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2019-2020年高中物理 《動量定理》教學案例分析 新人教版必修1 摘要：在探究式教學過程中，通過情境創(chuàng)設喚起主體經(jīng)驗，活動探究重構主體經(jīng)驗，實踐應用活化主體經(jīng)驗，針對訓練深化主體經(jīng)驗，回顧反思升華主體經(jīng)驗，層層深入逐步完成學生主體經(jīng)驗的建構，使學生主體經(jīng)驗不斷“生長”。 關鍵詞：主體經(jīng)驗　生長　動量定理 在杜威的以“經(jīng)驗”為中心的思想看來，對于教育而言，意味著教育必須根植于主體經(jīng)驗的基礎之上，教育就是主體經(jīng)驗的統(tǒng)整與創(chuàng)生，教育的本質(zhì)就是人主體經(jīng)驗的生長過程。對于學習者而言，主體學習就是有目的有意識地選擇被經(jīng)驗對象過程中的一種隱性的主觀“創(chuàng)造”，使主體與積極的、獨特的經(jīng)驗情景交互作用，互相生成與發(fā)展，從而使學習者在其間創(chuàng)建“學習的聯(lián)合”，構筑知識，探索經(jīng)驗的存在與個體的意義，進而培養(yǎng)出自然和諧的人性。杜威的以主體經(jīng)驗“生長”為核心的教育理論對我們當前的物理教學也有一定的啟示作用。 如何在探究式教學過程中，實現(xiàn)主體經(jīng)驗的不斷“構建”與“生長”？基于對這個問題的思考，結(jié)合對“動量定理”的教學案例的分析，在此談一點個人粗淺的做法，供同仁們參考。 一、情境創(chuàng)設喚起學生主體經(jīng)驗 通過圖片新聞的方式，應用多媒體展示“勇氣號”探測器成功登陸火星過程的一組圖片，創(chuàng)設問題情境導入新課，讓學生產(chǎn)生感性認識，并喚起他們原有的生活經(jīng)驗。如跳高要落到海綿墊上或沙坑里；船靠岸時須減速，到碼頭時要用橡皮球擋一下；消防急救時要用充氣氣墊，等等。這些都是生活中常見的關于減緩碰撞的例子。為了使學生思路明朗化，可提出三個簡單問題： （1）降落傘和反向發(fā)動機的作用是什么？ （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？ 雖然學生原有的經(jīng)驗不盡相同，但結(jié)合各自的經(jīng)驗，大家都能意識到降落傘和反向發(fā)動機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間。還會粗淺地認為，對于同一個物體，撞前速度越小，撞擊力越??；撞擊時間越長，撞擊力越小。 通過問題情景的創(chuàng)設，一方面調(diào)動了學生的情感注意力，同時也喚起了學生原有的相似的經(jīng)驗，為主體經(jīng)驗的進一步構建打下了基礎。 二、活動探究重構學生主體經(jīng)驗 通過探究活動重構主體經(jīng)驗是這節(jié)課最主要的一個環(huán)節(jié)。教材上安排的是“雞蛋落地不破”的演示實驗，由于實驗過于簡單，且結(jié)論為學生所熟知，缺乏新鮮感和挑戰(zhàn)性，故難以調(diào)動學生自主探究的興趣。我在教學中是將課后的小實驗“緩沖裝置的模擬”改為課堂探索性實驗。讓同學們利用給定的器材，探討“什么情況下細線易斷？什么情況下細線不易斷？”，由于這個實驗有一定的開放性，同學們做這個實驗很有積極性。在探究活動接近尾聲時，我特意請兩個同學上來演示他們探究的結(jié)果。并請其他同學仔細觀察。一個同學是先將鉤碼提起較高的高度，然后自由釋放，“啪”，細線斷了；第二次將鉤碼提起較低的高度釋放，細線則沒有斷。他覺得繩子受到的拉力大小與鉤碼下落到最低點的動量有關，動量越大，則越容易斷。另一個同學是兩次都將鉤碼從同一高度釋放，但第二次在細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間越長，則拉力越小。 從學生的活動及回答的情況可以看出，這時候速度、時間、動量、沖量、力等幾個概念在學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，需要進一步整合。因此，接下來我引導學生構建物理模型。這個模型為水平面上的物體，在合力F的作用下，經(jīng)過一段時間t，動量由mv0變?yōu)閙v1。引導同學用所學到的牛頓運動定律的知識，去整理這幾個物理量之間的關系，探索動量變化跟所受合力的沖量之間的關系。在這個模型的基礎上，通過推導，大部分同學會得到一個表達式： Ft＝mvt-mv0　或　　Ft＝△P 這時不要急于歸納它的物理意義，而是給出學生想像和討論的時間，讓同學們試著解釋它，剛開始可能得到一些不完整的結(jié)論，比如“沖量等于動量之差”或“沖量等于動量相減”，或“沖量引起動量發(fā)生變化”。