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【摘要】动能和动能定理是高中物理的重点内容。为了促进学生内化概念，以“情境”为抓手进行教学设计，教师从物理知识间的联系出发，创设情境，在学生原有认知基础上进行类比和联想，完成动能定理公式的推演，让学生充分体验获取知识的过程，最后再提供一定的练习题，让学生在具体的物理情境中解决问题，促进知识的内化。
【关键词】高中物理；动能和动能定理；问题情境；教学设计；教学反思
“动能和动能定理”是高中物理教学的重点内容，其中动能定理被认为是对功能关系的重要诠释，具有丰富的内涵。在课堂教学中，如何发掘其内涵，进而帮助学生在完成知识建构的同时，有效提升各方面的能力，这需要教师在进行教学设计时多加斟酌。下面，笔者结合教学实践，谈谈自己的认识。
一、教学分析
1.教材分析
本节内容被安排在人教版《物理》必修2“机械能守恒定律”一章的第七节，放在“实验：探究功与速度变化的关系”一节的后面，其编写用意在于让学生结合实验结论，顺势得出动能的表达式以及动能变化量与外力做功的关系。这样的处理合乎科学探究的一般顺序，有助于学生循序渐进地构建认知，并从中获得探究能力的提升。
学生通过本节的学习，将逐步理解功能关系的内涵，掌握从能量角度来分析运动的重要思路，并为机械能守恒定律的学习奠定基础。
2.学情分析
学生通过初中物理的学习，已经认识到动能与速度、质量的关系。再结合前一节探究实验的结论——初速度为0前提下，W∝v2，有关动能的表达式呼之欲出，动能定理的内容也随即浮出水面。因此，学生的前概念认知可以成为本课学习的坚实基础。
3.目标分析
在知识和技能方面，学生通过本课的学习了解动能的概念及内涵，理解动能定理的具体内容和物理意义，并能运用动能定理解决单个物体的有关问题。
在过程与方法方面，学生通过学习掌握推导动能及动能定理的方法，感悟动能定理推广到变力做功及曲线运动等情境时所用到的类比思想和微元思想。
在情感、态度与价值观方面，学生在自主学习和探究中能感受成功的愉悦，这会激起他们的学习兴趣与探究热情，并在合作学习中增强合作意识和沟通能力。
二、教学流程
1.在已有认知基础上勾勒动能表达式
环节一合理创设问题情境
师：我们在初中已接触过动能的概念，请你回忆，动能与哪些因素相关？
生：动能和物体的速度、质量有关。速度越快、质量越大，物体的动能就越大。
师：那么，动能与这两个物理量之间还存在着怎样的定量关系呢？它具体的表达式应该怎样表述？我们又应该如何进行探究？（教师给学生时间思考与讨论）
师：功是能量转换的量度。我们之前结合重力做功来认识重力势能。请你回忆一下，重力做功与重力势能的变化有什么关系？
生：重力做功等于重力势能的减小量，有WG=mgh1-mgh2，我们也正是由此得出重力势能的表达式EP=mgh。
师：在上一节课《探究功与速度变化的关系》的学习中，我们得出结论：在初速度为0的前提下，W∝v2。这为我们构建动能表达式提供了重要启示。
【设计思路】高效的学习是指学生在已有经验和知识的基础上进行自我生成和建构的过程。教师有意识地唤醒学生的已有认知，并以此作为教学的起点，合理地整合并运用教育资源，有助于学生对知识进行系统化的建构。
环节二在情境中完成理论推导
教师创设情境：在如图1所示的光滑水平面上，某质量为m的物体在水平恒力F作用下以初速度v1向前做加速运动，当位移为l时，其速度增加至v2。请结合上述条件，求解恒力所做的功。
生：比較两个式子可得知，外力做的功W等于始末状态下12mv2的差值。
生：两个式子的左边都是功，而功又是能量转换的量度；式2右侧为重力势能的变化，mgh即为重力势能的表达式；与之类比，式1右侧也应该是一种能量的变化，则12mv2应该也是某一类能量。
生：式1正好印证我们上节课的探究结果。再联系我们对动能的认识，质量越大、速度越快，物体动能越大，因此我们有理由认为，12mv2就是动能的表达式。
