重力势能教法
摘要：《重力势能》是高中人教版必修2 第七章第4 节的内容。教师在备这堂课时，应该先熟读、熟记教材，再结合各类教辅材料，归纳总结内容。领会教材中的探究思想，抓好重难点。一堂好的课，教师应该精心准备。但是，没有必要面面俱到，一定要突出重点、难点。一句话，说的好，一堂什么都讲了的课，不是一堂好课。 关键词：重力势能；引入；教学设计；教学目标
引言：
科学想象是一种创造性的思维形式和研究方法, 从感性直观到抽象概念的飞跃包含着一定的想象。古往今来, 在物理学史上, 人们凭借着想象力取得显赫成果的事例举不胜举。爱因斯坦指出“ 想象比知识更重要, 因为知识是有限的, 而想象力概括了世界上的一切⋯⋯严格的说, 想象力是科学研究中的实在因素。”科学想象是从科学根据和现实条件出发的想象、联想, 不是毫无根据的胡思乱想, 因此在培养学生的想象力时, 教师首先要创设好能引起学生想象的情境。下面就以高中物理教材中“ 重力势能” 一节为例, 谈谈如何创设物理情境, 培养学生的想象力。
一、处理好教材, 为创设物理情境打基础
教师在备这堂课时，应该先熟读、熟记教材，再结合各类教辅材料，归纳总结内容。领会教材中的探究思想，抓好重点、难点，结合教学目标进行教学。
（1）认识重力做功与路径无关的特点。
（2）理解重力势能的概念，会用重力势能的定义进行计算。 （3）理解重力做功与重力势能的变化的关系。 （4）知道重力势能具有相对性。
（5）知道重力势能是物体和地球系统所共有的。
二、创设物理情境, 培养学生的想象力
想象不是凭空产生的, 是要以已有事物、认识水平、知识和能力为基础。首先，在引入方面。根据各方总结，归纳出两种方案。 1.可以由实验引入
实验法是在课堂上建立感性化的情景，给予学生强烈的感官刺激，演示法体现了直观性，理论联系实际的教学原则，符合高中学生以形象思维为主的思维特点，可以激发学生的学习物理知识的兴趣，强化学习效果，有利于学生掌握知识，形成能力。这里教师可以准备一盆沙子，大小不同的石头。将石头举起观察沙子变化。同时比较不同石头，相同高度落下时沙子的变化，也可比较相同石头不同高度落下是沙子的变化。教师可以将器材带入教室，直接给同学展示。这个方法是比较直观的，但是比较浪费课堂时间。也可以利用课余时间提前做好实验，拍成照片，上课时展示图片。这个方法虽然不够直观，但是比较节约课堂时间，又能达到效果。
2.可以利用学生已有知识引入，即为复习导入法。
这种方法是指教师根据学生已有知识、经验来提问学生，并引导学生进行思考，对所提的问题逐步得出结论，从而获得知识、发展智力、能力的方法。本章第一节，学生已经对能量有了较为深入的认识，知道并掌握了能量分为动能、势能、内能等。教师可以通过回顾能量的分类，引导学生认识势能中的一种形式——重力势能。这样可以让学生更加了解重力势能是能量的一种形式，也让学生对本章的学习有了一个更为系统的认识。在一堂高中物理新课教学的引入阶段运用已有知识回顾，特别有助于激发学生进行思考，调动学生的积极性。教师可以根据学生的反馈，对教学的后续阶段作出及时必要的调整，使学生得到更好的发展。这里，教师可以按照学情进行选择教学。在教学过程当中一定要注意学情，即了解学生现有的知识水平及接受能力。在讲重力做功，小球沿任意曲线下落时。这里会涉及到一种微元的方法。对于好一些的学校，学生水平较高，再之前教师已经强调渗透过了这种“化曲为直”的思想。
三、提高概括能力加强“ 整理思维” 的训练
学生有了再现思维能力, 就能记忆并储存所学的知识有了一定的发现思维能力, 就能在自学中不断地发现问题、提出问题, 并探索着手去解决问题。为了有效地解决问题, 还必须学会对知识进行逻辑推理和整理加工, 培养抽象概括能力。学会把自学中获取的知识、方法进行整理, 达到一定的系统化、程序化、结构化等, 实现知识的“ 归并”、“ 浓缩” 。 1.整理知识链。
知识的储存和使用, 不仅是量的积累, 而且要进行质的处理。将各种知识信息经过整理, 归人系统, 分门别类, 各知识信息之间进行逻辑顺序的排列和组合, 形成知识链。自学过程中, 在没有教师帮助的情况下, 更需要及时对知识进行整理, 便于学习和总结。 2.筛选归并知识。
筛选归并就是将复杂的关系进行一番排列和清理, 分清现象和本质, 主要和次要, 重点和难点, 最终概括出本质, 上升到规律。知识经过筛选归并, 抽象出法则, 应用才能自如, 知识才能运用得灵活。在培养自学能力时, 还必须掌握好学生与教师之间的主导关系教师导学, 学生自学, 并且要注重反复实践, 循序渐进, 使学生真正地掌握自学能力。总之, 在学校期间, 教师对培养学生自学能力至关重要, 为学生今后更好地学习和工作奠定坚实的基础。
四、通过创设物理情境, 使物理知识顺利地迁移
