苏科版九年级物理暑期进阶：功的概念建构与综合应用

苏科版九年级物理暑期进阶：功的概念建构与综合应用一、教学内容分析  本节课“功”的概念，是苏科版初中物理能量主题的基石，在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中隶属于“能量”一级主题下的“机械能”部分。课标要求学生“结合实例，认识功的概念”，这不仅是知识的识记，更是从“力学”到“能量”观念飞跃的关键节点。从知识技能图谱看，“功”上承“力与运动”，下启“机械能”、“功率”及更广泛的能量转化与守恒定律。学生需理解功的两个必要因素（作用在物体上的力、物体在力的方向上移动的距离），掌握功的计算公式W=Fs及其单位，并能进行简单计算。过程方法上，本课是渗透“转化思想”与“建模思想”的绝佳载体：将抽象的能量变化转化为可观测、可计算的力与距离的乘积。其素养价值深远，旨在引导学生初步建立“功是能量转化的量度”这一核心物理观念，培养严谨的科学态度和从实际情境中抽象物理模型的科学思维。  在学情诊断上，九年级学生已具备力的概念和运动的相关知识，但对“能量”尚处感性认识阶段。生活经验中“劳而无功”（如用力推墙而未动）的现象与物理学中“功”的严谨定义存在认知冲突，这恰是教学切入点。学生可能误认为“用力就有功”、“运动的物体就有功”，这需要通过精心设计的辨析活动来澄清。课堂中，将通过追问、小组讨论、针对性练习等形成性评价，动态诊断学生是否真正理解做功的两个必要因素同时满足。基于此，教学策略上将为理解困难的学生提供更多直观演示与生活类比（如“搬而不扛”不算做功），为学有余力的学生设计涉及力与位移方向有夹角（定性了解）的进阶问题，并鼓励所有学生用“是否存有成效地转化了能量”这一朴素能量观来审视做功过程。二、教学目标  知识目标：学生能准确阐述做功的两个必要因素，并能据此判断生活中的力是否做功；能正确表述功的计算公式W=Fs，理解各物理量的含义及单位，并能进行规范的计算和单位换算。  能力目标：学生能够从具体生活或实验现象中，抽象出做功的物理模型；能通过合作探究，设计简单实验验证做功的因素；在面对“劳而无功”或“不劳有功”的复杂情境时，能进行有条理的推理论证。  情感态度与价值观目标：通过辨析“物理学中的功”与“生活中的功劳”，体会科学概念的严谨性，培养实事求是的科学态度；在小组实验中，乐于协作，敢于表达与倾听不同观点。  科学（学科）思维目标：重点发展“模型建构”与“科学推理”思维。引导学生将丰富多样的做功实例，抽象为“力”、“沿力的方向移动的距离”两个要素的组合模型；通过“如果……那么……”的问题链（如“如果力的方向与运动方向垂直，做功情况如何？”），训练逻辑推理能力。  评价与元认知目标：引导学生利用“做功两要素核对表”进行自我评估和同伴互评；在课程尾声，反思“我是如何从不懂到理解‘功’的？”，梳理从现象到本质、从具体到抽象的学习路径。三、教学重点与难点  教学重点：理解做功的两个必要因素；掌握功的公式W=Fs及其应用。确立依据在于，功的两要素是建构功这一概念的根本，是判断是否做功、计算功的大小的唯一准则，也是连接力与能量的桥梁，属于能量观念中的“大概念”。从学业评价看，该点是中考高频考点，常以情境辨析题和简单计算题形式出现，直接考察学生的概念辨析与应用能力。  教学难点：正确判断力是否对物体做功，尤其是在力与物体运动方向不在同一直线（如垂直）或物体移动非力直接导致的情况。难点成因在于学生容易受到生活用语“工作”、“功劳”的干扰，形成“有力、有距离就做功”的错误前概念。此外，对“物体在力的方向上移动的距离”这一表述的空间想象与理解也存在障碍。