在整合理念指导下的专题复习──以高三物理《能量》专题为例_物理论文

整合，既是一种做法，更是一种教育观念。具有整合意识的教师，能够自觉地将整合作为一种教育观念贯穿于教育行为之中。在学生高中学习的最后阶段，各学科进行总复习时，将众多繁杂的“分装”于学生脑信息库中不同存储空间里的相关信息，设计学科教学整合专题，把复习过程变为学生对多种信息的重组过程，使学生在重构相关知识体系中实现对所知所学的再认识与深度内化，发展综合思维能力和迁移应用的本领，使整合的意识渗透到学生的头脑中，将在教师指导下的被动的整合变成主动整合。下面就以高三物理专题《能量》为例具体说明。

一、教学背景

能量概念是自然界中对于物质运动各种形式都适用的最重要的基本概念，能的转化和守恒定律更是支配自然现象的最重要的规律之一。

能量的概念和外延所包含的内容非常广泛。可以说在物质世界中无所不在，在物理、化学和生物学科中都有体现，在不同的运动形式中以不同的面目出现，有的出现面貌不同，但本质类似，有的事件中，会出现不同学科的多种能量形式。

比如：我们观察一个1千克重的固体的能量。

假如我们在研究经典力学，可能只对这个固体的动能势能感兴趣：假如我们在研究热学，可能只对这个固体的内能感兴趣：假如我们在研究物理化学，可能只对这个固体所含有的化学能感兴趣：假如我们在研究原子能，可能只对这个同体所含的原子能感兴趣：等等。所以一个系统到底有多少能量并不是一个确定的值，它随着对这个系统的描写而变换。而这些描述分布在不同的学科和章节，在学生的学习中是散乱和不系统的。

学生对能量这个概念的认识是逐步深入的：从最初的能量是反应物体做功本领大小的物理量到爱因斯坦的质能方程，从能量有各种形式到了解自然界的能量的转化是守恒的。而学生的这些认识是散落在各个章节的，是比较凌乱的。高中物理的重要任务之一就是：使学生正确理解功和能的概念以及功能关系，并学会从能量转化和守恒的观点来分析问题。所以在高三复习阶段，设计了此专题，目的在于全面梳理与能量有关的知识，深入理解能量概念，形成系统网络，建立能的转化和守恒的思想，并且在具体问题中熟练应用。

二、设计思路

（一）进行专题分析，确定教学目标

首先列出了此专题的整合纲目：

知识点	学科内相关点	学科间关联点
1． 功和能的概念 2． 知道物理中常见的能量及其变化的量度。 3． 深刻理解、熟练应用 能能量转化和守恒定律。	1． 力学中的动能、势能和机械能。 2． 电学中的电势能。 3． 热学中的分子平均动能、分子势能和内能 4． 原子中的核能，爱因斯坦的质能方程。	生态系统的能量流动 化学中化学键的建立和断裂

从中可以看出，此专题涉及的知识面广，综合性强，学科内力、电、热、光、原子能都涉及到了，涉及到的能量有：机械能、动能、势能（重力势能、弹性势能、电势能、分子势能）、热能、焦尔热、电能、核能、光能。学科问有化学键能等。专题的整合要求首先做好学科内的复习，适当穿插学科间的问题。所以确定本专题的教学目标为：

1．空面梳理功和能的关系，深入理解能量的概念；

2．培养运用能量转化与守恒定律分析解决问题的能力。

（二）研究学生基础状况，编制专题复习指导材料

学生经过前一阶段的复习，已经有了一定的基础知识，而且有了一定的分析综合能力。教师的主要任务是引导学生主动建构知识体系和框架。

1．编写预习资料：编写的原则是尽量让学生从头脑中提炼出与能量有关的知识要素，并进行初步的整理和完善。在学生整理的过程中，发现知识的漏洞，这样进入课堂学生会更有收获。

2．根据高考要求编排了配套的习题（略）

（三）充分发挥教师的主导和学生的主体作用，制定教学计划

复习的方法，先是要求学生利用预习材料课前先复习本专题涉及的知识和方法，初步构建基本的知识框架：教师课上与学生共同讨论完善。针对主要内容精讲，深化对知识的理解和掌握，突出重点，分析难点，指点方法，挖掘本质，帮助学生构建知识框架。并通过对典型例题的分析，使学生初步掌握如何利用规律分析一个物理过程中的能量流动和转化问题。

三、具体实施

（一）教学计划

本专题计划用四课时完成：

前两课时，主要是完成对概念的梳理和深化。复习的顺序先是物理中常见的能量及其变化的量度：突出功是能量转化的量度。侧重总结物理中常见的功能关系，进而推广到自然界普遍适用的能的转化和守恒定律。对能量概念的认识，由粗浅理解表示做功本领大小的物理量逐步深化到爱因斯坦的质能方程。

后两课时，侧重应用这些概念规律分析具体问题，加深理解，熟练应用。体会应用这种方法的优势和应注意的问题。

（二）教学过程

引入：能量概念是物理学中对于物质运动各种形式都适用的最重要的基本概念。能的转化和守恒定律也是支配自然现象的最重要的规律之一。能量及其守恒的观点在物理学中十分重要，要正确理解功和能的概念以及功能关系，要学会从能量守恒的观点来分析和处理问题。