在物理课的“重力势能”教学中，引入了重力势能的概念、推出重力势能的表达式之后，教师大多会都向学生提出“重力势能是标量还是矢量？”的问题。针对学生的各种回答（是标量；是矢量；不知道），教师都会用“能量是标量，重力势能是能量的一种，所以也是标量”来一锤定音。教师的解释理由充足，学生无可辩驳，课堂上再无异议。但仍有部分学生认为重力势能是矢量。通过课后与学生交谈，了解到他们认为重力势能是矢量有如下三种理由：一是重力势能的值可正可负，所以是矢量；二是重力势能的表达式是E p=mgh ，高度h 是标量，重力m g 是矢量，乘积mgh 应是矢量；三是重力势能是物体由于受到重力作用才具有的能量，重力作用有使物体向下运动的趋势，所以重力势能也应该是向下的，具有方向性，因而是矢量。了解到学生的真实想法，课堂上就能进行有针对性的教学。在讨论中， 学生提出的如下两种观点很有新意。
一是： 在高处的物体具有重力势能，它通过一定途径能转化为电能（例如水力发电），谁都可以理解电能是没有方向的，是标量，由此可以理解重力势能是标量。受这个观点的启发，另一些学生提出，重力势能通过一定的途径转化为等量的内能，内能是没有方向的，也可以理解重力势能是标量。
二是：针对认为重力势能是矢量的第二种理由，一个学生用数学课中刚学的矢量的数量积的知识来理解重力势能的标量性。他把重力势能的表达式 · 为重力矢量，
,
为“高度矢量”=mgh理解为=，它是从物体所 与
的夹在的位置指向参考平面上任一点的有向线段在参考平面上方的物体， 与 ∙
的夹角大于9
为角小于90°，为正值；在下方的物体，0 °， =负值。经过激烈的课堂讨论，大部分学生都理解了重力势能是标量。
五、教学思考
从上述关于重力势能标量性的教学过程，对于如何实现有效教学，可以得到以下三点认识。
一是：要尽力在新旧知识间建立起多种联系。学习的过程，是新知识与认知结构中的相关知识发生相互作用建立起实质性联系的过程。通过相互作用，使个体的认知结构得到丰富和扩展，或者发生改变、重组，同时真正理解新知识的含义。知识之间的联系往往是立体和网络的，而不是单线的。新知识与认知结构中的多个知识点都能建立起实质性的联系，建立起的联系越多，对新知识的理解就越丰富，掌握得就越牢固。很多教师在教学中，只从自己熟悉的（或教材给出的）角度，使新知识与原有知识发生单一的联系，没有在新知识和认知结构之间建立起立体和网络状的联系，这是学生对新学知识理解不全面、掌握不牢固、不能正确运用的原因。例如，重力势能与一般的能量概念、各种具体的能量概念（ 如动能、电能等）、做功、矢量标量、重力等知识都有联系。重力势能的学习，将使能量等概念得到丰富和扩展，使原有的关于矢量标量的不正确认识得到修正。重力势能只有与能量、能量的转化、矢量标量、功等概念都建立起实质性的联系，才能被牢固地掌握，深刻地理解。
二是：要切实了解学生在建构知识中的真实困难。在学习中，新知识只有与认知结构中的各个相关知识都建立起相互一致、互不矛盾、体现梯度的实质性联系，才能被牢固地同化到认知结构中。如果学生只是从某个角度接受了新知识，而没有解决新知识与认知结构中的相关知识之间的矛盾，结果往往是不敢、不会或不善于运用新知识去解决问题，渐渐地新知识就会被淡忘或模糊。很多教师只着重从某方面在新旧知识间建立联系，而不去解决学生在建构知识过程中出现的新知识与其它相关知识之间的矛盾，或者只解决诸如“运动的物体是否受力作用”这样典型的认知困难，这是导致学生“上课听得懂课后仍不会”的主要原因。不同
学生有不同的认知结构和认知方式，会从不同的原有知识出发与新知识发生作用，会出现不同的学习困难。学生大多不能明确地意识到新知识与哪些原有观念发生了矛盾。学生的认知困难是潜存的、模糊的，这就需要教师通过各种途径（如谈话、作业分析、课堂讨论）细心地了解学生学习的真正障碍所在，才能进行有针对性的教学，有效地帮助学生克服困难。
三是：民主讨论是促进知识建构的有效方法。只有充分的交流讨论，才能暴露学生对原有认识的潜在的错误理解，才能激起学生原有不正确的认识与新知识之间的矛盾。学生处于同一年龄段，心理发展水平相同，不同观点的交流最具有启发意义，讨论者最容易从同伴的观点中得到线索，破解自己的认知矛盾。不同学生具有不同的认知结构和认知方式，对同一问题会提出不同的观点和解释，不同学生的观点相互接纳和补充，能在新知识与原有知识之间建立起立体的、网络状的联系，使得对新知识的理解趋于全面而深刻。不同的学生基于自身独特的认知特点，对问题提出的解释和观点，往往是独到的、有新意的。例如，学生从重力势能转化为电能的角度理解重力势能的标量性，把重力势能表达为。最后，通过讨论，不同观点相互碰撞、相互补充、相互激发，讨论的参与者对问题达成一致的认识，成为知识的共同创造者，在此过程中，学生将获得愉悦的情感体验，极大地增强学习的兴趣和动力。
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