突破方向在于设计层层递进的辨析情境，运用受力分析和运动轨迹可视化等手段，引导学生紧扣“力”与“该力方向上发生的位移”这两个关键点进行判断。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：多媒体课件（含动画、对比图片、例题）；演示用弹簧测力计、木块、小车、斜面；分组实验器材（每组：弹簧测力计、带钩木块、平板、细绳）。  1.2学习材料：分层学习任务单（含前测题、探究记录表、分层巩固练习）；课堂评价量规卡片。2.学生准备  2.1知识准备：复习力的概念、二力平衡、运动与力的关系。  2.2物品准备：刻度尺、笔记本。3.环境布置  3.1座位安排：46人异质分组，便于合作探究与讨论。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设：展示两组对比图片/动画：一组是大力士用力推一块巨大的石头，石头纹丝不动，他满头大汗；另一组是小女孩轻轻拉着一辆带轮子的行李箱，平稳前行。“同学们，从‘消耗体力’、‘感到劳累’的生活角度看，谁付出了‘功劳’？但从物理学的角度看，谁做的‘功’可能更多？先别急着下结论。”1.1问题提出：“物理学中，‘功’的确切含义是什么？它的大小又由什么决定？怎样才算是‘做了功’？”（板书核心问题）1.2路径明晰：“今天，我们就化身‘功’的鉴定官，先学会判断‘做没做功’，再掌握‘功有几多’的计算法则。我们会从熟悉的生活场景出发，通过实验探究，一步步揭开‘功’的严谨面纱。”第二、新授环节任务一：初探“功”的含义——从生活经验到物理概念教师活动：首先呈现导入中的两种情境，提问：“大力士对石头施加了力，石头移动距离是多少？小女孩对行李箱施加了力，行李箱移动了吗？”引导学生关注“力”和“在力的方向上移动的距离”这两个要素。继而提出：“只有力，或者只有距离，能形成‘功’吗？”引出“必要因素”的概念。然后展示更多例子：举着杠铃静止不动、足球离开脚后在空中飞行、人提水桶水平行走。组织学生分组讨论，利用学习单上的表格对这些情境进行“有无做功”的初步分类，并说明理由。“大家讨论时，一定要紧扣我们刚提出的那两个要素，像侦探一样寻找证据。”学生活动：观察情境，思考教师提问。进行小组讨论，在任务单上完成情境辨析表格，尝试归纳出力做功的共性条件。派代表分享本组观点，可能产生分歧（如对“提水桶水平行走”是否做功）。即时评价标准：1.讨论时能否围绕“力”和“距离”两个要素展开。2.发言观点是否有具体的实例依据。3.能否倾听并回应同组成员的意见。形成知识、思维、方法清单：★物理学中的“功”：一个物体受到力的作用，并在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。▲两个必要因素缺一不可：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。这是判断是否做功的“金标准”。◆方法提示：判断时，可先确定是哪个力（研究对象），再找这个力方向上物体是否发生了位移。任务二：深化理解——辨析三种不做功的典型情况教师活动：基于学生讨论中的分歧点，系统梳理三种不做功的情况：①有力无距（劳而无功，如推而不动）；②有距无力（不劳而功，如冰壶离手后滑行）；③力与距垂直（垂直无功，如提水桶水平走，提力不做功）。针对第三种情况，教师可进行演示：用弹簧测力计水平拉木块在桌面匀速运动，分析重力、支持力、拉力、摩擦力的做功情况。“同学们注意看，拉力方向和运动方向一致，拉力在做功。而重力竖直向下，运动方向水平，两者垂直，所以重力此刻‘袖手旁观’，不做功。”学生活动：修正和完善自己对各情境的判断。重点观察教师演示，理解“力的方向”与“运动方向”的夹角关系对做功判断的决定性影响。