4.3 机械能 教学设计
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第四章4.3? 机械能
一、教学任务分析
??? 本节学习的主要内容有能量的概念、机械能的形式、影响机械能大小因素以及机械能的转化。本节是能量的启蒙学习，是后继学习功的原理、电能、内能的基础，对高中能量变化与守恒的进一步学习也有一定的影响。
前面所学的机械功知识已经为能的概念建立做好了铺垫，学生对进一步研究机械能所需的感性材料也很丰富，如：拉弓射箭、重锤打桩、水车运转、飞车冲撞、撑杆跳、拍球等等，但对这些现象缺乏仔细观察、理性的思考和科学的归纳。
教学中将以已经学习的功的概念为基础，阐释“能”的意义，并根据生活实际和切身体验，在梳理、归纳的基础上知道机械能的概念和形式。运用再利用已掌握的物理方法和实验技能进一步研究影响重力势能、动能大小因素。通过情景再现、知识运用、逻辑分析。
教学中要激励学生主动参与积极合作，在动手设计使物体具有能的小实验和分组实验探究重力势能（动能）与相关因素间关系的实验过程中，获得亲自动手设计实验的乐趣，提高细致观察、科学描述的能力。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）知道机械能包括重力势能、弹性势能和动能。
（2）知道影响物体重力势能、弹性势能和动能大小的因素。
2、过程与方法
经历重力势能（动能）概念的形成过程、重力势能（动能）与相关因素间关系的实验探究过程以及能的转化研究过程，认识用科学语言描述物理现象和规律的方法，感受实验探究中的控制变量法和猜想、分析、归纳等思维方法。
3、情感、态度与价值观（体验、感悟、形成）
（1）通过情景创设时倾向性选择交通安全、遵守规则等图片，让学生潜在地体验安全的意义、生命的价值，感悟社会的真诚和善良。
?（2）在机械能概念形成过程中，体验自然科学概念形成过程中常用的“体验——逻辑法则——概念”认知发展模式。
三、教学重点和难点
??? 重点：研究重力势能和动能大小分别与什么因素有关的实验过程。
??? 难点：能的概念和能的转化意义。?
四、教学设计思想
1.基于学生体验的概念教学
机械能是一个体验基础上通过逻辑法则获得的概念。根据皮亚杰认知发展阶段的划分，机械能概念的准确获取需要学生的认知发展水平已经发展到具体运演到形式运演阶段。在这一阶段，体验既是概念形成的基础，也是认知发展的基础。所以在“机械能”概念教学设计中，从贴近社会和生活实际考虑，在视觉、触觉等方面增加学生的体验。
2.以“核心问题链”构建课堂框架
“问题教学法” 以问题为中心的教学，它是把教学内容转化成问题，引导学生以解决问题的方式来学习和掌握知识，然而问题教学法实际运用往往出现一些偏差。一是课堂提问的随意性强，不能围绕中心展开，使课堂走向发生偏差；二是问题多而散，各个问题之间既缺乏联系，又缺少核心，出现问题比较散乱、问题之间逻辑关系不明确的情况，使学生的思维活动发生偏差。
以“核心问题链”构建课堂框架，就是以一组核心问题来呈现一堂课的总体思路和逻辑结构。
五、教学设计思路（核心问题链）
“谁”能够做功？
问题提出后，学生自然想到人能够做功，在对各种实际情境分析后发现物体也能够做功。对不少初中学生来说，从“人能够做功”到“物体能够做功”，这是认识上的发展。
什么样的物体能够做功？（即：什么样的物体具有能？）
通过生活情境的再现和课堂活动中的真实体验，归纳得出：有高度的物体能够做功， 发生弹性形变的物体能够做功，运动的物体能够做功。在此基础上形成机械能的概念。
重力势能的大小与哪些因素有关？动能的大小与哪些因素有关？
提出新问题：影响重力势能、弹性势能和动能大小因素有哪些？研究重力势能和动能大小分别与什么因素有关。方法是：引导学生经历用控制变量法进行科学探究过程；集体交流猜想；小组自主设计实验方案；教师分层进行实验指导；交流探究结论。
七、教学过程
（一）引入
1、设置情境，提出问题
（1）问题：给物体施加一个力，并且使物体在力的方向上通过一段距离，这时候力对物体做了功，或者说这个力的施力物体在做功。那么，（核心问题）做功的时候，一般都是“谁”在做功？
