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收藏学习《高中物理功率概念引入的高端备课》
收藏学习《高中物理功率概念引入的高端备课》
高中物理功率概念的教学.前承新授课"功的概念巩固,后启机械效率、电功率等新知识的学习.同时担负着培养学生知识应用能力、理论联系实际的任务,因此.对功率概念教学的引入进行深入研究与分析,具有十分重要的意义,如何基于高中学生的认知水平展开功率概念的引入,是功率教学设计的重要环节，高中物理功率概念的编写分析。 高中物理功率概念的编写.采用"功W 与完 成这些功所用的时间t之比叫作功率"的方式,直接定义了功率的公式,即P=W/t进一步研究发 现,人教版初中物理教材对于功率的表述,同样采用了"功与时间之比叫作功率"的直接定义方式.[2]认真研究发现,中学物理教材的功率定义虽 然在事实上使用了比值定义法,但却没有说明定义功率使用了什么样的科学方法,更没有运用比值值定义法的步骤去定义功率,当然,也就没有揭示为什么要用功与时间的比值定义功率。 我们认为,如果教师在教学中没有按照比值定义法的步骤去引人功率,而是仅仅直接给出功率的定义式,那么就容易导致学生对功率的意义认识不清,只能对功率概念形成表面的感性认识并不能真正理解功率的意义,而且容易模糊定义功率的各个物理量之间的关系,进而简单地把物理量之间的比值关系.误认为是物理量之间的因果关系,从而得出"做功越多,功率越大",或者"功率与功成正比,与时间成反比"的错误认识.这些错误观点产生的原因,就在于学生在学习功率定义的过程中,没有充分理解功率概念引人的方法与意义.因此,展开高中物理功率概念引入的高端备课就具有重要的意义. 2 高中物理功率概念引入的高端备课 通过分析高中物理功率概念的编写,笔者按照比值定义法的教学步骤,结合学生的认知发展水平.展开高中物理功率概念引人的高端备课。 2.1 直接以物体做功的多少来衡量物体做功的意义 通过前期的学习,学生已经基本了解了功的概念.那么在现实生活中如何衡量物体做功的意义呢?教师在教学中应注意创设情境,通过逐步剖析物理现象,让学生理解功率概念引入的意义. 情境创设:中国台北101登高赛是在中国台北101大厦举办的登高比赛,参赛者需要从1楼 跑到 91楼的观景台,共2046个台阶,高度为390 m.在 2014年举办的中国台北101登高赛中,Nor- bert Lechner 會分别以两种方式登上了390 m 高 处的室外观景台 第1次Norbert Lechner 赛前踩点,以游客身份 熟悉中国台北101大厦的攀登路线,假设 Norbe Lechner 登1层用时30s,登顶共用时45.5 min 第2次 Norbert Lechner 正式参加中国台北 101国际登高赛,以13 min 56 s的成绩登顶 通过分析上述场景,教师引导学生计算两种 情境下Norbert Lechner克服自身重力所做的功. 假设 Norbert Lechner的体重为75 kg,[3]不 难发现,Norbert Lechner 两次登楼克服自身重力 所做的功相同,均为W=mgh=292500J.第1次 以正常速度到达观景台时,Norbert Lechner 还有 闲情逸致观景,体验"会当凌绝顶,一览众山小"的感觉.第2次Norbert Lechner登顶时已经累倒在地,显然,在做功大小相同的情况下,却产生了两种完全不同的做功效果.这是为什么呢?这就说明,直接或单独用做功的多少来衡量做功的意义是不全面的,还需要考虑做功的时间.因为只有同时考虑做功所花费的时间因素,比较做功的多少或比较做功的效果才有意义. 2.2 选取相同的时间标准继续衡量做功的意义 我们原本是要通过物体做功的多少来衡量物体做功的意义,结果发现,单纯以物体做功的多少来衡量物体做功的意义是不全面的.要进行衡量 或比较物体做功的意义,还需要选取相同的衡量或比较的标准.分析发现,Norbert Lechner两次 做的功大小相同但结果却大相径庭,其原因就在于所用的时间不同.因此,比较做功的意义还需要 选取相同的时间标准.为此,教师可引导学生选取相同的时间标准,继续比较Norbert Lechner两次 登楼所做的功,怎样选取相同的时间作为比较的标准?利用除法这一数学工具,把物体做功的多少与所花费的时间相除,使时间这一标准化为"1 s".因此,把 Norbert Lechner两次爬楼所做的 功与所花费的时间相除,从而比较相同时间内两 次做功的多少.Norbert Lechner第1次登楼平均 每秒克服重力所做的功为107.1J,第2次正式参 加比赛登楼,Norbert Lechner平均每秒克服重力 所做的功为349.9J.显然,在1s时间内,Norbert Lechner 第2次参加比赛时克服重力所做的功要 明显多于第1次登楼时所做的功.因此,教师可以引导学生分析,107.1J/s与349.9 J/s的物理意 义是什么?两个比值是否具有普适性?通过问题引导学生深入思考,进一步探讨物体做功与时间比值的物理意义. 2.3 诠释物体做功与时间比值的物理意义 显然,Norbert Lechner两次登楼都是克服自 身重力做功.虽然做功的多少相同,但由于所用时间的不同,做功产生的效果也就大相径庭.所以,衡量物体做功的意义时,需要考虑物体做功的多少与所用时间的比值.这一比值说明,只考虑物体做功的多少而不考虑做功的时间是没有意义的.比如,敌我双方同时从山谷向山顶攀登,都需要克服自身重力做功.在这种情况下,不仅要考虑能否顺利攀登到山顶(克服重力做功),更为重要的是,要能够先敌一步攀登到山顶(克服重力做功所耗费的时间).