初中物理“功率”概念的呈现

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  对“功率”的理解与教学,首先要明确“功”的概念。“功”是一个过程量,在做“功”过程中又伴随时间变化。因此,“功”本身應该存在做功快慢的差别。但对于“功率”概念,应该是建立在做“功”快慢的意义上,而非单纯地做“功”大小的比较。在初中物理课上,如何引领学生认识“功率”概念,需要结合学生认知水平,帮助学生了解“功率”的物理意义。
  探究教材编写内涵
  在“功率”概念呈现上,教材中设置了“爬楼梯”情境。大人和小孩爬同样楼梯,再结合做功快慢进行对比:用时短的做功快,用时长的做功慢。同样,不同物体在相同的做功时间内,其做功的多少可能不同。接着,教材中采用类比方式,将“功率”与前面所学的“速度”概念进行对照,得出“功率”的内涵为“功”与“做功所用时间”的比值;最后得出“功率”的计算公式及单位。这一呈现方式,显然还存在一些有待商榷的问题,具体分析如下。
  第一,在对做功快慢的比较中,通过对时间长短的分析,来对比相同的做功;时间相同又比较做功多少。显然,对于该法的运用,通过改变某一因素,研究该因素对某事物的影响,虽然降低了问题难度,但却对概念意义建构不明朗。比较做功快慢与做功多少,以及与时间的关系时,单纯改变某一物理量,并未从逻辑关系上对做功与时间比值进行准确说明。
  第二,从课例情境中,大人与小孩爬楼梯,做功是否相同?做功快慢是否相同?未对该问题进行说明,由此来引导学生得出比较结论,也是不太理想的方法。初中生在理解物理概念时,还处于具体运算阶段,需要借助于事物来支撑抽象思维运算。
  第三,在“功率”物理意义阐述上剖析不够,仅与“速度”概念进行类比,用“功率”来表示做功快慢,功与做功所用时间之比,仅表示为比值,两个物理量之间的比值含义未说清楚。
  重构教学设计,提升概念认知
  学习“功率”概念,结合对教材知识的呈现不足,我们通过重构课堂设计,来增进学生对功率的深刻理解。在课堂情境导入环节,我们结合台北101大楼举行攀登台阶活动为例,从1楼到91楼,乘坐电梯与走步梯,根据做功概念及计算方式W=Fs。两种方式所做的功相同,但对于乘电梯可以悠闲观景,而走步梯却累倒在地。两者在做功相同条件下,却产生不同的结果。折射出,“比较做功多少是没有意义的,还要关注做功所用时间的多少”。
  接着,在比较做功时,需要参照时间量,来重新审视案例情境,来分析电梯所做的功与人所做的功之间的差异。由此,可以将选择相同的时间标准,将电梯所做的功与人所做的功都除以相同的时间值,即利用“W/t”来比较两者的大小变化。
  据此,我们可以得知,乘坐电梯时,电梯所做的功与人走步梯时登高所做的功,分别与其所用的时间相除,结果是电梯在单位时间内所做的功,要远远高于人克服重力所做的功。然后,我们来分析这两个比值的物理意义。在“W/t”结果对比中,其内涵表示为物体做功的快慢,我们称之为“功率”,用P来表示,单位为“J/s”。人走步梯之所以累倒,原因是人的功率值为349.9W,已经达到人的身体极限值。所以,在进行课堂探究“功率”概念物理意义时,要将“功率”与做功结果,以及做功所用时间进行统合分析。单纯比较两个做功的多少,并不能全面衡量做功的意义。同样,在功率概念上,也应该建立在功与时间基础上。也就是说,在相同时间内做功多,其功率就大。
  物理概念教学的启示
  在讲解物理概念时,往往会从概念的公式入手,来探析其物理量的内涵及意义。但是,一个物理量,本身的内涵与外延都是其重要部分。在进行物理量阐释时,教师要注重概念意义的诠释,能够从与之相关联的其他物理量或多个物理量进行解读,帮助学生建立全面的概念含义。
  在“功率”概念呈现中,单独比较做功的多少,仅仅是说明做功的价值,但并未就功率的意义进行全面阐述,也未让学生明白,功率所包含的时间属性,做功与时间之间的比值,明确了单位时间内做功的多少。同时,在进行概念知识点教学时,教师还要强调科学方法的运用。科学的方法,能够让学生体验到探究物理问题的本源,能够让学生理解物理量的内涵与意义。在物理概念教学中,学生只有从科学方法的掌握上来探求物理量的变化,才能深刻理解和应用物理知识。对于“功率”的教学设计,参照比值定义法,我们从做功与做功所用时间两方面入手,让学生从中探索“功率”的物理意义。最后,在进行比值定义法教学时,对于两个物理量的比值,如何进行显性设计?如在学习“密度”概念时,通过比较不同质量的物体,发现直接比较的结果,有悖于日常所得经验。再由此将两个质量不同的物体,根据体积相同后进行比较质量,得到“密度”的表达式。同样,对于“压强”概念、“速度”概念等,也是如此。
  结束语
  在进行物理量概念教学时,教师要全面分析物理量相关的各个属性,从整体概念上,让学生分析和发现认知冲突,并将之作为教学重点,继而突破单纯比值定义法的逻辑思维,实现物理量的完整呈现。这样才能更好地引领学生认识“功率”概念,帮助学生洞悉“功率”的物理意义,提高学生认知水平,有效提升课堂效率。
  (作者单位:广西浦北县第五中学)
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