（2）学生举例、讨论
（3）根据学生举例和讨论，呈现几张图片，说明人能够做功。
（4）问题：除了人能够做功之外，物体能不能做功？
通过一些实例的分析，知道很多物体都能够做功。
2、能的概念
如果一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。能就是物体做功本领。
归纳：人能够做功，所以人具有能；如果一个物体能够做功，那么这个物体就具有能。
（二）新课
核心问题：什么样的物体能够做功？
3、重力势能
（1）通过图片创设情境
问题：两图中都是高高在上的巨大石块，如果你站在它的下面，会不会心生恐惧？为什么？
分析：从功能角度讲，石头一旦掉下来，就能够做功，对人的生命产生威胁。在高处的石头是“能够”做功的，也就是说，高处的石头具有能。
（2）通过图片进一步阐明高度、势能和做功的关系
进一步说明：山上落下的石块砸在路面，路面出现巨大的坑，说明相对路面有高度的石块能够做功，它具有能。山上松落得石块具有很大的危险性。
（3）重力势能的概念
重力势能：物体由于处于某一高度而具有的能。
逻辑关系：有高度的物体——能够做功——具有能——重力势能
（4）体验重力势能
活动：两位同学合作，体验有高度的物体能够做功。
方法：（a）甲伸出双手，乙拿一本词典（或书包），从不同高度静止释放，让词典落在甲的手掌上，然后甲乙互换角色。（b）甲伸出双手，乙拿一本词典和一个书包，从同意高度静止释放，让词典和书包分别落在甲的手掌上，然后甲乙互换角色。
要求：体验手掌的感觉，尝试当词典落到手掌时能否让手掌保持静止（做中学、玩中学）
分析：词典落到手掌，给手掌施加了向下的力，并且是使手掌向下移动了一段距离，所以有高度的词典能够作用，具有重力势能。
（5）探究影响重力势能大小的因素（核心问题：重力势能大小与哪些因素有关？）
（a）在前面所做的体验活动中，猜测影响重力势能大小的因素
（b）讨论实验探究的方案（主要体现控制变量的研究方法）
（c）演示探究实验（或用实验视频代替演示实验）
（6）讨论：根据重力势能知识，分析高空抛物的危害
4、弹性势能
（1）通过图片创设情境
说明：奥运冠军张娟娟在射箭比赛中
分析：拉开的弓能够对箭做功，也就是拉开的弓具有能
概念：拉开的弓发生了形变，这种能恢复原状的形变我们称之为弹性形变。发生弹性形变的物体能够做功，也就是具有能，这种能我们称之为弹性势能。
（2）体验弹性势能
方法：用一支常用的内有弹簧的水笔，倒置后压在桌面，然后突然放手，观察到水笔会从桌面上跳起。
（3）体验弹性势能的大小
用一根橡皮筋弹射桌面上的一块橡皮，放手后橡皮被弹出，橡皮弹的远近与橡皮筋的形变程度有关。
（4）演示弹性势能的大小
方法：用小木块压缩弹簧，松手后，小木块被弹出，弹簧被压缩的越多，小木块被弹出越远。
分析：压缩的弹簧能够对小木块做功，具有弹性势能，压缩的越多，弹性势能越大，对小木块做的功也越大。
5、动能
核心问题：除了有高度的物体能做功，还有什么样的物体能够做功？
（1）通过图片创设情境，引入动能概念
说明：一辆自行车在机动车道横穿马路，被行驶中的轿车撞飞，造成了人身伤害事故。所以我们要遵守交通规则。
分析：运动的汽车能够做功，也就是说它具有能。
（2）是不是所有运动的物体都“能够”做功
流动的水能够对水车做功
流动的空气（风）能够对风力发电设备做功
结论：所有运动的物体都能够做功，我们把物体由于运动而具有的能叫做动能。
（3）体验动能及其大小
方法：（a）用质量不同的榔头，以相同的速度分别敲打铁钉，观察比较它们做功的多少。（b）用质量相同的榔头，以不同的速度敲打铁钉，观察比较做功的多少。
（4）探究动能的大小（核心问题：动能大小与哪些因素有关？）
（a）讨论探究方案。基于前面的体验，猜测影响动能大小的可能的因素。
（b）运用控制变量法，进行试验探究。其中以斜面上金属球的高度来控制它撞击木块事的速度。
（c）探究方法
（d）结论：运动物体的质量相同时，它的速度越大，具有的动能就越大。
运动物体的速度相同时，它的质量越大，具有的动能就越大。
（5）讨论：从动能角度分析汽车超速、超载的危害。