隨著討論的深入，引導同學們回憶動量的變化這個概念。在求同存異的過程中，探究出合沖量和動量變化量的關系，比如數(shù)量關系，因果關系會逐漸清晰，但方向關系還沒有特別明朗化。在同學們基本理解的基礎上，老師總結(jié)并板書動量定理的內(nèi)容。在師生共同解決問題的學習中，通過原有知識的激活，然后再通過順應過程重建新知識與原有知識結(jié)構之間的聯(lián)系，使認知發(fā)展從一個平衡狀態(tài)進入另一個更高的平衡狀態(tài)。 三、實踐應用活化學生主體經(jīng)驗 對物理規(guī)律的理解不能限于孤立的公式，應將它置于相應的物理情境中，在實踐中用活物理規(guī)律。先結(jié)合下面的“動手做一做”對動量定理Ft＝△P加以解釋。 “動手做一做”：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實驗，談一談自己的感受。 （可請一個實驗失敗的同學講做不成功的感受，再請一個實驗成功的同學到講臺上做給全班同學看。其他同學作為觀察者，其實也是以自己的經(jīng)驗為基礎去理解被觀察者的活動的，觀察的過程也是一個建構的過程，是所觀察到的信息與原有經(jīng)驗的相互作用過程。） 接下來可和同學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，教師還可補充一些，也可引導同學自己找出生產(chǎn)、生活中的更多例子，并加以解釋。學生從理性認識再回到感性認識時，例子要盡量豐富一些，這樣使學生對規(guī)律的應用范圍能更廣一些，更有利于規(guī)律在不同情境、不同條件下的遷移。 四、針對訓練深化主體經(jīng)驗 在定性分析的基礎上，分析解決課本上的例1，通過這個問題的解決應該達成以下幾個目的： 一是要讓學生知道動量定理不但適用于恒力，也適用于變力，正因為適用于變力，它們才有廣泛的應用。在變力的情況下，動量定理公式中F應理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。 二是要突破難點，也就是動量定理的矢量性，可設計兩個有梯度的問題來降低難度。 三是要讓學生總結(jié)出應用動量定理解題的關鍵步驟，比如必須首先規(guī)定正方向，求動量的變化，再應用動量定理列方程求未知量。 例1 一個質(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。設球棒與壘球的作用時間為0．01秒，球棒對壘球的平均作用力有多大？ 問題（1）：物體動量變化量是什么方向？ 問題（2）：聯(lián)系你學過的彈力產(chǎn)生的條件，從形變的角度分析彈力的方向，合力沖量的方向應該是什么方向？ 通過這樣的比較，同學們將發(fā)現(xiàn)：合力沖量的方向與動量變化量的方向相同，使動量定理的矢量性這個難點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。為此可補充第二個例題，通過定量的計算讓學生有較有說服力的體會。 例2 如圖所示（圖略），用0．5 kg的鐵錘釘釘子，打擊時鐵錘的速度為4 m/s。打擊后鐵錘的速度變?yōu)榱?。設打擊時間為0．01 s。 a 不計鐵錘的重量，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，在計算鐵錘釘釘子的平均作用力時，在什么情況下可以不計鐵錘的重量。 五、回顧反思升華主體經(jīng)驗 引導學生對自己的學習活動進行回顧反思，是學生在元認知水平上的思維，是學生以自身思維活動過程和結(jié)果作為對象的思維活動，這有助于學生對自身思維活動和過程的認知和體驗。但在高中階段由于學生的課業(yè)負擔較重，學生只顧埋頭解題，無暇反思；教師則認為這個過程操作性不強，也往往忽視這一環(huán)節(jié)。其實這個過程不在形式，關鍵是學生要有反思的意識，要認識到元認知對于學習能力提高的重要性。因此，教師可提醒學生課后進行適時總結(jié)，當然這種總結(jié)不僅僅是知識層面的，也包括對解決問題過程中方法、策略的反思；包括對自身的反思。比如這一節(jié)內(nèi)容，學生可先回顧總結(jié)動量定理的內(nèi)容，適用的物理情景，運用動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量問題并建構動量定理的過程和方法；同時也可以通過反觀自身找出自己在解決問題過程中的知識的欠缺和能力的不足，以便在今后的學習過程中加以改進。 總之，我們應當從學生的主體經(jīng)驗出發(fā)，有層次性地開展探究教學，引導學生逐步建構自己的主體經(jīng)驗，使學生的主體經(jīng)驗在原有的基礎上不斷“生長”，這樣，學生的知識結(jié)構和思維能力才能得到更加自然和諧的發(fā)展。