只有先敌一步登顶,攀登才有意义.比值的另一层意义在于:只考虑做功的时间而不考虑做功的多少同样是没有意义的.又如,守卫一座城市需要在短时间内运送一定的兵力(做功).如果运送的兵力不足(做功太少),尽管有部分士兵如期到达,但城市却不保,兵力运送的结果(做功)就毫无意义. 2.4 得到物体做功与时间比值的结论 根据上述研究可知,物体做功与所用时间比的含义是单位时间内物体做功的多少,物理 学将之定义为"功率".即功率表示物体做功的快 慢,用符号P表示,其定义式为做功与所用时间的 比值P= W /t由定义式可知,功率的单位可表示为J/s.对于功率的大小,可以用P= W/t来度量,但功率与功、时间之间并不存在比例关系.由此,学生才能清楚地理解诸如"做功越多,功率越大""功率与做功成正比,与时间成反比"等观点都属于错误认识,从而准确地把握功率的内涵与外延. 3 研究启示结合高中物理功率概念引入的高端备课过程,笔者得到如下启示. 3.1 注意把握功率概念的物理意义 物理意义指一个物理量的全部内涵与外延及其反变关系.4物理意义既包括用通俗易懂的语言揭示物理量的本质,让学生理解物理概念的含义;也可代指建立物理量的原因,通过说明引入该物理量的作用让学生牢记物理量,并将其与其他物理量区分开来.比如功率概念的引入,从直接比较物体做功的多少出发,发现并不能彰显做功的意义,因此需要引入比较的标准,同时衡量物体做功的多少与花费的时间,从而利用功与时间的比值定义功率.因此,功率概念物理意义的阐述是功率概念引入的关键.通过对功率概念引入原因的揭示,从而让学生正确区分功与功率,避免将功率与功的概念相互混淆.应当指出的是,初中与高中对于功率概念的教学要求是有所区别的.初中阶段主要是让学生运用生活中的实例了解功率的含义,[5]而高中阶段则需要学生理解生活中常见机械的功率大小及其意义.[6]因此,功率概念的教学要循序渐进,让学生逐渐明晰功率的物理意义.高中功率概念引入的高端备课,注重物理概念意义的生成,为中学物理概念教学注入新的生机. 32 避免功率教学出现科学性错误 物理教学设计要避免违反科学性、真实性的原则.[7由于物理概念教学的复杂性,因此,在物 理教学过程中,有时候稍不留意,就会出现科学性 错误.以中国台北101登高赛选手 Norbert Lechner为例,如果探讨电梯对人做的功和人对自己做的功与时间比值的意义,就出现了科学性错误.这是 因为,尽管电梯对Norbert Lechner做的功和 Nor- bert Lechner 登楼对自己做的功都是 292500J,但做 功的发起者却不一样.[8]前者做功的发起者并不是 Norbert Lechner本人,而是电梯;后者是 Norbert Lechner本人克服自身重力对自己做功.由于做功 的发起者不同,将两者所做的功与所用的时间进行比较,就产生了科学性错误,这在高中功率概念的引入教学中是需要引起注意的。 3.3 深入挖掘功率概念引入的科学方法 由物理概念规律的教学要求可知,物理概念规律的教学包括以下环节:(1)创设物理概念规律建立的情境;(2)运用科学方法建立物理概念与规律;(3)诠释物理概念与规律的本质;(4)借助科 学方法应用物理概念与规律.[按照这样一个理 论来指导功率概念的引人,不难发现,Norbert Lechner爬楼是创设物理情境的过程,而功率概念 引人最为关键的环节,是要运用比值定义法的4个步骤得出功率的表达式,即(1)选取比较的对象;(2)选取比较的标准;(3)研究比较的意义;（4)得出比较的结论.[10]显然,只有深入挖掘功率概念引入的科学方法并加以实施,才能使功率概念的引人云开雾散,豁然开朗. 中学物理教学中有不少概念和功率一样,都是借助比值定义法定义的.教师在教学过程中应注意按照比值定义法的步骤开展概念教学,显化科学方法,[]只有如此,才能让学生获取物理知识、建构物理概念、培养关键能力,提升核心素养. 参考文献: 1 人民教育出版社课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.物理(必修第2册)[M].北京:人民教育出版 社,2019. 2 人民教育出版社课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.物理(8年级下册)[M].北京:人民教育出版 社,2012. 3 关艳丽,邢红军.初中物理"功率"的高端备课J].物理 通报,2018(06):27-29. 4 阳玉岗.关于物理意义的教学[J].乐山师专学报(社会 科学版),1994(02):46-48,54. 5 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S]. 北京:北京师范大学出版社,2022. 6 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准 [S]. 北京:人民教育出版社,2022. 7 沈金林.对物理命题中若干典型错误的解析-兼议物理命题的科学性问题[J].物理教师,2006(02):11- 12,14. 8 关艳丽,邢红军.初中物理"功率"的高端备课J].物理 通报,2018(06):27-29. 9 邢红军,赵玉萍,龚文慧.论物理概念与规律的认知机制：深化与发展[J].课程·教材·教法,2022,42(03): 124-130. 10 邢红军.按照比值定义法的本质改进高中物理概念的编写[J].物理教师,2004(04):5-7. 11 邢红军,宁成,胡杨洋.一节新授课的高端备课-力的分解[J].物理教师,2013,34(06):26-28,34.