在整合理念指導下的專題復習──以高三物理《能量》專題為例

整合,，既是一種做法,，更是一種教育觀念。具有整合意識的教師,，能夠自覺地將整合作為一種教育觀念貫穿于教育行為之中,。在學生高中學習的最后階段，各學科進行總復習時,，將眾多繁雜的“分裝”于學生腦信息庫中不同存儲空間里的相關(guān)信息,，設(shè)計學科教學整合專題，把復習過程變?yōu)閷W生對多種信息的重組過程,，使學生在重構(gòu)相關(guān)知識體系中實現(xiàn)對所知所學的再認識與深度內(nèi)化,，發(fā)展綜合思維能力和遷移應用的本領(lǐng)，使整合的意識滲透到學生的頭腦中,，將在教師指導下的被動的整合變成主動整合,。下面就以高三物理專題《能量》為例具體說明。

一,、教學背景

能量概念是自然界中對于物質(zhì)運動各種形式都適用的最重要的基本概念,，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律更是支配自然現(xiàn)象的最重要的規(guī)律之一。

能量的概念和外延所包含的內(nèi)容非常廣泛,?？梢哉f在物質(zhì)世界中無所不在，在物理,、化學和生物學科中都有體現(xiàn),，在不同的運動形式中以不同的面目出現(xiàn)，有的出現(xiàn)面貌不同,，但本質(zhì)類似,，有的事件中，會出現(xiàn)不同學科的多種能量形式,。

比如：我們觀察一個1千克重的固體的能量,。

假如我們在研究經(jīng)典力學，可能只對這個固體的動能勢能感興趣：假如我們在研究熱學,，可能只對這個固體的內(nèi)能感興趣：假如我們在研究物理化學,，可能只對這個固體所含有的化學能感興趣：假如我們在研究原子能，可能只對這個同體所含的原子能感興趣：等等,。所以一個系統(tǒng)到底有多少能量并不是一個確定的值,，它隨著對這個系統(tǒng)的描寫而變換。而這些描述分布在不同的學科和章節(jié),，在學生的學習中是散亂和不系統(tǒng)的,。

學生對能量這個概念的認識是逐步深入的：從最初的能量是反應物體做功本領(lǐng)大小的物理量到愛因斯坦的質(zhì)能方程，從能量有各種形式到了解自然界的能量的轉(zhuǎn)化是守恒的,。而學生的這些認識是散落在各個章節(jié)的,，是比較凌亂的,。高中物理的重要任務之一就是：使學生正確理解功和能的概念以及功能關(guān)系，并學會從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來分析問題,。所以在高三復習階段,，設(shè)計了此專題，目的在于全面梳理與能量有關(guān)的知識,，深入理解能量概念,，形成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，建立能的轉(zhuǎn)化和守恒的思想,，并且在具體問題中熟練應用,。

二、設(shè)計思路

（一）進行專題分析,，確定教學目標

首先列出了此專題的整合綱目：

從中可以看出,，此專題涉及的知識面廣，綜合性強,，學科內(nèi)力,、電、熱,、光,、原子能都涉及到了，涉及到的能量有：機械能,、動能,、勢能（重力勢能,、彈性勢能,、電勢能、分子勢能）,、熱能,、焦爾熱、電能,、核能,、光能,。學科問有化學鍵能等。專題的整合要求首先做好學科內(nèi)的復習,，適當穿插學科間的問題,。所以確定本專題的教學目標為：

1．空面梳理功和能的關(guān)系，深入理解能量的概念,；

2．培養(yǎng)運用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律分析解決問題的能力,。

（二）研究學生基礎(chǔ)狀況，編制專題復習指導材料

學生經(jīng)過前一階段的復習,，已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)知識,，而且有了一定的分析綜合能力。教師的主要任務是引導學生主動建構(gòu)知識體系和框架,。

1．編寫預習資料：編寫的原則是盡量讓學生從頭腦中提煉出與能量有關(guān)的知識要素,，并進行初步的整理和完善。在學生整理的過程中,，發(fā)現(xiàn)知識的漏洞,，這樣進入課堂學生會更有收獲。

