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2019-2020年高中物理 《動(dòng)量定理》教學(xué)案例分析 新人教版必修1 摘要：在探究式教學(xué)過程中，通過情境創(chuàng)設(shè)喚起主體經(jīng)驗(yàn)，活動(dòng)探究重構(gòu)主體經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐應(yīng)用活化主體經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)訓(xùn)練深化主體經(jīng)驗(yàn)，回顧反思升華主體經(jīng)驗(yàn)，層層深入逐步完成學(xué)生主體經(jīng)驗(yàn)的建構(gòu)，使學(xué)生主體經(jīng)驗(yàn)不斷“生長”。 關(guān)鍵詞：主體經(jīng)驗(yàn)　生長　動(dòng)量定理 在杜威的以“經(jīng)驗(yàn)”為中心的思想看來，對(duì)于教育而言，意味著教育必須根植于主體經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，教育就是主體經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)整與創(chuàng)生，教育的本質(zhì)就是人主體經(jīng)驗(yàn)的生長過程。對(duì)于學(xué)習(xí)者而言，主體學(xué)習(xí)就是有目的有意識(shí)地選擇被經(jīng)驗(yàn)對(duì)象過程中的一種隱性的主觀“創(chuàng)造”，使主體與積極的、獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)情景交互作用，互相生成與發(fā)展，從而使學(xué)習(xí)者在其間創(chuàng)建“學(xué)習(xí)的聯(lián)合”，構(gòu)筑知識(shí)，探索經(jīng)驗(yàn)的存在與個(gè)體的意義，進(jìn)而培養(yǎng)出自然和諧的人性。杜威的以主體經(jīng)驗(yàn)“生長”為核心的教育理論對(duì)我們當(dāng)前的物理教學(xué)也有一定的啟示作用。 如何在探究式教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)主體經(jīng)驗(yàn)的不斷“構(gòu)建”與“生長”？基于對(duì)這個(gè)問題的思考，結(jié)合對(duì)“動(dòng)量定理”的教學(xué)案例的分析，在此談一點(diǎn)個(gè)人粗淺的做法，供同仁們參考。 一、情境創(chuàng)設(shè)喚起學(xué)生主體經(jīng)驗(yàn) 通過圖片新聞的方式，應(yīng)用多媒體展示“勇氣號(hào)”探測器成功登陸火星過程的一組圖片，創(chuàng)設(shè)問題情境導(dǎo)入新課，讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)，并喚起他們?cè)械纳罱?jīng)驗(yàn)。如跳高要落到海綿墊上或沙坑里；船靠岸時(shí)須減速，到碼頭時(shí)要用橡皮球擋一下；消防急救時(shí)要用充氣氣墊，等等。這些都是生活中常見的關(guān)于減緩碰撞的例子。為了使學(xué)生思路明朗化，可提出三個(gè)簡單問題： （1）降落傘和反向發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是什么？ （2）安全氣囊的作用是什么？ （3）采取這些措施最終的目的是什么？ 雖然學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)不盡相同，但結(jié)合各自的經(jīng)驗(yàn)，大家都能意識(shí)到降落傘和反向發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是為了減小著地的速度，安全氣囊的作用是延長作用時(shí)間。還會(huì)粗淺地認(rèn)為，對(duì)于同一個(gè)物體，撞前速度越小，撞擊力越??；撞擊時(shí)間越長，撞擊力越小。 通過問題情景的創(chuàng)設(shè)，一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的情感注意力，同時(shí)也喚起了學(xué)生原有的相似的經(jīng)驗(yàn)，為主體經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)一步構(gòu)建打下了基礎(chǔ)。 二、活動(dòng)探究重構(gòu)學(xué)生主體經(jīng)驗(yàn) 通過探究活動(dòng)重構(gòu)主體經(jīng)驗(yàn)是這節(jié)課最主要的一個(gè)環(huán)節(jié)。教材上安排的是“雞蛋落地不破”的演示實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)過于簡單，且結(jié)論為學(xué)生所熟知，缺乏新鮮感和挑戰(zhàn)性，故難以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究的興趣。