士官物理教學(xué)中“動量定理”的案例解析及教學(xué)設(shè)計

劉艷蕊

摘 要：本案例以安全帽佩戴中的安全隱患問題為引，在學(xué)員自己動手實驗探究的過程中，引導(dǎo)其總結(jié)出動量定理內(nèi)容，緊接著從定量、定性兩個方面對定理進一步應(yīng)用分析，加強鞏固。整個設(shè)計過程舒暢緊實，充分發(fā)揮學(xué)員學(xué)習(xí)的主體地位，在討論交流的過程中不斷完善知識架構(gòu)，學(xué)會分析問題、解決問題的科學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：士官教學(xué)；動量定理；案例解析；教學(xué)設(shè)計

1 案例背景

傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是對各種事實信息及概念、原理的記憶保持和簡單應(yīng)用。但建構(gòu)主意卻認為，學(xué)習(xí)不是從外界直接吸取知識的過程，而是學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識的過程。它主張學(xué)習(xí)者應(yīng)通過高水平的思維活動來學(xué)習(xí)，通過問題解決來學(xué)習(xí)。所以對于教育而言， 教師應(yīng)以學(xué)習(xí)者原有知識基礎(chǔ)及生活經(jīng)驗為依據(jù)，有目的的設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，才能使學(xué)習(xí)者作為主體積極的融入到教學(xué)當中。如何在探究式教學(xué)過程中，實現(xiàn)凸顯學(xué)習(xí)者的主體地位，實現(xiàn)原有知識及經(jīng)驗的不斷“構(gòu)建”與“生長”？就該問題，結(jié)合對“動量定理”的教學(xué)案例，做一些粗淺的分析。

2 案例情景描述

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境

為了讓學(xué)員對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容產(chǎn)生感性認識，同時也喚醒他們已有的知識架構(gòu)及生活經(jīng)驗。使用多媒體展示工程施工現(xiàn)場的一組圖片，查找施工過程中存在的安全隱患—安全帽的佩戴問題，導(dǎo)入新課。為了使學(xué)員的思路更加清晰明朗，可提出以下三個簡單問題作為引子：

（1）安全帽的作用是什么？（2）安全帽的結(jié)構(gòu)有什么特點？（3）這樣設(shè)計的目的是什么？

雖然學(xué)員的基礎(chǔ)知識參差不齊，生活經(jīng)驗也是千差萬別，但大家都能從實踐經(jīng)驗中認識到，在安全帽面對高空墜物時，具有緩沖的作用，對頭部起到保護作用，也能意識到對于同一個物體從越高的地方墜落，產(chǎn)生的沖擊力越大；對于不同的物體，從同一高度墜落，質(zhì)量越大的，撞擊時產(chǎn)生的沖擊力越大。從學(xué)員的回答中可以看出，在他們的頭腦里已經(jīng)對質(zhì)量、速度、時間、力等幾個概念進行了簡單的聯(lián)系，但這些聯(lián)系比較片面，也就是對安全帽能起到緩沖作用的根本實質(zhì)問題的認識比較粗淺。

2.2 實驗探究

實驗在物理學(xué)教學(xué)中具有超強的魔力，它能化抽象為具體，化枯燥為生動。由學(xué)員自己把要研究的物理現(xiàn)象和規(guī)律從操作過程中歸納總結(jié)出來，無疑會給學(xué)員留下更加深刻的感受和印象，并且在參與的過程中能更好的凸顯學(xué)員的主體地位。課堂教學(xué)中的實驗不但要具有科學(xué)性，同時也要具有趣味性，這樣更能調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)的積極主動性。所以這里將生活中常見砸核桃現(xiàn)象，改變課堂探索性實驗。

實驗器材：核桃、厚海綿（多塊）、薄布（多塊）、鐵錘（一大、一?。?。

探究的問題：（1）什么情況下核桃易被砸碎？（2）什么情況下核桃不宜被砸碎？（3）核桃不被砸碎的最優(yōu)方案是什么？

在實驗的過程中，要求學(xué)員仔細觀察現(xiàn)象，在與同伴討論后認真總結(jié)經(jīng)驗，實驗后找?guī)讉€學(xué)員分享他們的結(jié)論。利用多媒體展示Flash動畫，質(zhì)量為m的物體在水平恒力F的作用下，經(jīng)過時間t，速度由v0變?yōu)関t 。引導(dǎo)同學(xué)用所學(xué)到的牛頓第二定律的知識，去聯(lián)系力、速度、質(zhì)量、作用時間這幾個物理量，即探索物體所受合力的沖量與動量變化之間的關(guān)系。