师：观察一个物体，比如教师手中的一根粉笔，分析它具有什么能量？

生：如果以地面为零势能面它具有重力势能。这根粉笔具有重力势能；还具有内能、核能、化学能等等。

师：同一个物体具有不同的能量。这些能量是可以转化的，请同学们设计一个过程，使它的能量发生转化。

生：让它做自由落体运动，重力势能转化为动能；如果有空气阻力做功，还有一部分重力势能转化为内能……

师：不同的能量可以相互转化，在转化的过程中能量守恒。在不同的过程中能量转化的形式是不同的，与什么力做功有关。请同学展示预习资料中的表格填写情况，小组之间互相学习，自己先加以完善。

1．师生一起完成对能量及能量变化的量度的知识框架的整理。重点内容重点讲解。

2．举例分析，说明不同形式的能量是可以相互转化的。

（1）例如：物体以一定的初速度冲上粗糙斜面：

电源向电动机供电：

分析在这个过程中都有哪些能量发生了转化，转化的量度是什么？列出方程

（2）分析下列现象中能量是如何转化的：

电磁感应：其它形式的能量转化为电能。

电磁振荡：理想的振荡电路：电场能和磁场能的相互转化。

光电效应：电子吸收光子能量用于克服原子核引力做功和增加自身的动能等等。

（3）典型例题分析：

（2001年高考题）“和平号” 空间站已于今年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简述为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海。此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E’通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）。

（1）试导出用下列物理量的符号表示散失能量 E’的公式。

（2）算出 E’的数值（结果保留两位有效数字）。

坠落开始时空间站的质量M＝1．17×10⁹kg：轨道离地面的高度为h＝146km；地球半径R＝6．4×10⁶m；坠落空间范围内重力加速度可看作g＝10m／s²；人海残片的质量m＝1．2×10⁴kg：人海残片的温度升高ΔT＝3000K；人海残片的人海速度为声速340m／s；空间站材料每lkg升温1K平均所需要能量c＝1．0×10³J；每销毁lkg材料平均所需能量μ＝1．0×10⁷J。

问题：1．分析这个物理过程中能量的转化。写出初状态的能量及转化成的能量。

2．列方程，求解。

四、小结

（一）你对能量概念的认识。

（二）如何利用能量转化与守恒定律解题？

1．这种方法的优势？

2．应注意的问题？

五、教学反思

（一）复习知识的同时，形成网络，掌握方法

综合专题的实施结果表明：学生的学习兴致很高。在课前准备、讨论的过程中始终非常认真，积极而热烈，学生能够围绕某一专题调用大量日积月累的零散信息，重组多学科知识。自我构建起较为完善的综合知识体系。在自我梳理相关内容的过程中，澄清了模糊认识，校正了常见错误，补上了漏洞，形成了对某一事物的全面、客观的认识。

预习资料中详细列出本专题的知识点，专题练习备有与相应知识点的例题，便于学生复习并熟悉基础知识、基本理论，建立完整、有条理、明晰的知识结构。引导学生搞清典型物理问题，分析典型物理过程，弄懂物理情境，建立常见的物理模型。

（二）减轻了学生的负担，提高了课堂效率

学生课前预习有据可依；课上专心于老师的讲课，专心于预习时所提出的疑问，解决了听课和做笔记之矛盾，课堂效果得以提高；课后整理课堂内容轻松容易、条理分明、脉络清楚。也可作为资料以便第二轮复习之用。从减轻教师的负担、减轻学生的负担出发，提高教学质量，达到事半而功倍的成效。

（三）为了多侧面地理解能量的概念，物理和生物联合，一起做这个专题

生物侧重讲《生命中的能量》，物理侧重讲物理中的能量。在所选的例题中也适当结合化学知识。

附件：学生的预习资料：

知识回顾：

1．学过的能量：

2．物理中常见能量及能量变化的量度：

（1）能量转化是通过做功实现的。做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化，功是能量转化的量度。通过做功的多少，定量地研究能量及其转化的问题。

（2）不同力做功对应不同的能量转化：以下是一些经常遇到的做功与能量转化的关系。

（3）其它能量：

分子平均动能：_________是分子平均动能的标志。

物体的内能

分子势能：与_________有关。

改变物体内能的两种方式：_________和_________。

热力学第一定律：_________。

一些与此有关的现象：

光子的能量：

定义式：

（光子说，光电效应）

（能级，原子跃迁）

核能：爱因斯坦质能方程：

质量亏损：损失1u的质量相当于产生_________的能量。

3．与能量有关的规律：

动能定理：

机械能守恒定律：

功能原理：

能的转化和守恒定律：

说明：

（1）能的转化和守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线。

（2）应用能的转化和守恒定律时要分清系统中有几种形式的能，发生了哪些转移和转化。某种形式的能的减少，一定存在其它形式的能的增加，某个物体的能量减少，一定存在其它物体能量的增加，且减少量一定和增加量相等。

列式办法分为两种：（a）初、末状态能量相等即E₁＝E₂列方程；（b）某些能量的减少等于另一些能量的增加，即△E_增＝△E_减列方程。

（3）动能定理、机械能守恒定律、功能原理是能的转化和守恒定律的具体体现。解题时各有优势。

4．小结：

你对能量概念的认识及如何利用能量转化与守恒定律解题？