2．根據(jù)高考要求編排了配套的習題（略）

（三）充分發(fā)揮教師的主導和學生的主體作用,，制定教學計劃

復習的方法,，先是要求學生利用預習材料課前先復習本專題涉及的知識和方法，初步構(gòu)建基本的知識框架：教師課上與學生共同討論完善,。針對主要內(nèi)容精講,，深化對知識的理解和掌握，突出重點,，分析難點,，指點方法，挖掘本質(zhì),，幫助學生構(gòu)建知識框架,。并通過對典型例題的分析，使學生初步掌握如何利用規(guī)律分析一個物理過程中的能量流動和轉(zhuǎn)化問題,。

三,、具體實施

（一）教學計劃

本專題計劃用四課時完成：

前兩課時，主要是完成對概念的梳理和深化,。復習的順序先是物理中常見的能量及其變化的量度：突出功是能量轉(zhuǎn)化的量度,。側(cè)重總結(jié)物理中常見的功能關(guān)系，進而推廣到自然界普遍適用的能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,。對能量概念的認識,，由粗淺理解表示做功本領(lǐng)大小的物理量逐步深化到愛因斯坦的質(zhì)能方程。

后兩課時，側(cè)重應用這些概念規(guī)律分析具體問題,，加深理解,，熟練應用。體會應用這種方法的優(yōu)勢和應注意的問題,。

（二）教學過程

引入：能量概念是物理學中對于物質(zhì)運動各種形式都適用的最重要的基本概念,。能的轉(zhuǎn)化和守恒定律也是支配自然現(xiàn)象的最重要的規(guī)律之一。能量及其守恒的觀點在物理學中十分重要,，要正確理解功和能的概念以及功能關(guān)系,，要學會從能量守恒的觀點來分析和處理問題。

師：觀察一個物體,，比如教師手中的一根粉筆,，分析它具有什么能量？

生：如果以地面為零勢能面它具有重力勢能,。這根粉筆具有重力勢能,；還具有內(nèi)能、核能,、化學能等等,。

師：同一個物體具有不同的能量。這些能量是可以轉(zhuǎn)化的,，請同學們設(shè)計一個過程,，使它的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。

生：讓它做自由落體運動,，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,；如果有空氣阻力做功，還有一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能……

師：不同的能量可以相互轉(zhuǎn)化,，在轉(zhuǎn)化的過程中能量守恒,。在不同的過程中能量轉(zhuǎn)化的形式是不同的，與什么力做功有關(guān),。請同學展示預習資料中的表格填寫情況,，小組之間互相學習，自己先加以完善,。

1．師生一起完成對能量及能量變化的量度的知識框架的整理,。重點內(nèi)容重點講解。

2．舉例分析,，說明不同形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的,。

（1）例如：物體以一定的初速度沖上粗糙斜面：

電源向電動機供電：

分析在這個過程中都有哪些能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的量度是什么,？列出方程

（2）分析下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的：

電磁感應：其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能,。

電磁振蕩：理想的振蕩電路：電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)化。

光電效應：電子吸收光子能量用于克服原子核引力做功和增加自身的動能等等,。

（3）典型例題分析：

（2001年高考題）“和平號” 空間站已于今年3月23日成功地墜落在南太平洋海域,，墜落過程可簡述為從一個近圓軌道（可近似看作圓軌道）開始，經(jīng)過與大氣摩擦,，空間站的絕大部分經(jīng)過升溫,、熔化，最后汽化而銷毀,，剩下的殘片墜入大海,。此過程中，空間站原來的機械能中,，除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外,，還有一部分能量E’通過其他方式散失（不考慮墜落過程中化學反應的能量）。

（1）試導出用下列物理量的符號表示散失能量 E’的公式,。

（2）算出 E’的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）,。

墜落開始時空間站的質(zhì)量M＝1．17×10⁹kg：軌道離地面的高度為h＝146km；地球半徑R＝6．4×10⁶m,；墜落空間范圍內(nèi)重力加速度可看作g＝10m／s²,；人海殘片的質(zhì)量m＝1．2×10⁴kg：人海殘片的溫度升高ΔT＝3000K；人海殘片的人海速度為聲速340m／s,；空間站材料每lkg升溫1K平均所需要能量c＝1．0×10³J,；每銷毀lkg材料平均所需能量μ＝1．0×10⁷J。