我在教學(xué)中是將課后的小實(shí)驗(yàn)“緩沖裝置的模擬”改為課堂探索性實(shí)驗(yàn)。讓同學(xué)們利用給定的器材，探討“什么情況下細(xì)線易斷？什么情況下細(xì)線不易斷？”，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)有一定的開放性，同學(xué)們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)很有積極性。在探究活動(dòng)接近尾聲時(shí)，我特意請(qǐng)兩個(gè)同學(xué)上來演示他們探究的結(jié)果。并請(qǐng)其他同學(xué)仔細(xì)觀察。一個(gè)同學(xué)是先將鉤碼提起較高的高度，然后自由釋放，“啪”，細(xì)線斷了；第二次將鉤碼提起較低的高度釋放，細(xì)線則沒有斷。他覺得繩子受到的拉力大小與鉤碼下落到最低點(diǎn)的動(dòng)量有關(guān)，動(dòng)量越大，則越容易斷。另一個(gè)同學(xué)是兩次都將鉤碼從同一高度釋放，但第二次在細(xì)線中間接了一根皮筋。第一次斷，第二次卻沒有斷。他覺得鉤碼和繩相互作用時(shí)間越長，則拉力越小。 從學(xué)生的活動(dòng)及回答的情況可以看出，這時(shí)候速度、時(shí)間、動(dòng)量、沖量、力等幾個(gè)概念在學(xué)生的頭腦中有了一定的聯(lián)系，但這些聯(lián)系仍然是比較零碎的，不確切的，需要進(jìn)一步整合。因此，接下來我引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型。這個(gè)模型為水平面上的物體，在合力F的作用下，經(jīng)過一段時(shí)間t，動(dòng)量由mv0變?yōu)閙v1。引導(dǎo)同學(xué)用所學(xué)到的牛頓運(yùn)動(dòng)定律的知識(shí)，去整理這幾個(gè)物理量之間的關(guān)系，探索動(dòng)量變化跟所受合力的沖量之間的關(guān)系。在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上，通過推導(dǎo)，大部分同學(xué)會(huì)得到一個(gè)表達(dá)式： Ft＝mvt-mv0　或　　Ft＝△P 這時(shí)不要急于歸納它的物理意義，而是給出學(xué)生想像和討論的時(shí)間，讓同學(xué)們?cè)囍忉屗瑒傞_始可能得到一些不完整的結(jié)論，比如“沖量等于動(dòng)量之差”或“沖量等于動(dòng)量相減”，或“沖量引起動(dòng)量發(fā)生變化”。隨著討論的深入，引導(dǎo)同學(xué)們回憶動(dòng)量的變化這個(gè)概念。在求同存異的過程中，探究出合沖量和動(dòng)量變化量的關(guān)系，比如數(shù)量關(guān)系，因果關(guān)系會(huì)逐漸清晰，但方向關(guān)系還沒有特別明朗化。在同學(xué)們基本理解的基礎(chǔ)上，老師總結(jié)并板書動(dòng)量定理的內(nèi)容。在師生共同解決問題的學(xué)習(xí)中，通過原有知識(shí)的激活，然后再通過順應(yīng)過程重建新知識(shí)與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，使認(rèn)知發(fā)展從一個(gè)平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個(gè)更高的平衡狀態(tài)。 三、實(shí)踐應(yīng)用活化學(xué)生主體經(jīng)驗(yàn) 對(duì)物理規(guī)律的理解不能限于孤立的公式，應(yīng)將它置于相應(yīng)的物理情境中，在實(shí)踐中用活物理規(guī)律。先結(jié)合下面的“動(dòng)手做一做”對(duì)動(dòng)量定理Ft＝△P加以解釋。 “動(dòng)手做一做”：在課桌邊上放一張紙，再在紙上放一塊橡皮。把紙從橡皮下抽出，但不能把橡皮拉落下。邊做邊思考，怎樣做才能完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，談一談自己的感受。 （可請(qǐng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗的同學(xué)講做不成功的感受，再請(qǐng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的同學(xué)到講臺(tái)上做給全班同學(xué)看。其他同學(xué)作為觀察者，其實(shí)也是以自己的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)去理解被觀察者的活動(dòng)的，觀察的過程也是一個(gè)建構(gòu)的過程，是所觀察到的信息與原有經(jīng)驗(yàn)的相互作用過程。） 接下來可和同學(xué)們一塊分析生活中常見的現(xiàn)象，除了書上列舉的一些例子之外，教師還可補(bǔ)充一些，也可引導(dǎo)同學(xué)自己找出生產(chǎn)、生活中的更多例子，并加以解釋。