尝试用自己的话解释为何提水桶水平行走时，提力不做功。即时评价标准：1.能否准确复述三种不做功的情形。2.能否运用“力与距离方向垂直”来解释新的类似情境（如起重机吊着货物水平移动，吊绳拉力是否做功）。形成知识、思维、方法清单：▲三种不做功特例：“有劳无距”、“有距无力”、“垂直无功”。★思维深化：判断力是否做功，关键在于分析该力的方向与该力作用下产生的位移方向是否一致。若垂直，则该力不做功。◆易错点警示：“物体移动的距离”不等于“在力的方向上移动的距离”，后者是前者的一个分量。任务三：量化“功”的大小——建构计算公式教师活动：提问：“既然功有有无，那也有大小。功的大小可能与什么因素有关呢？”引导学生基于前两个任务进行猜想（力的大小、在力的方向上移动的距离）。组织学生进行分组探究实验：用弹簧测力计沿斜面匀速拉动木块上升，改变拉力大小（通过改变斜面粗糙程度）或改变木块被拉升的高度，感受做功多少的差异（定性）。进而引导：“如何将这种关系精确地表达出来？”通过类比：把相同的箱子举高1米和2米，做功相差几倍？用大小不同的力把箱子举高相同高度，做功相差几倍？自然地引出功等于力与物体在力的方向上移动距离的乘积，即W=F·s。“看到这个公式，有没有同学觉得它‘似曾相识’？它和我们学过的哪个公式在形式上很像？（提示：匀速直线运动路程公式）这背后反映了怎样的数学建模思想？”学生活动：提出猜想。进行分组实验，体验并记录不同条件下做功的“费劲”程度。参与教师的类比推理，理解乘积关系的由来。回忆已学公式，体会物理量之间比例关系的建模方法。即时评价标准：1.实验操作是否规范（如弹簧测力计匀速拉动、读数视线垂直）。2.能否从实验体验和类比推理中，合情推理出功与力、距离的正比关系。形成知识、思维、方法清单：★功的计算公式：W=F·s。★各物理量及单位：W—功—焦耳(J)；F—力—牛顿(N)；s—距离—米(m)。1J=1N·m。◆方法提示：计算时，F与s必须严格对应：F是作用在物体上、使物体沿s方向移动的那个力；s是物体在F方向上实际移动的距离。任务四：公式应用初体验——规范计算与单位换算教师活动：出示例题1：一个质量为20kg的物体，受到30N的水平拉力，在水平地面上匀速前进了10m。求拉力做的功。（强调受力分析，明确s是沿拉力方向的距离）。例题2：将两个鸡蛋匀速举高1米，估算所做的功大约是多少？（建立1J的感性认识）。带领学生完成解题步骤：审题→画示意图（标出力与距离）→写出公式→代入数据（带单位）→计算结果。“计算时，单位要‘抱团’代入，N和m相乘，自然得到J，这是检查单位是否正确的好方法。”学生活动：在教师引导下，逐步完成例题。学习规范的解题步骤和书写格式。通过估算举鸡蛋的功，形成对1焦耳大小的具体感知。即时评价标准：1.解题时是否能正确找出对应力F及其方向上的距离s。2.计算过程是否带单位，结果单位是否正确。形成知识、思维、方法清单：★解题规范步骤：明确研究对象与过程→受力分析，找出待求力→确定该力方向上的位移s→代入公式计算。▲单位换算与量感：熟记1J的大小。进行kJ等单位的换算练习。◆易错点警示：计算前务必确认s是否是沿着待求力F的方向。若物体运动方向与力方向不一致，不能直接代入公式。任务五：综合情境辨析——巩固概念与公式教师活动：呈现一个包含多个过程的综合情境（如：小明用力推一辆陷在泥里的车，没推动；后找来木板垫在轮下，用较小的力就将车匀速推到了平地上）。提出问题链：①在“推而未动”阶段，小明做功了吗？为什么？②在“匀速推动”阶段，若已知推力F和移动距离s，如何求功？③若车重为G，在推动过程中，重力G做功吗？支持力呢？引导学生综合运用本节课知识进行系统性分析。学生活动：独立思考后小组讨论，逐一分析情境中的不同阶段、不同力的做功情况。