問題：1．分析這個物理過程中能量的轉(zhuǎn)化,。寫出初狀態(tài)的能量及轉(zhuǎn)化成的能量,。

2．列方程，求解,。

四,、小結(jié)

（一）你對能量概念的認識。

（二）如何利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題,？

1．這種方法的優(yōu)勢,？

2．應注意的問題？

五,、教學反思

（一）復習知識的同時,，形成網(wǎng)絡(luò)，掌握方法

綜合專題的實施結(jié)果表明：學生的學習興致很高,。在課前準備,、討論的過程中始終非常認真，積極而熱烈,，學生能夠圍繞某一專題調(diào)用大量日積月累的零散信息,，重組多學科知識,。自我構(gòu)建起較為完善的綜合知識體系。在自我梳理相關(guān)內(nèi)容的過程中,，澄清了模糊認識,，校正了常見錯誤，補上了漏洞,，形成了對某一事物的全面,、客觀的認識。

預習資料中詳細列出本專題的知識點,，專題練習備有與相應知識點的例題,，便于學生復習并熟悉基礎(chǔ)知識、基本理論,，建立完整,、有條理、明晰的知識結(jié)構(gòu),。引導學生搞清典型物理問題,，分析典型物理過程，弄懂物理情境,，建立常見的物理模型,。

（二）減輕了學生的負擔，提高了課堂效率

學生課前預習有據(jù)可依,；課上專心于老師的講課,，專心于預習時所提出的疑問，解決了聽課和做筆記之矛盾,，課堂效果得以提高,；課后整理課堂內(nèi)容輕松容易、條理分明,、脈絡(luò)清楚,。也可作為資料以便第二輪復習之用。從減輕教師的負擔,、減輕學生的負擔出發(fā),，提高教學質(zhì)量，達到事半而功倍的成效,。

（三）為了多側(cè)面地理解能量的概念,，物理和生物聯(lián)合，一起做這個專題

生物側(cè)重講《生命中的能量》,，物理側(cè)重講物理中的能量,。在所選的例題中也適當結(jié)合化學知識。

附件：學生的預習資料：

知識回顧：

1．學過的能量：

2．物理中常見能量及能量變化的量度：

（1）能量轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的,。做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程,，做了多少功,，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，功是能量轉(zhuǎn)化的量度,。通過做功的多少,，定量地研究能量及其轉(zhuǎn)化的問題。

（2）不同力做功對應不同的能量轉(zhuǎn)化：以下是一些經(jīng)常遇到的做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,。

（3）其它能量：

分子平均動能：_________是分子平均動能的標志,。

物體的內(nèi)能

分子勢能：與_________有關(guān),。

改變物體內(nèi)能的兩種方式：_________和_________,。

熱力學第一定律：_________。

一些與此有關(guān)的現(xiàn)象：

光子的能量：

定義式：

（光子說,，光電效應）

（能級,，原子躍遷）

核能：愛因斯坦質(zhì)能方程：

質(zhì)量虧損：損失1u的質(zhì)量相當于產(chǎn)生_________的能量。

3．與能量有關(guān)的規(guī)律：

動能定理：

機械能守恒定律：

功能原理：

能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：

說明：

（1）能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是貫穿整個物理學的基本規(guī)律之一,，是學習物理學的一條主線,。

（2）應用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律時要分清系統(tǒng)中有幾種形式的能，發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化,。某種形式的能的減少,，一定存在其它形式的能的增加，某個物體的能量減少,，一定存在其它物體能量的增加,，且減少量一定和增加量相等。

列式辦法分為兩種：（a）初,、末狀態(tài)能量相等即E₁＝E₂列方程,；（b）某些能量的減少等于另一些能量的增加，即△E_增＝△E_減列方程,。

（3）動能定理,、機械能守恒定律、功能原理是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體體現(xiàn),。解題時各有優(yōu)勢,。