學(xué)生從理性認(rèn)識(shí)再回到感性認(rèn)識(shí)時(shí)，例子要盡量豐富一些，這樣使學(xué)生對(duì)規(guī)律的應(yīng)用范圍能更廣一些，更有利于規(guī)律在不同情境、不同條件下的遷移。 四、針對(duì)訓(xùn)練深化主體經(jīng)驗(yàn) 在定性分析的基礎(chǔ)上，分析解決課本上的例1，通過這個(gè)問題的解決應(yīng)該達(dá)成以下幾個(gè)目的： 一是要讓學(xué)生知道動(dòng)量定理不但適用于恒力，也適用于變力，正因?yàn)檫m用于變力，它們才有廣泛的應(yīng)用。在變力的情況下，動(dòng)量定理公式中F應(yīng)理解為變力在作用時(shí)間內(nèi)的平均值。 二是要突破難點(diǎn)，也就是動(dòng)量定理的矢量性，可設(shè)計(jì)兩個(gè)有梯度的問題來降低難度。 三是要讓學(xué)生總結(jié)出應(yīng)用動(dòng)量定理解題的關(guān)鍵步驟，比如必須首先規(guī)定正方向，求動(dòng)量的變化，再應(yīng)用動(dòng)量定理列方程求未知量。 例1 一個(gè)質(zhì)量為0．18kg的壘球，以25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度大小為45m/s。設(shè)球棒與壘球的作用時(shí)間為0．01秒，球棒對(duì)壘球的平均作用力有多大？ 問題（1）：物體動(dòng)量變化量是什么方向？ 問題（2）：聯(lián)系你學(xué)過的彈力產(chǎn)生的條件，從形變的角度分析彈力的方向，合力沖量的方向應(yīng)該是什么方向？ 通過這樣的比較，同學(xué)們將發(fā)現(xiàn)：合力沖量的方向與動(dòng)量變化量的方向相同，使動(dòng)量定理的矢量性這個(gè)難點(diǎn)具體化和逐漸明朗化。 在打擊和碰撞一類問題中，知道在什么情況下可以忽略重力的作用是很重要的。為此可補(bǔ)充第二個(gè)例題，通過定量的計(jì)算讓學(xué)生有較有說服力的體會(huì)。 例2 如圖所示（圖略），用0．5 kg的鐵錘釘釘子，打擊時(shí)鐵錘的速度為4 m/s。打擊后鐵錘的速度變?yōu)榱?。設(shè)打擊時(shí)間為0．01 s。 a 不計(jì)鐵錘的重量，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？ b 考慮鐵錘的重量，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？ c 你分析一下，在計(jì)算鐵錘釘釘子的平均作用力時(shí)，在什么情況下可以不計(jì)鐵錘的重量。 五、回顧反思升華主體經(jīng)驗(yàn) 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行回顧反思，是學(xué)生在元認(rèn)知水平上的思維，是學(xué)生以自身思維活動(dòng)過程和結(jié)果作為對(duì)象的思維活動(dòng)，這有助于學(xué)生對(duì)自身思維活動(dòng)和過程的認(rèn)知和體驗(yàn)。但在高中階段由于學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)較重，學(xué)生只顧埋頭解題，無暇反思；教師則認(rèn)為這個(gè)過程操作性不強(qiáng)，也往往忽視這一環(huán)節(jié)。其實(shí)這個(gè)過程不在形式，關(guān)鍵是學(xué)生要有反思的意識(shí)，要認(rèn)識(shí)到元認(rèn)知對(duì)于學(xué)習(xí)能力提高的重要性。因此，教師可提醒學(xué)生課后進(jìn)行適時(shí)總結(jié)，當(dāng)然這種總結(jié)不僅僅是知識(shí)層面的，也包括對(duì)解決問題過程中方法、策略的反思；包括對(duì)自身的反思。比如這一節(jié)內(nèi)容，學(xué)生可先回顧總結(jié)動(dòng)量定理的內(nèi)容，適用的物理情景，運(yùn)用動(dòng)量解題的一般步驟等等；再反思從生活中的具體事例抽象出動(dòng)量問題并建構(gòu)動(dòng)量定理的過程和方法；同時(shí)也可以通過反觀自身找出自己在解決問題過程中的知識(shí)的欠缺和能力的不足，以便在今后的學(xué)習(xí)過程中加以改進(jìn)。 總之，我們應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的主體經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，有層次性地開展探究教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)自己的主體經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生的主體經(jīng)驗(yàn)在原有的基礎(chǔ)上不斷“生長”，這樣，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維能力才能得到更加自然和諧的發(fā)展。