由牛頓第二定律知 ……（1）

而加速度 ……（2）

聯(lián)立（1）、（2）兩式解方程組得

進一步引導(dǎo)學(xué)員意識到，合外力的沖量是物體動量變化的原因。進而引導(dǎo)學(xué)員總結(jié)動量與沖量在數(shù)量及方向上的關(guān)系，給出動量定理的內(nèi)容。緊接著強調(diào)對動量定理的理解：

（1）定理反映了合外力沖量是物體動量變化的原因；

a合外力的沖量是動量大小改變的原因；

b合外力的沖量是動量方向改變的原因；

（2）動量定理公式中的合外力F可以是恒力，也可以是變力。如果是變力，此時所得的力是平均合外力；

（3）動量的變化是矢量式，在應(yīng)用動量定理時，應(yīng)該遵循平行四邊形定則，也可以采用正交分解法，將矢量運算轉(zhuǎn)為代數(shù)運算；

（4）動量定理不僅適用于宏觀低速物體，對微觀現(xiàn)象和高速運動仍然適用。

2.3 實例定性分析

物理規(guī)律源于生活，要想把知識學(xué)活，這里不急于讓學(xué)員進行公式計算的訓(xùn)練，先將抽象的物理知識應(yīng)用到多彩的生活實際情景中去，更有利于加強學(xué)員對動量定理的形象認識。

讓學(xué)員“說一說”我們?nèi)粘Ｉ钪羞€有哪些是的例子，如從高處跳下來需要屈腿；跳高、跳遠時需要墊子、沙坑；汽車上安裝有減震裝置等等。這些都是生活中常見的關(guān)于緩沖（即減緩碰撞）的例子。之后播放其他的應(yīng)用實例視頻。在不同環(huán)境、不同條件的實例中的應(yīng)用，更有利于學(xué)員應(yīng)用知識的遷移能力。

通過以上實例，引導(dǎo)學(xué)員歸納總結(jié)在實際的生活、工作、生產(chǎn)中利用了動量定理無非是解決兩類問題：一是需要獲得較大的沖擊力，而是需要獲得較小的沖擊力。從而引導(dǎo)學(xué)員了解安全帽能起到緩沖作用的主要結(jié)構(gòu)及說明在佩戴時按照要求其頂端與帽殼內(nèi)頂之間必須保持20-50毫米的空間的根本原因。

2.4 例題定量分析

【例1】如圖1所示，一質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度水平向右運動，碰到堅硬的墻壁后被彈回，沿著同一直線以2m/s的速度水平向左運動。（1）碰撞前后鋼球的動量有沒有變化？變化了多少？（2）如圖2所示，若鋼球以45°角度斜射到地面，碰撞后以45°角被斜著彈出，速度大小仍是2m/s，求鋼球動量變化大小和方向？

分析：該例題中的兩個問題都是有關(guān)動量變化量的問題。為簡化問題，可以范圍兩種情況：一是，初動量和末動量在一條直線上；二是，初動量和末動量有一定的夾角，遵循平行四邊形定則。根據(jù)題中所給的條件，第一個問題屬于第一種情況，求動量的變化量直接用初動量減去末動量即可。第二個問題屬于第二種情況，應(yīng)利用平行四邊形定則進行求解。

2.5 總結(jié)提高

最后利用多媒體展示施工現(xiàn)場安全帽使用及佩戴的管理要求及標準與不標準的對比圖片，再次警醒我們的學(xué)員作為現(xiàn)場的施工人員，一定規(guī)范佩戴安全帽，安全無小事，此時一日緊，將來千日幸！

3 結(jié)語

在本案例中，以對緩沖問題認知的缺陷為契機，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，在實驗探究的過程中以問題為導(dǎo)向，學(xué)員動手實驗的過程中尋找問題答案，充分發(fā)揮學(xué)員學(xué)習(xí)的主體地位，在討論交流的過程中不斷完善知識架構(gòu)，學(xué)會分析問題、解決問題的科學(xué)方法。

參考文獻

[1]《以建構(gòu)主義教學(xué)觀為指導(dǎo)，搞好物理教學(xué)設(shè)計》王五拴 [J]，華章；2010年33期

[2]《建構(gòu)主義與物理課堂教學(xué)的融合》于洪澤[J]；沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）；2004年01期

[3]《應(yīng)用物理基礎(chǔ)》 南京大學(xué)出版社 2012

[4]《大學(xué)物理學(xué) 力學(xué)》清華大學(xué)出版社 1999