（三）总结
6.机械能的概念
7.由学生小结学习中的收获、思考和问题
一、教学任务分析
??? 本节学习的主要内容有能量的概念、机械能的形式、影响机械能大小因素以及机械能的转化。本节是能量的启蒙学习，是后继学习功的原理、电能、内能的基础，对高中能量变化与守恒的进一步学习也有一定的影响。
前面所学的机械功知识已经为能的概念建立做好了铺垫，学生对进一步研究机械能所需的感性材料也很丰富，如：拉弓射箭、重锤打桩、水车运转、飞车冲撞、撑杆跳、拍球等等，但对这些现象缺乏仔细观察、理性的思考和科学的归纳。
教学中将以已经学习的功的概念为基础，阐释“能”的意义，并根据生活实际和切身体验，在梳理、归纳的基础上知道机械能的概念和形式。运用再利用已掌握的物理方法和实验技能进一步研究影响重力势能、动能大小因素。通过情景再现、知识运用、逻辑分析。
教学中要激励学生主动参与积极合作，在动手设计使物体具有能的小实验和分组实验探究重力势能（动能）与相关因素间关系的实验过程中，获得亲自动手设计实验的乐趣，提高细致观察、科学描述的能力。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）知道机械能包括重力势能、弹性势能和动能。
（2）知道影响物体重力势能、弹性势能和动能大小的因素。
2、过程与方法
经历重力势能（动能）概念的形成过程、重力势能（动能）与相关因素间关系的实验探究过程以及能的转化研究过程，认识用科学语言描述物理现象和规律的方法，感受实验探究中的控制变量法和猜想、分析、归纳等思维方法。
3、情感、态度与价值观（体验、感悟、形成）
（1）通过情景创设时倾向性选择交通安全、遵守规则等图片，让学生潜在地体验安全的意义、生命的价值，感悟社会的真诚和善良。
?（2）在机械能概念形成过程中，体验自然科学概念形成过程中常用的“体验——逻辑法则——概念”认知发展模式。
三、教学重点和难点
??? 重点：研究重力势能和动能大小分别与什么因素有关的实验过程。
??? 难点：能的概念和能的转化意义。?
四、教学设计思想
1.基于学生体验的概念教学
机械能是一个体验基础上通过逻辑法则获得的概念。根据皮亚杰认知发展阶段的划分，机械能概念的准确获取需要学生的认知发展水平已经发展到具体运演到形式运演阶段。在这一阶段，体验既是概念形成的基础，也是认知发展的基础。所以在“机械能”概念教学设计中，从贴近社会和生活实际考虑，在视觉、触觉等方面增加学生的体验。
2.以“核心问题链”构建课堂框架
“问题教学法” 以问题为中心的教学，它是把教学内容转化成问题，引导学生以解决问题的方式来学习和掌握知识，然而问题教学法实际运用往往出现一些偏差。一是课堂提问的随意性强，不能围绕中心展开，使课堂走向发生偏差；二是问题多而散，各个问题之间既缺乏联系，又缺少核心，出现问题比较散乱、问题之间逻辑关系不明确的情况，使学生的思维活动发生偏差。
以“核心问题链”构建课堂框架，就是以一组核心问题来呈现一堂课的总体思路和逻辑结构。
五、教学设计思路（核心问题链）
“谁”能够做功？
问题提出后，学生自然想到人能够做功，在对各种实际情境分析后发现物体也能够做功。对不少初中学生来说，从“人能够做功”到“物体能够做功”，这是认识上的发展。
什么样的物体能够做功？（即：什么样的物体具有能？）
通过生活情境的再现和课堂活动中的真实体验，归纳得出：有高度的物体能够做功， 发生弹性形变的物体能够做功，运动的物体能够做功。在此基础上形成机械能的概念。
重力势能的大小与哪些因素有关？动能的大小与哪些因素有关？
提出新问题：影响重力势能、弹性势能和动能大小因素有哪些？研究重力势能和动能大小分别与什么因素有关。方法是：引导学生经历用控制变量法进行科学探究过程；集体交流猜想；小组自主设计实验方案；教师分层进行实验指导；交流探究结论。
七、教学过程
（一）引入
1、设置情境，提出问题
（1）问题：给物体施加一个力，并且使物体在力的方向上通过一段距离，这时候力对物体做了功，或者说这个力的施力物体在做功。那么，（核心问题）做功的时候，一般都是“谁”在做功？
（2）学生举例、讨论