清晰表述判断依据或计算思路。将做功的判断与计算融入一个完整的故事线中。即时评价标准：1.能否清晰地划分物理过程。2.对每个力做功的判断是否准确，理由是否充分。3.讨论中逻辑是否清晰，能否说服同伴。形成知识、思维、方法清单：★综合应用策略：复杂情境需“分段析力，逐个判断”。▲能量观的初步渗透：力对物体做功的过程，实质是能量发生转化的过程。拉力做功消耗了人的化学能，转化为车的动能和内能等。◆思想升华：物理学用“做功”这个统一的尺度，来衡量各式各样能量转化的多少。第三、当堂巩固训练基础层（全员完成）：1.判断：a.运动员将杠铃举在空中静止时，他对杠铃做了功。()b.火箭升空过程中，燃气的推力对火箭做功。()2.计算：用50N的水平力，将重100N的桌子沿水平地面推动5m，求推力做的功。综合层（大多数学生完成）：3.如图所示，物体在拉力F作用下沿斜面向上运动，请画出物体所受重力G和拉力F的方向，并分析在物体从斜面底端运动到顶端的过程中，拉力F_______功，重力G_______功。（选填“做”或“不做”）。4.一颗子弹在枪膛中受到火药爆炸产生的平均推力为500N，枪膛长0.6m，求子弹离开枪口时，火药推力对子弹做的功。挑战层（学有余力选做）：5.思考：人乘电梯匀速上升，支持力是否做功？如果做功，试分析人体内化学能的变化情况。6.讨论：在光滑水平面上，一个运动的物体依靠惯性匀速直线运动，有没有力对它做功？它的动能从何而来？反馈机制：基础题通过集体问答快速核对。综合题采用小组互评，教师巡视，选取具有代表性的解法（包括典型错误）进行投影讲评，重点剖析受力分析与位移方向的对应关系。挑战题作为思考题，请有兴趣的学生课后研究，下节课课前分享。第四、课堂小结知识整合：“现在，请大家合上课本，在笔记本上画一个关于‘功’的概念图或思维导图，看看你能回忆起哪些关键点？”请学生展示，并引导全班补充，形成以“功”为中心，辐射出“两要素、三特例、公式W=Fs、单位、判断与计算步骤”的结构图。方法提炼：“回顾今天的学习，我们是如何认识‘功’的？（从生活现象→提出问题→实验探究→建立概念→总结规律→应用练习）这种从具体到抽象、从定性到定量的研究方法，在很多物理概念的学习中都会用到。”作业布置：必做（基础+综合）：1.完成学习任务单上分层次的课后练习题A组。2.列举生活中3个做功和3个不做功的实例，并用本节知识简要说明。选做（探究）：1.查阅资料，了解“焦耳”这位科学家的生平及其在能量研究方面的贡献。2.设计一个小实验，粗略测量自己从一楼走到二楼时，克服自身重力做了多少功。六、作业设计基础性作业：1.背诵并默写功的计算公式、单位及换算关系。2.课本本节后基础练习题14题。3.完成判断力是否做功的专项辨析题10道（均为典型情境）。拓展性作业：4.（情境应用题）估算：你背着质量为5kg的书包，从教学楼一楼走到三楼的教室（假设每层楼高3.5米），估算你对书包做的功大约是多少？（需画出示意图，写出估算过程）5.（微型项目）制作一份“功的辨别”小海报：用漫画或照片展示三种“劳而无功”的生活场景，并用物理语言进行注释。探究性/创造性作业：6.（开放探究）思考与论证：在水平路面上，汽车关闭发动机后靠惯性滑行一段距离。有人说：“这段距离内，没有力对汽车做功，所以汽车的动能转化为了内能。”这个说法严谨吗？请查阅“摩擦力做功”的相关资料，撰写一段简要的评析报告。7.（跨学科联系）从历史或文学作品中（如成语“劳而无功”、“功亏一篑”），寻找与物理学中“功”的概念相关或相悖的描述，并尝试从科学角度进行解读。七、本节知识清单及拓展★1.功的定义：一个物体受到力的作用，并在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。