刚才所说的能量形式是正确的.请继续思考,煤在燃烧前有热能吗?
生:没有.
师:那没有燃烧的煤有能量吗?
生(众):没有.
师:没有能,那就没有利用价值了,人们干嘛还要花钱买煤呢?
生:会不会原来没有能量,一燃烧就有能量了呢?
师:一燃烧就凭空产生了能啊?
生:是啊.
师:关于这个问题,科学家进行了长时间的研究,由于时间关系,这里我们暂不展开论述,但科学家研究出的结论我可以先告诉大家——能量是不会凭空产生的.所以,没有燃烧的煤也是具有能量的,这种能常被称之为“化学能”.
生思考…….
师总结:其实,像煤、电、食物等很多物体,人们之所以利用它,是因为它们有利用价值,这种价值就体现在能为人类活动提供能量,我们把这些物体叫做“能量携带者”.同学们想想,生活中还有哪些物体是能量携带者?都携带着哪些能量呢?
生思考、讨论、交流;师适时提醒、总结.(具体略.)
教学思考 考虑到能量概念学生已经有所认识,所以,本环节没有侧重于能量定义的教学,而是引导学生根据生活经验,去思考哪些物体携带有能量.在学生思考、讨论交流的过程中,学生能够将能量携带者从生活经验中提取出来,教师的适时提醒与点拨也让学生知道了还有“化学能”等形式的能量,这为后面更广泛地讨论能的转化打下了基础.
4.2 能量的转移
该部分知识相对简单,限于篇幅,不再赘述.
4.3 “能量转换器”概念的建立
教学现场
师:我们接着讨论上面的例子.灯泡发光时,有光能出来了,光能是从哪儿来的呢?要知道,只要灯泡不熄灭,光能可是源源不断地出来哦!
生思考……片刻之后.
生1:我知道了,是电.
师:说清楚点.
生1:是电能变过来的.
有学生在下面反驳:你怎么知道的?你看见它变的呀?
生1:那你家用电给不给电费呀?
下面的学生:当然给了,我不给你帮我给呀.
生1:你给电费是因为你消耗了电能,电能变了光能.(尽管白炽灯实际上是将电能转化为内能,当灯丝达到白炽状态时,开始发光,但此时仍不宜过早地告知学生这一点.否则,学生尚未建立的认知平衡又会被打破,不利于学生的学习.)
师:同学们思考一下,看有没有道理.(一段时间之后,多数学生表示认同.)
师:我们再来分析另外几个例子,如使用干电池时的能量转化情况……(略)
师总结:刚才我们分析的例子中的灯泡等家用电器、干电池等物体,它们能将一种形式的能“变”(加重口气)成另外形式的能,这种“变”我们叫做“转化”,这些物体我们就叫它“能量转化器”.同学们想想,在我们的生活中,哪些物体是“能量转化器”,并说明它们是将什么能量转化为什么能量.
生讨论交流过程略.
教学思考 多年的教学经验提醒我们,如果凭空地讲能量的转化,学生会觉得非常抽象,学生虽然能在多次重复之后说出某个过程中的能量转化过程,却难以理解转化的真实含义.而借助于生活中不同的“能量转化器”这样一个有形的物体,学生就可以在“进去的是什么能”、“出来的是什么能”的思考过程中建立能量转化的模型,从而理解其真实含义.
5 效果评估
我们对两个班上各个层次的部分学生进行了抽样调查,以对这种教学尝试进行评估.结果表明,学生在口头表达能量概念及能量转化过程时,思路比较清晰,基本都能够一下子说出不同物体在不同状态下具有的能量形式(这说明学生已经有了比较好的直觉),能够准确说出能量转化前后的能量形式及转化过程.而不是象往年一样需要强行记忆或重复训练才能达到同一水平.此外,学生的作业与考试情况也表明,在建立了“能量携带者”和“能量转化器”概念之后,学生在解答相关习题时出现的错误也大大少于往年.
由此我们认为,使用“能量携带者”及“能量转化器”来进行能量概念及相关知识的教学是有一定效果的.当然,可能由于一些不为我们所知的因素的影响,我们的实践未必完全科学,还希望有兴趣的老师通过尝试能有新的发现,以推动中学物理教学进一步发展.
