《动能定理》教学反思

刘文

高中物理向来以“难理解、难学习”著称，其本质原因在于学生在学习过程中习惯性的对物理知识简单的记忆而非理解。背公式、套公式、记结论、模仿例题是他们学习的惯用手段，这样模拟的单一思维路径就导致当题目一旦出现变化时，学生便会不知所措。怎样能够使得学生从单一思维路径过渡到真实的复杂决策路径就成为教师需反思的问题。

动能定理作为高中物理知识体系中的重要环节，在每年高考中都会被频繁考察。由于该定理涉及到做功与能量的变化，抽象、不易演示，学生在学习该部分内容时习惯性的背公式、套公式、记结论、模仿例题，缺乏对知识的自主认知。本节课通过示错纠错、一题多解、自主命题三个方式促使学生对知识点进行主观探索，从单一思维路径向复杂决策路径过渡，锻炼学生对知识点整体把控的能力。

方式一：示错纠错，体会动能定理的必要性

例题一：一汽车的质量为10×10³kg，阻力恒为车重的0.1倍。汽车从静止开始以2×10²kw的恒定功率沿平直的公路运动15s后达到最大速度，取g=10m/s2，求汽车在这15s的时间内发生的位移。

学生固有的单一思维往往是处理变化问题的一大障碍，解题中正例传递了有利于概括的信息，反例则传递了有利于辨别的信息。在机车启动问题中，学生的刻板印象便是采用匀变速直线运动中的公式来解决物理问题，但对于恒功率启动的机车问题，随着速度的增加，牵引力逐渐减小，在摩擦力不变的情况下，机车的加速度在减小，机车的运动过程是加速度减小的变加速运动，所以无论是图像面积还是匀变速直线运动公式都无法求解位移的大小。这时我们只能用动能定理来进行求解。示范正确的解题过程后，我给出了两个学生错误解法的截图，以错误为素材邀请我们的学生作为老师来批阅并指出其中错误的原因。

图1 例题一错误解法一                          图2 例题一错误解法二

对于学生的错误，适时集结暴露剖析，有利于加大以错改错的力度，培养学生的批判性思维，防止学生总以固有单一的思维方法错误的解决所有问题。

方式二：一题多解，感受动能定理的优越性

例题二：质量为1kg的物体，在水平恒定拉力F的作用下，沿粗糙水平面运动，当速度达到一定值时，拉力F停止作用，最终物体静止，右图为物体运动的v-t图像。求整个运动过程中，拉力做的功与克服摩擦阻力做的功的比值。

所谓“一题多解”是指对同一个问题，沿着不同的方向去思考，

从不同角度对所给信息加以重组，运用不同的概念、公式、原理解题，而得到相同的结论^[1]。在例题二中，学生往往会先求出拉力和摩擦力的大小，再求出两力对应的位移，通过求出两个力做的功进而求出比值。这种方法有利于我们清晰的把握物体整个过程中的运动情况，但计算量较大。当学生求出比值为1：1时，教师只需稍作提醒：“我们是否有更简便的方法？”这时，学生不难想到对全过程使用动能定理进行分析，物体的初末动能相等，拉力和摩擦力做功之和为0，便可求出比值。当然，我们在处理一道问题时，不能为了多解而多解，最重要的是多解归一，有所发现，有所总结，就这题而言，不难看出使用动能定理的优越性。即使问题并非求比值，而是求拉力、摩擦力做的功，在初末动能相等的情况下，我们也可以使用这个方法来进行检验。这样的“发散思维”是一种不依常规、寻求变异、从多角度多侧面思考问题，不拘泥于一种思考途径，不受现在知识的局限，也不受传统知识束缚的一种思维方式，是创新能力的一个重要元素^[1]。

物理解题过程中，很多题目的解法往往不是唯一的，这样“殊途同归”的体验有利于开阔学生的思路，将所学知识融会贯通，形成发散性思维，多角度分析解决物理问题，促使学生从单一思维路径向复杂决策路径过渡。

方式三：自主命题，形成动能定理的自主认知

例题三：1.根据提供的模型：斜面+圆轨道（相切于B点），编制一道习题并解答；

2.知识点要求：涉及动能定理在平抛运动、圆周运动中的应用；

3.提示：所求物理量可以是某点物体速度、对轨道压力、高度h、摩擦力做功。

在传统教学中，学生大多“有什么吃什么”，跟着教师的思路去解决教师给出的问题，这就使得学生对于知识点缺乏自主认知能力，无法站在更高的视野挖掘知识的本质。动能定理涉及到做功与能量的变化，教师不易演示，学生很难对该知识点形成深刻的认识、整体的把握。自主命题能过够激发学生的自学能力，增强学生的思维能力，促进学生的应用能力^[2]。自主命题法的体验创新功能所造就的个体创造性在某种意义上说不是“学”出来的，而是激发、弘扬出来的，是通过实际的创造性活动逐渐发展起来的。活动的本质特征就是个体的主动参与。学生自主命题的活动过程就是学生主动参与的过程。在此过程中，学生把教材知识点改编成为试题，使学生在尝试中体验和创新，变传统意义上的“教师考学生”为“学生考学生”和“学生测教师”，变教学过程中学生被动接受为学生主动对问题进行探究、解决。这样，既使学生进一步理解了所学知识，培养了学生的学科应用意识，体验了学科在实际生活中的作用，又使学生品尝到创造的成功喜悦，提高了学生的自主创新能力，培养学生的发散性思维能力^[3]。因此，我采用课前发布自主命题学案，给出动能定理的应用中出现较为频繁、综合性较强的物理模型（如图4所示）与相应的命题要求请学生进行自主命题，消除学生对做题的厌恶与恐惧，促使学生对知识点进行主观探索，锻炼学生对知识点整体把控的能力，强化学生的自我评价意识。课上选择了四个问题进行讲解，如下图所示：

图5 学生自主命题一

图6 学生自主命题二

图7 学生自主命题三

图8 学生自主命题四

自主命题一是对于恰好通过轨道最高点以及无摩擦情况下动能定理应用的考察，也是较为简单、基本的问法，因此该提问作为开启问题，使得学生迅速回顾动能定理在此类模型中的应用。紧接着，如果存在摩擦力，该如何应用和求解呢？笔者选择的自主命题二即求解摩擦力做功，在此过程中能够提醒学生注意摩擦力做功的符号问题。题二是通过高度求摩擦力做功，反过来通过摩擦力能否求解高度呢？笔者在这里选择了自主命题三，一方面它是题二的逆运算，另一方面它能够带领学生温习回顾斜面上摩擦力做功的求解方法。在挑选题目以及最终的题目呈现过程中，笔者发现学生对于恰好到达D点这一条件使用颇多，从这一角度看，大部分学生对此模块内容存在单一的固有思维，所以笔者选择了自主命题四作为压轴，去除了恰好到达D点这一条件，将学生的思维向复杂决策路径过渡。

此外，其中学生编制的题二（缺少条件）和题四（无法实现）是无法求解的，从情感态度价值观方面，也能够让学生体会到编制物理问题的不容易，从而培养学生科学严谨的学习态度。

笔者希望能够通过这三种不同的方式改善学生的课堂参与情况，感受“动能定理”的必要性和优越性，进一步熟悉巩固“动能定理”在不同物理情境下的应用，从一定程度上推进学生的单一思维路径向复杂决策路径的过渡。