（3）根据学生举例和讨论，呈现几张图片，说明人能够做功。
（4）问题：除了人能够做功之外，物体能不能做功？
通过一些实例的分析，知道很多物体都能够做功。
2、能的概念
如果一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。能就是物体做功本领。
归纳：人能够做功，所以人具有能；如果一个物体能够做功，那么这个物体就具有能。
（二）新课
核心问题：什么样的物体能够做功？
3、重力势能
（1）通过图片创设情境
问题：两图中都是高高在上的巨大石块，如果你站在它的下面，会不会心生恐惧？为什么？
分析：从功能角度讲，石头一旦掉下来，就能够做功，对人的生命产生威胁。在高处的石头是“能够”做功的，也就是说，高处的石头具有能。
（2）通过图片进一步阐明高度、势能和做功的关系
进一步说明：山上落下的石块砸在路面，路面出现巨大的坑，说明相对路面有高度的石块能够做功，它具有能。山上松落得石块具有很大的危险性。
（3）重力势能的概念
重力势能：物体由于处于某一高度而具有的能。
逻辑关系：有高度的物体——能够做功——具有能——重力势能
（4）体验重力势能
活动：两位同学合作，体验有高度的物体能够做功。
方法：（a）甲伸出双手，乙拿一本词典（或书包），从不同高度静止释放，让词典落在甲的手掌上，然后甲乙互换角色。（b）甲伸出双手，乙拿一本词典和一个书包，从同意高度静止释放，让词典和书包分别落在甲的手掌上，然后甲乙互换角色。
要求：体验手掌的感觉，尝试当词典落到手掌时能否让手掌保持静止（做中学、玩中学）
分析：词典落到手掌，给手掌施加了向下的力，并且是使手掌向下移动了一段距离，所以有高度的词典能够作用，具有重力势能。
（5）探究影响重力势能大小的因素（核心问题：重力势能大小与哪些因素有关？）
（a）在前面所做的体验活动中，猜测影响重力势能大小的因素
（b）讨论实验探究的方案（主要体现控制变量的研究方法）
（c）演示探究实验（或用实验视频代替演示实验）
（6）讨论：根据重力势能知识，分析高空抛物的危害
4、弹性势能
（1）通过图片创设情境
说明：奥运冠军张娟娟在射箭比赛中
分析：拉开的弓能够对箭做功，也就是拉开的弓具有能
概念：拉开的弓发生了形变，这种能恢复原状的形变我们称之为弹性形变。发生弹性形变的物体能够做功，也就是具有能，这种能我们称之为弹性势能。
（2）体验弹性势能
方法：用一支常用的内有弹簧的水笔，倒置后压在桌面，然后突然放手，观察到水笔会从桌面上跳起。
（3）体验弹性势能的大小
用一根橡皮筋弹射桌面上的一块橡皮，放手后橡皮被弹出，橡皮弹的远近与橡皮筋的形变程度有关。
（4）演示弹性势能的大小
方法：用小木块压缩弹簧，松手后，小木块被弹出，弹簧被压缩的越多，小木块被弹出越远。
分析：压缩的弹簧能够对小木块做功，具有弹性势能，压缩的越多，弹性势能越大，对小木块做的功也越大。
5、动能
核心问题：除了有高度的物体能做功，还有什么样的物体能够做功？
（1）通过图片创设情境，引入动能概念
说明：一辆自行车在机动车道横穿马路，被行驶中的轿车撞飞，造成了人身伤害事故。所以我们要遵守交通规则。
分析：运动的汽车能够做功，也就是说它具有能。
（2）是不是所有运动的物体都“能够”做功
流动的水能够对水车做功
流动的空气（风）能够对风力发电设备做功
结论：所有运动的物体都能够做功，我们把物体由于运动而具有的能叫做动能。
（3）体验动能及其大小
方法：（a）用质量不同的榔头，以相同的速度分别敲打铁钉，观察比较它们做功的多少。（b）用质量相同的榔头，以不同的速度敲打铁钉，观察比较做功的多少。
（4）探究动能的大小（核心问题：动能大小与哪些因素有关？）
（a）讨论探究方案。基于前面的体验，猜测影响动能大小的可能的因素。
（b）运用控制变量法，进行试验探究。其中以斜面上金属球的高度来控制它撞击木块事的速度。
（c）探究方法
（d）结论：运动物体的质量相同时，它的速度越大，具有的动能就越大。
运动物体的速度相同时，它的质量越大，具有的动能就越大。
（5）讨论：从动能角度分析汽车超速、超载的危害。
（三）总结
6.机械能的概念
7.由学生小结学习中的收获、思考和问题