根据对几轮教学过程的回顾与反思,及对几届学生的教学观察,在教“能量”这个概念时,遇到的主要问题有:为什么要学习能量,找不到一个适合学生认知需要的理由;基于“能是做功的本领”的抽象描述,难以让学生真正理解并掌握能量概念;没有一个能够让学生易于接受的、分析能量转化的方法;判断能量的增减时,只能基于具体能量的影响因素(如动能与物体的质量和速度有关)进行教学.
相应的,学生学习能量概念时出现的主要问题有:学生知道了有“能量”这个概念,却不知道为什么要建立这个概念;记熟了能量定义后,多数学生仍不知能量的真实含义;在研究能量的转移与转化时,学生一般只能机械地根据影响因素来判断,缺少感性认识.
常用的解决问题的办法也不外乎通过习题训练,让学生在多次重复中加强机械记忆,加上中学阶段对能量的考查要求并不高,因此不影响学生的考试成绩.但如何合乎逻辑地建立能量概念,如何让能量概念在学生的思维中得到内化,这是一个值得认真思考的问题.
2 分析问题
我们对能量概念进行分析后发现,根据现行教材的描述与编排,能量是一个比较抽象概念,它比功的概念更抽象.要知道,对于中学生尤其是初中生而言,力的概念本身就是抽象的,建立在力的基础上的功的概念则更是抽象——学生学习功时已经遇到了很多困难.而能量概念偏偏又是以功为基础的——“能是做功的本领”或“一个物体如果能够对外做功,我们就说这个物体具有能”.以抽象概念为基础建立起来的概念,其抽象性可想而知.
将抽象的对象形象化是化解此类困难的不二法门,我们提出猜想:可否将能量概念及能量的转化过程形象化、“物化”,使“能量”在学生的头脑中是一个可以“加工”的形象“物件”,从而顺利建立能量及其转化的概念.
3 理论参考
真的是很巧!有了这个想法后,恰好又读到《初中物理教科书中的能量概念比较研究》一文(谭晓,彭征,《课程·教材·教法》2008年第12期).此文對笔者来说,无异于雪中送炭.该文比较了中、英、德三国的教材对能量概念的处理,通过阅读该文,我们可以管窥到英国教材中的能量概念非常生活化,而严谨的德国教材对能量知识的处理则非常系统.尤其是后者提出的“能量携带者”、“能量转换器”等说法,也涤清笔者原本有些混沌的思考,简直就是“山重水复”之际的“柳暗花明”.笔者当即产生一个想法:用“能量携带者”、“能量转换器”(后在教学实践中改为“能量转化器”)等有形的物体来化抽象为形象,化解学生学习的困难.
顺便说一下的是,江苏科学技术出版社出版的《物理》9年级下册很可贵地提到了“能量转换器”的概念,只因是出现在习题中,教师一般不大注意.
4 实践研究与思考
在思考相对成熟后,笔者进行了实践,梳理如下.
4.1 “能量携带者”概念的建立
教学现场
师:电、煤、食物等物品对于我们的生活是必不可少的,因为它们对人类具有利用价值,这种价值体现在哪里呢?
生1:用电才可以看电视,灯才能亮.
生2:煤可以用来取暖.
师:呵,你抱着煤取暖啊?(生笑)
生2:点燃了取暖.
生3:不吃食物人就会死,所以食物的价值最大.
师:“能量”一词同学们听说过吗?
生(众):听说过,奥特曼有能量……(很巧的是,学生大都想到这个例子,说明媒体已经成为学生“学习共同体”的重要组成部分,其中亦有研究的价值.)
师:刚才我们举的三个例子里有哪些能呢?
生:光能、热能(本着尊重学生的先前经验,这里暂不纠正为“内能”)、电能……
师:一定程度上,能量用来表示物体对人类的使用价值,同学们刚才所说的能量形式是正确的.请继续思考,煤在燃烧前有热能吗?
生:没有.
师:那没有燃烧的煤有能量吗?