师（总结）：动能是与物体运动相关的能量，其表达式为Ek=12mv2，与重力势能相似。动能属于标量，其单位是焦耳。动能虽具有相对性，但与重力势能不同，动能没有负值。
【设计思路】教师通过问题情境启发学生的思维，引导学生通过类比和推理的方法进行知识迁移，从而让学生在思考和讨论中体会概念的形成过程，体现新课程的教育理念。
环节四在练习中深化学生对动能的理解
本环节中，教师主要引导学生对应具体情境，明确动能的概念和表达式。比如，动能是一个状态量，也是一个矢量。又如，匀速圆周运动中物体的动能特点。
【设计思路】物理概念繁多，为了引导学生深入了解概念的实质，系统领会概念的内涵和外延，教师在课堂要留出一定的时间，让学生结合具体情境进行感悟和理解，促进他们对知识的内化。
2.在物理情境中深刻感悟动能定理
环节一推导动能定理
师：在刚才的情境中，有关功与动能的联系发生在单个力作用的条件下。如果有多个力共同作用，结论还成立吗？
生：在W=12mv22-12mv21的推导过程中，我们用到了F=ma。如果是多个力作用，我们可以像牛顿运动定律的处理一样，先将多个力进行合成，用合力来代替多个力，效果是一致的。也就是说，上述结论中用合力的功W合来替代W就可以了。
师：WG=mgh1-mgh2表明重力做功等于重力势能的减小量，那么从W合=12mv22-12mv12能否得到类似的结论呢？ 生：物体所受合外力做的功就等于其动能的改变量。
师：这就是我们今天的学习重点——动能定理。
（板书内容及表达式）
环节二动能定理的深化认识和运用
动能定理是由运动学和牛顿运动定律推导出来的，其适用范围更加广泛。教师先让学生自主学习教材例题，体会其中的分析方法和书写格式，再补充以下三类问题帮助学生深化认识。
类型1多过程问题中的动能定理运用
例1某质量为1kg的物块静止在光滑的水平地面上，其在大小为10N的水平恒力F1作用下向前运动了10m，接着将F1替换为方向一致、大小为20N的恒力F2，物体继续向前运动了10m，求该物体的末速度。
教师让学生针对本题所展现的过程，用动能定理进行描述。学生在思考后，写出方程：F1s1+F2s2=12mv2-0，代入数据后，问题很快得到解决。
【设计思路】教师可以先限定学生思路方向，让学生用动能定理来处理问题，然后再鼓励学生用牛顿定律来处理本题，这一方面有助于学生进行知识迁移训练，另一方面也能启发学生在对比中发现动能定理的优势。
类型2曲线运动中的动能定理运用
例2如图2所示，一个质量为m的小球通过长度为L的轻绳悬挂于天花板。现将绳子拉直并让小球与悬点等高，然后由静止释放，求小球运动到最低点时的速度。
师：请你对小球進行受力分析，并判断小球的运动状态。
生：小球受重力和绳子拉力作用，绳子拉力不做功，小球做加速圆周运动。
师：曲线运动是否可以用直线运动来处理呢？
生：可以用微元法化曲为直，有mgL=12mv2-0，可以求解末速度。
【设计思路】教师引导学生用微元法对曲线运动进行化曲为直的处理，让学生在熟练科学方法、提升思维水平的同时，明确动能定理在曲线运动中的适用性。
类型3变力问题中的动能定理运用
例3如例2所示的装置，现用水平方向的力F将小球从最低点开始由静止状态向右缓慢拉动，当绳子与竖直方向夹角为θ时（图3），求该过程中力F所做的功。
教师引导学生抓住本题中“缓慢”二字，明确小球在每一瞬间都是平衡的，由此判断水平方向的力是一个变力，启发学生从动能定理的角度来构建方程，从而求解出答案。
【设计思路】本题是变力做功的典型问题，将其呈现给学生，让学生在练习中完善对动能定理适用性的认识，这比硬性灌输动能定理的适用条件会有更好的效果。
三、教学反思
