物理探究式教學設(shè)計案例《動量和動量定理》

張妮

摘 要：以《動量和動量定理》一節(jié)的教學案例，論述了中學物理的課堂如何進行探究式教學。從生活中提出問題，通過理論探究和實驗探究，讓學生體驗建立概念和總結(jié)規(guī)律的過程。用探究過程中所獲得的知識解決相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：教學設(shè)計；動量；動量定理；科學探究；設(shè)計思路

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0038-7

《普通高中物理課程標準（實驗）》中明確指出“高中階段的物理應(yīng)該更加關(guān)注學生在科學探究過程中的學習質(zhì)量，進一步加深對科學探究的理解，提高科學探究的能力”，“使物理貼近學生的生活、聯(lián)系社會實際”?？茖W探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。[1]

本文通過《動量和動量定理》一節(jié)的教學設(shè)計案例來談?wù)勅绾卧O(shè)計并實施探究式教學。

1 教學內(nèi)容

（1）教材：人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-5。

（2）所屬章節(jié)：第十六章第二節(jié)《動量和動量定理》。

（3）教學時間：40分鐘。

2 教學設(shè)計

2.1 教材分析

人教版《動量和動量定理》一節(jié)，是在第一節(jié)《探究碰撞中的不變量》的基礎(chǔ)上直接提出了動量的概念，并從物理學史的角度來加以認識。然后通過例題提出動量的變化，加深對動量和動量的變化的矢量性的理解。

關(guān)于動量定理，教材先是在恒力作用的情況下由牛頓第二定理推導(dǎo)出動量定理，分析表達式，并引入沖量的概念。之后，用“微積分”的思想分析出，動量定理不僅適用于恒力情形，也適用于變力情形。在解決作用時間短，作用力大而且隨時間變化的打擊、碰撞等問題時，動量定理要比牛頓運動定律方便得多。

最后，教材通過“壘球”“易碎品包裝”以及“科學漫步——汽車碰撞實驗”來展現(xiàn)動量定理在生活中的廣泛應(yīng)用[2]。

2.2 學情分析

學生在第一節(jié)《探究碰撞中的不變量》中，體會到碰撞中有一個十分重要的物理量——“mv”。但是，這個物理量是什么？在運動學中又有著什么重要意義？這些，學生還沒有深刻的認識，還需要通過對“動量定理”“動量守恒定律”的學習進一步加深認識和理解。

然而，學生在必修一和必修二的學習中，對“力”的理解、對“牛頓運動定律”等動力學知識的掌握卻是比較扎實的。

2.3 教學目標

（1）知識與技能

①會通過觀察生活現(xiàn)象提出問題，并通過實驗探究，分析碰撞中的沖擊力與物體的質(zhì)量、速度的改變及時間有關(guān)。

②會運用所學動力學知識推導(dǎo)動量定理的表達式。

③理解動量和動量的變化及其矢量性，會正確計算做一維運動的物體的動量變化。

④理解沖量概念，理解動量定理及其表達式。明確動量定理中的沖量是合力的沖量。

⑤會利用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和解決實際問題。

（2）過程與方法

①觀看視頻，提出問題，聯(lián)系生活，通過猜想。

②通過建立理想物理模型，理論推導(dǎo)出動量定理的表達式。用類比的方法，建立動量、沖量概念以及動量定理的內(nèi)容，

③根據(jù)實驗?zāi)康?，設(shè)計實驗并實施實驗驗證。

④運用動量定理解決實際問題。

（3）情感、態(tài)度與價值觀

①培養(yǎng)學生善于交流的合作精神，在交流合作中發(fā)展能力，并形成良好的學習習慣和學習方法。

②培養(yǎng)學生的理論分析能力和總結(jié)歸納能力。

③培養(yǎng)并提高學生理論聯(lián)系實際、分析解決問題的能力。

2.4 教學重點

（1）理論推導(dǎo)動量定理的表達式，類比動能定理，建立動量、沖量的概念。

（2）理解動量和動量的變化及其矢量性，及沖量是過程量。

（3）設(shè)計實驗，驗證動量定理。通過實驗結(jié)論進一步理解動量定理及其表達式，理解物體動量的改變是因為合力的沖量。

（4）動量定理的應(yīng)用。

2.5 教學難點

（1）類比動能定理，建立動量、沖量的概念。

（2）動量和動量的變化及其矢量性。

（3）實驗：驗證動量定理。實驗設(shè)計，方案的實施，誤差的分析。

（4）理解物體動量的改變是因為合力的沖量。

2.6 教學方法

探究、講授、討論、練習。

2.7 教學儀器

PPT教學課件、多媒體、朗威DSL驗證動量定理的相關(guān)儀器、朗威DIS軟件、兩個相同的碗、木板、軟墊、兩個雞蛋。

3 設(shè)計思路

探究設(shè)計之一：理論探究、類比分析。本教學設(shè)計中，沒有按照課本上的順序，直接提出“動量”的概念，而是從“小鳥撞飛機”的故事中提出問題，先猜想，再根據(jù)問題建立理想物理模型，運用“牛頓第二定理”推導(dǎo)出“Ft=mvt-mv0”表達式。通過與“動能定理”進行類比，建立概念——“動量”“沖量”，分析總結(jié)規(guī)律“動量定理”。這是一個理論探究的過程。[3]

探究設(shè)計之二：知識遷移，總結(jié)規(guī)律。在分析動量這個概念的時候，運用力傳感器，得到“F-t圖像”。引導(dǎo)學生將“v-t圖像”的面積表示位移的規(guī)律遷移，并得出“F-t圖像”的面積表示一段過程中力的沖量。這樣不僅找到了一種求解變力沖量的方法，還讓學生體會到，沖量反映了力的作用對時間的積累效應(yīng)，是過程量。

探究設(shè)計之三：驗證性實驗中，探究實驗裝置。規(guī)律的得出除了理論的論證之外，還需要有實踐與實驗的支持。所以，在學習了新的概念和規(guī)律后，又進一步引導(dǎo)學生設(shè)計實驗“驗證動量定理”。然而，引導(dǎo)學生完整地探究出整個實驗設(shè)計，在四十分鐘的課堂上是無法實現(xiàn)的。因此，該環(huán)節(jié)只進行了部分探究：引導(dǎo)學生探究實驗的儀器，分析裝置安裝時的幾點注意事項以及實驗誤差探究。

探究設(shè)計之四：運用規(guī)律，解決問題。學習概念，總結(jié)規(guī)律最終是要解決生活中的問題。而 “小鳥撞飛機”這條問題線索貫穿始終，最后得到解決，首尾呼應(yīng)。

設(shè)計思路的框架如圖5：

參考文獻：

[1]鐘啟泉.基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）解讀[M].上海：華東師范大學出版社，2001.

[2]人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理 選修3-5 教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]胡炳元.物理課程與教學論[M].杭州：浙江教育出版社，2003.

（欄目編輯 羅琬華）