生(众):没有.
师:没有能,那就没有利用价值了,人们干嘛还要花钱买煤呢?
生:会不会原来没有能量,一燃烧就有能量了呢?
师:一燃烧就凭空产生了能啊?
生:是啊.
师:关于这个问题,科学家进行了长时间的研究,由于时间关系,这里我们暂不展开论述,但科学家研究出的结论我可以先告诉大家——能量是不会凭空产生的.所以,没有燃烧的煤也是具有能量的,这种能常被称之为“化学能”.
生思考…….
师总结:其实,像煤、电、食物等很多物体,人们之所以利用它,是因为它们有利用价值,这种价值就体现在能为人类活动提供能量,我们把这些物体叫做“能量携带者”.同学们想想,生活中还有哪些物体是能量携带者?都携带着哪些能量呢?
生思考、讨论、交流;师适时提醒、总结.(具体略.)
教学思考 考虑到能量概念学生已经有所认识,所以,本环节没有侧重于能量定义的教学,而是引导学生根据生活经验,去思考哪些物体携带有能量.在学生思考、讨论交流的过程中,学生能够将能量携带者从生活经验中提取出来,教师的适时提醒与点拨也让学生知道了还有“化学能”等形式的能量,这为后面更广泛地讨论能的转化打下了基础.
4.2 能量的转移
该部分知识相对简单,限于篇幅,不再赘述.
4.3 “能量转换器”概念的建立
教学现场
师:我们接着讨论上面的例子.灯泡发光时,有光能出来了,光能是从哪儿来的呢?要知道,只要灯泡不熄灭,光能可是源源不断地出来哦!
生思考……片刻之后.
生1:我知道了,是电.
师:说清楚点.
生1:是电能变过来的.
有学生在下面反驳:你怎么知道的?你看见它变的呀?
生1:那你家用电给不给电费呀?
下面的学生:当然给了,我不给你帮我给呀.
生1:你给电费是因为你消耗了电能,电能变了光能.(尽管白炽灯实际上是将电能转化为内能,当灯丝达到白炽状态时,开始发光,但此时仍不宜过早地告知学生这一点.否则,学生尚未建立的认知平衡又会被打破,不利于学生的学习.)
师:同学们思考一下,看有没有道理.(一段时间之后,多数学生表示认同.)
师:我们再来分析另外几个例子,如使用干电池时的能量转化情况……(略)
师总结:刚才我们分析的例子中的灯泡等家用电器、干电池等物体,它们能将一种形式的能“变”(加重口气)成另外形式的能,这种“变”我们叫做“转化”,这些物体我们就叫它“能量转化器”.同学们想想,在我们的生活中,哪些物体是“能量转化器”,并说明它们是将什么能量转化为什么能量.
生讨论交流过程略.
教学思考 多年的教学经验提醒我们,如果凭空地讲能量的转化,学生会觉得非常抽象,学生虽然能在多次重复之后说出某个过程中的能量转化过程,却难以理解转化的真实含义.而借助于生活中不同的“能量转化器”这样一个有形的物体,学生就可以在“进去的是什么能”、“出来的是什么能”的思考过程中建立能量转化的模型,从而理解其真实含义.
5 效果评估
我们对两个班上各个层次的部分学生进行了抽样调查,以对这种教学尝试进行评估.结果表明,学生在口头表达能量概念及能量转化过程时,思路比较清晰,基本都能够一下子说出不同物体在不同状态下具有的能量形式(这说明学生已经有了比较好的直觉),能够准确说出能量转化前后的能量形式及转化过程.而不是象往年一样需要强行记忆或重复训练才能达到同一水平.此外,学生的作业与考试情况也表明,在建立了“能量携带者”和“能量转化器”概念之后,学生在解答相关习题时出现的错误也大大少于往年.
由此我们认为,使用“能量携带者”及“能量转化器”来进行能量概念及相关知识的教学是有一定效果的.当然,可能由于一些不为我们所知的因素的影响,我们的实践未必完全科学,还希望有兴趣的老师通过尝试能有新的发现,以推动中学物理教学进一步发展.