物理探究式教学设计案例《动量和动量定理》

摘 要：以《动量和动量定理》一节的教学案例，论述了中学物理的课堂如何进行探究式教学。从生活中提出问题，通过理论探究和实验探究，让学生体验建立概念和总结规律的过程。用探究过程中所获得的知识解决相关问题。

关键词：教学设计；动量；动量定理；科学探究；设计思路

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）8-0038-7

《普通高中物理课程标准（实验）》中明确指出“高中阶段的物理应该更加关注学生在科学探究过程中的学习质量，进一步加深对科学探究的理解，提高科学探究的能力”，“使物理贴近学生的生活、联系社会实际”。科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。[1]

本文通过《动量和动量定理》一节的教学设计案例来谈谈如何设计并实施探究式教学。

1 教学内容

（1）教材：人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-5。

（2）所属章节：第十六章第二节《动量和动量定理》。

（3）教学时间：40分钟。

2 教学设计

2.1 教材分析

人教版《动量和动量定理》一节，是在第一节《探究碰撞中的不变量》的基础上直接提出了动量的概念，并从物理学史的角度来加以认识。然后通过例题提出动量的变化，加深对动量和动量的变化的矢量性的理解。

关于动量定理，教材先是在恒力作用的情况下由牛顿第二定理推导出动量定理，分析表达式，并引入冲量的概念。之后，用“微积分”的思想分析出，动量定理不仅适用于恒力情形，也适用于变力情形。在解决作用时间短，作用力大而且随时间变化的打击、碰撞等问题时，动量定理要比牛顿运动定律方便得多。

最后，教材通过“垒球”“易碎品包装”以及“科学漫步――汽车碰撞实验”来展现动量定理在生活中的广泛应用[2]。

2.2 学情分析

学生在第一节《探究碰撞中的不变量》中，体会到碰撞中有一个十分重要的物理量――“mv”。但是，这个物理量是什么？在运动学中又有着什么重要意义？这些，学生还没有深刻的认识，还需要通过对“动量定理”“动量守恒定律”的学习进一步加深认识和理解。

然而，学生在必修一和必修二的学习中，对“力”的理解、对“牛顿运动定律”等动力学知识的掌握却是比较扎实的。

2.3 教学目标

（1）知识与技能

①会通过观察生活现象提出问题，并通过实验探究，分析碰撞中的冲击力与物体的质量、速度的改变及时间有关。

②会运用所学动力学知识推导动量定理的表达式。

③理解动量和动量的变化及其矢量性，会正确计算做一维运动的物体的动量变化。

④理解冲量概念，理解动量定理及其表达式。明确动量定理中的冲量是合力的冲量。

⑤会利用动量定理解释有关现象和解决实际问题。

（2）过程与方法

①观看视频，提出问题，联系生活，通过猜想。

②通过建立理想物理模型，理论推导出动量定理的表达式。用类比的方法，建立动量、冲量概念以及动量定理的内容，

③根据实验目的，设计实验并实施实验验证。

④运用动量定理解决实际问题。

（3）情感、态度与价值观

①培养学生善于交流的合作精神，在交流合作中发展能力，并形成良好的学习习惯和学习方法。

②培养学生的理论分析能力和总结归纳能力。

③培养并提高学生理论联系实际、分析解决问题的能力。

2.4 教学重点

（1）理论推导动量定理的表达式，类比动能定理，建立动量、冲量的概念。

（2）理解动量和动量的变化及其矢量性，及冲量是过程量。

（3）设计实验，验证动量定理。通过实验结论进一步理解动量定理及其表达式，理解物体动量的改变是因为合力的冲量。

（4）动量定理的应用。

2.5 教学难点

（1）类比动能定理，建立动量、冲量的概念。

（2）动量和动量的变化及其矢量性。

（3）实验：验证动量定理。实验设计，方案的实施，误差的分析。

（4）理解物体动量的改变是因为合力的冲量。

2.6 教学方法

探究、讲授、讨论、练习。

2.7 教学仪器

PPT教学课件、多媒体、朗威DSL验证动量定理的相关仪器、朗威DIS软件、两个相同的碗、木板、软垫、两个鸡蛋。

3 设计思路

探究设计之一：理论探究、类比分析。本教学设计中，没有按照课本上的顺序，直接提出“动量”的概念，而是从“小鸟撞飞机”的故事中提出问题，先猜想，再根据问题建立理想物理模型，运用“牛顿第二定理”推导出“Ft=mvt-mv0”表达式。通过与“动能定理”进行类比，建立概念――“动量”“冲量”，分析总结规律“动量定理”。这是一个理论探究的过程。[3]

探究设计之二：知识迁移，总结规律。在分析动量这个概念的时候，运用力传感器，得到“F-t图像”。引导学生将“v-t图像”的面积表示位移的规律迁移，并得出“F-t图像”的面积表示一段过程中力的冲量。这样不仅找到了一种求解变力冲量的方法，还让学生体会到，冲量反映了力的作用对时间的积累效应，是过程量。

探究设计之三：验证性实验中，探究实验装置。规律的得出除了理论的论证之外，还需要有实践与实验的支持。所以，在学习了新的概念和规律后，又进一步引导学生设计实验“验证动量定理”。然而，引导学生完整地探究出整个实验设计，在四十分钟的课堂上是无法实现的。因此，该环节只进行了部分探究：引导学生探究实验的仪器，分析装置安装时的几点注意事项以及实验误差探究。

探究设计之四：运用规律，解决问题。学习概念，总结规律最终是要解决生活中的问题。而 “小鸟撞飞机”这条问题线索贯穿始终，最后得到解决，首尾呼应。

设计思路的框架如图5：

参考文献：

[1]钟启泉.基础教育课程改革纲要（试行）解读[M].上海：华东师范大学出版社，2001.

[2]人民教育出版社 课程教材研究所 物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书 物理 选修3-5 教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]胡炳元.物理课程与教学论[M].杭州：浙江教育出版社，2003.