本设计结合学生的具体情况进行情境创设，启发学生在类比和联想中构建动能和动能定理的基本轮廓，再通过严谨的理论推导完善相关认知，让学生经历了知识的形成过程，极大地发挥了学生的主动性，使学生感受到物理学习的乐趣。教师精心选择典型例题，让学生在练习中对相关规律形成更加深刻的认识，同时也有效提升了学生分析问题、解决问题的能力。
【关键词】高中物理；动能和动能定理；问题情境；教学设计；教学反思
“动能和动能定理”是高中物理教学的重点内容，其中动能定理被认为是对功能关系的重要诠释，具有丰富的内涵。在课堂教学中，如何发掘其内涵，进而帮助学生在完成知识建构的同时，有效提升各方面的能力，这需要教师在进行教学设计时多加斟酌。下面，笔者结合教学实践，谈谈自己的认识。
一、教学分析
1.教材分析
本节内容被安排在人教版《物理》必修2“机械能守恒定律”一章的第七节，放在“实验：探究功与速度变化的关系”一节的后面，其编写用意在于让学生结合实验结论，顺势得出动能的表达式以及动能变化量与外力做功的关系。这样的处理合乎科学探究的一般顺序，有助于学生循序渐进地构建认知，并从中获得探究能力的提升。
学生通过本节的学习，将逐步理解功能关系的内涵，掌握从能量角度来分析运动的重要思路，并为机械能守恒定律的学习奠定基础。
2.学情分析
学生通过初中物理的学习，已经认识到动能与速度、质量的关系。再结合前一节探究实验的结论——初速度为0前提下，W∝v2，有关动能的表达式呼之欲出，动能定理的内容也随即浮出水面。因此，学生的前概念认知可以成为本课学习的坚实基础。
3.目标分析
在知识和技能方面，学生通过本课的学习了解动能的概念及内涵，理解动能定理的具体内容和物理意义，并能运用动能定理解决单个物体的有关问题。
在过程与方法方面，学生通过学习掌握推导动能及动能定理的方法，感悟动能定理推广到变力做功及曲线运动等情境时所用到的类比思想和微元思想。
在情感、态度与价值观方面，学生在自主学习和探究中能感受成功的愉悦，这会激起他们的学习兴趣与探究热情，并在合作学习中增强合作意识和沟通能力。
二、教学流程
1.在已有认知基础上勾勒动能表达式
环节一合理创设问题情境
师：我们在初中已接触过动能的概念，请你回忆，动能与哪些因素相关？
生：动能和物体的速度、质量有关。速度越快、质量越大，物体的动能就越大。
师：那么，动能与这两个物理量之间还存在着怎样的定量关系呢？它具体的表达式应该怎样表述？我们又应该如何进行探究？（教师给学生时间思考与讨论）
师：功是能量转换的量度。我们之前结合重力做功来认识重力势能。请你回忆一下，重力做功与重力势能的变化有什么关系？
生：重力做功等于重力势能的减小量，有WG=mgh1-mgh2，我们也正是由此得出重力势能的表达式EP=mgh。
师：在上一节课《探究功与速度变化的关系》的学习中，我们得出结论：在初速度为0的前提下，W∝v2。这为我们构建动能表达式提供了重要启示。
【设计思路】高效的学习是指学生在已有经验和知识的基础上进行自我生成和建构的过程。教师有意识地唤醒学生的已有认知，并以此作为教学的起点，合理地整合并运用教育资源，有助于学生对知识进行系统化的建构。
环节二在情境中完成理论推导
教师创设情境：在如图1所示的光滑水平面上，某质量为m的物体在水平恒力F作用下以初速度v1向前做加速运动，当位移为l时，其速度增加至v2。请结合上述条件，求解恒力所做的功。
生：比較两个式子可得知，外力做的功W等于始末状态下12mv2的差值。
生：两个式子的左边都是功，而功又是能量转换的量度；式2右侧为重力势能的变化，mgh即为重力势能的表达式；与之类比，式1右侧也应该是一种能量的变化，则12mv2应该也是某一类能量。
生：式1正好印证我们上节课的探究结果。再联系我们对动能的认识，质量越大、速度越快，物体动能越大，因此我们有理由认为，12mv2就是动能的表达式。
师（总结）：动能是与物体运动相关的能量，其表达式为Ek=12mv2，与重力势能相似。动能属于标量，其单位是焦耳。动能虽具有相对性，但与重力势能不同，动能没有负值。