（教学提示：这是功的“定性”描述，是判断的出发点。）★2.做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。二者必须同时满足，缺一不可。（教学提示：这是本课最核心的“判据”，务必理解透彻。）▲3.三种不做功的特例：(1)有力无距离（劳而无功）；(2)有距离无力（不劳而功）；(3)力与距离方向垂直（垂直无功）。（教学提示：结合具体实例反复辨析，是攻克难点的关键。）★4.功的计算公式：W=F·s。其中，W表示功，F表示作用在物体上的力，s表示物体在力F方向上移动的距离。（教学提示：强调F与s的“对应性”，这是计算成败的关键。）★5.功的单位：国际单位是焦耳，简称焦，符号J。1焦耳=1牛顿·米（1J=1N·m）。常用单位还有千焦（kJ），1kJ=1000J。（教学提示：通过举鸡蛋等例子建立对1J的感性认识。）◆6.解题一般步骤：①审题，明确研究对象与过程；②进行受力分析，确定待研究的力F；③分析物体运动，找出在力F方向上通过的位移s；④代入公式W=Fs计算；⑤作答。（教学提示：规范化训练，养成良好解题习惯。）▲7.“距离s”的理解：指物体在力的方向上实际通过的距离，且必须与力F同时存在。对于曲线运动或力方向改变的情况，s是指在该力持续作用下物体移动轨迹在力方向上的分量（初中阶段主要处理直线情况）。（教学提示：此为高阶理解的铺垫，对学有余力学生可做定性介绍。）◆8.功的“能量”本质（拓展）：在更深刻的物理观念中，功是能量转化或转移的量度。力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。例如，拉力做功消耗了人的化学能，转化为物体的动能和内能等。（教学提示：这是将力学与能量观联系的“魂”，虽不要求定量掌握，但应在教学中渗透，为学生构建完整的物理图景埋下伏笔。）八、教学反思（一）目标达成度评估  本节课预设的知识与技能目标基本达成。通过前测与课堂观察，绝大多数学生能够准确判断简单情境中力是否做功，并能利用公式W=Fs解决基础计算问题。能力目标方面，学生从具体情境中抽象物理模型的能力在任务一和任务五中得到锻炼，但部分学生在面对新颖、复杂情境时，自主建模仍有困难，表现为需要教师或同伴的提示才能准确受力分析并找到对应距离。科学思维目标中的模型建构与推理环节设计较为充分，学生经历了从实例到规律、从定性到定量的完整思维过程。情感与元认知目标，通过小组合作与“功的鉴定官”角色代入，课堂参与度较高，学生在小结环节的思维导图绘制情况，反映了他们初步具备了梳理知识结构的意识。（二）环节有效性分析  导入环节的认知冲突设计成功激发了探究兴趣。“大力士与小女孩”的对比迅速将学生引入“功”的物理语境。新授环节的五个任务层层递进，逻辑线清晰：从定性判断（任务一、二）到定量探究（任务三、四），再到综合应用（任务五），符合概念建构的认知规律。其中，任务二对“三种不做功特例”的集中辨析，有效冲击了学生的前概念，是难点突破的关键步骤。实验探究环节（任务三）虽为定性感受，但学生亲手操作，对“功与F、s有关”的猜想建立了直接经验，比单纯讲授更深刻。巩固环节的分层设计满足了不同层次学生的需求，但在有限课堂时间内，对挑战层问题的讨论难以深入，更适合作为课后延伸。（三）学生表现与差异化应对  课堂中，学生群体呈现出明显的分层：约70%的学生能紧跟节奏，顺利完成各环节任务；约20%的学生（多为基础较弱者）在“力与距垂直”和“对应距离s的确定”上存在持续困惑，需要教师在巡视和讲评时给予个别指导，或安排小组内“小老师”帮扶；约10%的学优生则很快掌握基础内容，在任务五和挑战题中表现出更强的分析兴趣。针对此，学习任务单的“脚手