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我刊入选第二批学术期刊名单
期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2021-11-04 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

  【摘要】阐述了初中物理中由能量概念向能量观念转变的过程,对能量观念的定义和表现进行了分析。基于初中物理课程标准,将能量观念分解为能量本质观、能量来源观、能量形式观、能量传递及转化观、能量守恒观、能量耗散观和能量利用观七个子观念,对每个子观念的内涵进行了详细的讨论。
  【关键词】核心素养  能量观念  初中物理
  【基金项目】云南省文山州教育科学“十三五”规划重点课题(文教体发[2020]12号);文山学院教学改革研究项目(WYZL 200502)。
  【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2021)07-0170-03
  能量观念是中学物理核心素养之物理观念的重要组成部分[1]。在物理观念中,能量观念是内涵最丰富、应用最广也是最基本的观念,同时也是较难形成的一种观念。针对高中物理能量观念的研究,其理论和体系已经趋于成熟[2-4]。但对于初中物理,,由于缺乏基于核心素养的国家课程标准,关于初中物理核心素养问题的研究还处于探索阶段,已有的研究也主要是以教学设计案例为主,不管是理论层面还是指标体系,都还有很多问题没有解决。关于初中物理中能量观念的内涵问题,目前还没有标准化的答案,对于学生的认知水平也没有清晰权威的描述,导致教师在教学中难以落实核心素养的要求。基于以上背景,根据最新版的初中物理课程标准,本文对初中物理能量观念的内涵进行详细研究,从七个层面分析初中物理能量观念的支撑体系和内容,为教师在初中物理教学中落实物理核心素养的要求打好基础。
  1.从能量概念到能量观念
  与其他的物理概念不同,能量是一个极其抽象且难以用精确的物理语言进行定义的概念。对能量的定义,更多的是从其表征的物理意义来进行说明,能量是物质运动转换的量度,表征的是物理系统做功本领的强弱。从微观到宏观再到宇观,从低速物体到高速物体,从经典物理到现代物理,能量都贯穿始终。能量也是少有的能横跨多个自然科学学科的概念,在化学和生物等学科中也都离不开能量的概念。此外,能量也是最让人费解的概念,生活中,常常用“正能量”和“负能量”来形容一个人,能量的概念与人的精神状态和心理效应也联系在了一起。
  能量,是初中物理教学的三大主题之一,然而学生根本不知道如何定义能量,对书中能量的描述也较难理解,但学生能接触到机械能、电能、风能等多种形式的能量,而且自然界中的能量不是孤立的,不同的能量在特定的条件下可以相互转化,能量的计算也是经常学习的主题。能量的概念与功联系在一起,功是力与物体在力的方向上通过路程的乘积,而对力的概念辨析又回到了许多物理问题研究的起点。这些概念或理论自己构成了一个纯人工的、巧妙的圈套,层层嵌套,相互关联,对现实生活现象准确无误地描述和计算成了它们应当继续发展下去的理由[5]。最终,物理学和生活中的很多问题,都可以用能量守恒定律来统一描述,并得出了质量就是能量的结论,在这个过程中,能量的概念也随之上升到了能量观念层次。
  可以借鉴物理观念的定义[1],将能量观念定义为对于物理学中能量相关问题的基本认识,是能量相关概念及规律等在头脑中的提炼与升华,是关于能量的研究对象、过程、方法和结果在学生头脑中整体的、概括的反映。初中物理的能量观念可以从能量的本质、能量的来源、能量的形式、能量的传递及转化、能量守恒、能量的耗散和能量的利用七个方面进行构建。
  2.能量觀念的内涵
  2.1 能量本质观
  能量本质观需要回答能量是什么的问题。人教版初中物理教材中对能量的定义:物体能够对外做功,就说它具有能量。严格来说,这并不是能量的定义,也没有对能量的本质进行说明和解释,它只是对能量在力学方面的特征进行了描述,只是在力学层面说明了判断物体是否具有能量的标准。这种标准即使在初中阶段也是不全面的,因为除了做功,能量还可以光的辐射和热的传递等形式体现。在初中阶段,对能量的定义,应理解为对机械能的定义,这是对能量的初步定义。从另一个角度看,能量还可以理解为一种趋势,一种可以使物质发生某种特定变化的趋势,人们在希望这种特定变化发生时,就可以利用能量来达到目的。
  关于对能量本质的认识,应该在学完所有初中物理知识后引导学生进行探讨:(1)能量是表征物理系统做功本领的量度,但是有能量不一定在做功,能量大小与做功多少没有必然的联系,“本领”仅代表具有做功的能力,不代表正在或者必须要发生,做功是能量变化的量度,能量是状态量,做功是过程量。物体的运动和变化伴随着能量的变化,可以从能量的角度去研究物体运动和变化的问题。(2)能量通过机械能引入,但其内涵和范围不仅仅限于做功,能量还与热量和内能相联系,而且热量与内能的联系如同做功与机械能之间的关系一样。此外,能量还可以携带信息。(3)能量不可以被直接测量,是一个只能间接观测的物理量,没有方向,在初中阶段,能量在数值上是大于零的。(4)初中物理中的势能和内能等内容已经蕴涵了“系统”的思想,应引导学生思考哪些能量属于系统,哪些能量既可以描述个体也可以描述系统,从而升华思维。
  2.2能量来源观
  能量来源观是关于能量的出处以及获取的理解及看法,需要从两个层面构建。一是懂得地球就是一个大的能量系统,理解地球上的能量绝大部分都直接或间接来自于太阳,认同太阳就是能量之源的理念,知道能量是维持生命的根本保证。二是知道可以通过物质能量和物质释放能量来获取能量,物质能量指物质的动能和势能,物质释放能量指物质通过化学或者物理反应时释放的能量。
  关于能量的来源,难点在于磁场的能量来源问题。虽然在初中阶段不要求掌握,但初中物理中强调了磁场对电流及磁体会产生力的作用,并涉及到电磁感应现象以及电磁波的概念,抖音上还出现了利用磁场制作出类似于“永动机”的科学装置,难免会让学生在心里产生对磁场能量来源的思考。对于这个问题,教师可以结合磁铁的形成过程,运用能量的转化观念来进行解释。


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