【设计思路】教师通过问题情境启发学生的思维，引导学生通过类比和推理的方法进行知识迁移，从而让学生在思考和讨论中体会概念的形成过程，体现新课程的教育理念。
环节四在练习中深化学生对动能的理解
本环节中，教师主要引导学生对应具体情境，明确动能的概念和表达式。比如，动能是一个状态量，也是一个矢量。又如，匀速圆周运动中物体的动能特点。
【设计思路】物理概念繁多，为了引导学生深入了解概念的实质，系统领会概念的内涵和外延，教师在课堂要留出一定的时间，让学生结合具体情境进行感悟和理解，促进他们对知识的内化。
2.在物理情境中深刻感悟动能定理
环节一推导动能定理
师：在刚才的情境中，有关功与动能的联系发生在单个力作用的条件下。如果有多个力共同作用，结论还成立吗？
生：在W=12mv22-12mv21的推导过程中，我们用到了F=ma。如果是多个力作用，我们可以像牛顿运动定律的处理一样，先将多个力进行合成，用合力来代替多个力，效果是一致的。也就是说，上述结论中用合力的功W合来替代W就可以了。
师：WG=mgh1-mgh2表明重力做功等于重力势能的减小量，那么从W合=12mv22-12mv12能否得到类似的结论呢？ 生：物体所受合外力做的功就等于其动能的改变量。
师：这就是我们今天的学习重点——动能定理。
（板书内容及表达式）
环节二动能定理的深化认识和运用
动能定理是由运动学和牛顿运动定律推导出来的，其适用范围更加广泛。教师先让学生自主学习教材例题，体会其中的分析方法和书写格式，再补充以下三类问题帮助学生深化认识。
类型1多过程问题中的动能定理运用
例1某质量为1kg的物块静止在光滑的水平地面上，其在大小为10N的水平恒力F1作用下向前运动了10m，接着将F1替换为方向一致、大小为20N的恒力F2，物体继续向前运动了10m，求该物体的末速度。
教师让学生针对本题所展现的过程，用动能定理进行描述。学生在思考后，写出方程：F1s1+F2s2=12mv2-0，代入数据后，问题很快得到解决。
【设计思路】教师可以先限定学生思路方向，让学生用动能定理来处理问题，然后再鼓励学生用牛顿定律来处理本题，这一方面有助于学生进行知识迁移训练，另一方面也能启发学生在对比中发现动能定理的优势。
类型2曲线运动中的动能定理运用
例2如图2所示，一个质量为m的小球通过长度为L的轻绳悬挂于天花板。现将绳子拉直并让小球与悬点等高，然后由静止释放，求小球运动到最低点时的速度。
师：请你对小球進行受力分析，并判断小球的运动状态。
生：小球受重力和绳子拉力作用，绳子拉力不做功，小球做加速圆周运动。
师：曲线运动是否可以用直线运动来处理呢？
生：可以用微元法化曲为直，有mgL=12mv2-0，可以求解末速度。
【设计思路】教师引导学生用微元法对曲线运动进行化曲为直的处理，让学生在熟练科学方法、提升思维水平的同时，明确动能定理在曲线运动中的适用性。
类型3变力问题中的动能定理运用
例3如例2所示的装置，现用水平方向的力F将小球从最低点开始由静止状态向右缓慢拉动，当绳子与竖直方向夹角为θ时（图3），求该过程中力F所做的功。
教师引导学生抓住本题中“缓慢”二字，明确小球在每一瞬间都是平衡的，由此判断水平方向的力是一个变力，启发学生从动能定理的角度来构建方程，从而求解出答案。
【设计思路】本题是变力做功的典型问题，将其呈现给学生，让学生在练习中完善对动能定理适用性的认识，这比硬性灌输动能定理的适用条件会有更好的效果。
三、教学反思
本设计结合学生的具体情况进行情境创设，启发学生在类比和联想中构建动能和动能定理的基本轮廓，再通过严谨的理论推导完善相关认知，让学生经历了知识的形成过程，极大地发挥了学生的主动性，使学生感受到物理学习的乐趣。教师精心选择典型例题，让学生在练习中对相关规律形成更加深刻的认识，同时也有效提升了学生分析问题、解决问题的能力。