物理小金剛旅行記

張小洪 陳露

摘 要：以故事的形式對“動量定理”一課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并對此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與不足進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：動量定理；教學(xué)設(shè)計(jì)；優(yōu)點(diǎn)與不足

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0040-3

動量定理是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容，在“知識與技能”“過程與方法”方面需達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo)：1.會利用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)出動量定理的表達(dá)式；2.理解動量定理，學(xué)會運(yùn)用動量定理針對具體過程列式；3.運(yùn)用動量定理分析現(xiàn)實(shí)生活中的場景[1]。

若以傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)的話，本節(jié)課在推導(dǎo)動量定理表達(dá)式、運(yùn)用動量定理列式的教學(xué)過程中，難免比較枯燥乏味；而運(yùn)用動量定理來分析現(xiàn)實(shí)生活中場景的時(shí)候，則可能出現(xiàn)老師灌輸?shù)枚?、學(xué)生思考得少的情況；而且，課后若缺乏有效的拓展和鞏固，學(xué)生對于定理的理解可能不太透徹，不能很好地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，不利于“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

為了進(jìn)一步貫徹新課改的理念，在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)“知識與技能”“過程與方法”和“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”的三維目標(biāo)，筆者在最近的“動量定理”示范課中進(jìn)行了一次大膽的嘗試，教學(xué)設(shè)計(jì)如后文所示。

引入：

請學(xué)生拖桌布而使桌布上的杯子不動，學(xué)生總結(jié)成功的秘訣——“快”。教師發(fā)言：“同學(xué)總結(jié)出成功的秘訣是‘快，那這個(gè)秘訣的背后隱藏著怎樣的物理學(xué)原理呢？通過今天的學(xué)習(xí)我們就可以了解。”

“今天的學(xué)習(xí)以一個(gè)故事的形式展開。傳說在物理世界，有一個(gè)神奇的人物叫物理小金剛。他可以上天入地，在宏觀世界和微觀世界間來去自如，在電場與磁場中自由穿梭。最關(guān)鍵的是，他可以變形。他變?yōu)楦鞣N人物和物體，游歷過許多地方，我們本節(jié)課的學(xué)習(xí)就與他經(jīng)歷過的幾個(gè)場景有關(guān)。”

場景一：

如圖1所示，物理小金剛化身為一個(gè)質(zhì)量為m的小滑塊，來到一個(gè)光滑的地面上，他的初速度為v0，受到一個(gè)向右的恒力F的作用。經(jīng)過一段時(shí)間t，小滑塊的速度變成了vt。此時(shí)，小滑塊心中有了疑問：我的動量如何變化？是什么改變了我的動量？

請獨(dú)立思考，幫助小滑塊消除疑慮。

場景一教學(xué)過程：

學(xué)生可以進(jìn)行如下推導(dǎo)：

mvt-mv0=m（vt-v0）=mat=Ft。

明確等式左邊是動量的變化量，等式右邊Ft是合外力的沖量，得出“合外力的沖量改變物體的動量”，最初得出動量定理并理解其含義和矢量性。

然后，播放汽車以140 km/h的速度拖動巨大桌布的震撼視頻，學(xué)生分析桌布上的瓷器與水果不掉下來的原因，與本節(jié)課最初學(xué)生拖桌布的實(shí)驗(yàn)相呼應(yīng)。

場景二：

有一天，物理小金剛化身為一個(gè)熱愛極限挑戰(zhàn)的運(yùn)動員，來到了蹦極跳的高臺上。此時(shí)，他的面前擺著兩條繩子，一條有彈性，一條沒有彈性。請你站在為運(yùn)動員安全考慮的角度，為他選一條合適的繩子，并說明理由。（以小組為單位討論，稍后展示）

場景二教學(xué)過程：

學(xué)生通過小組討論和展示，可進(jìn)行如下分析：

如圖2所示，設(shè)向上為正方向，由動量定理得（F-mg）t=0-（-mv），式子變形后可得（F-mg）t=mv。

由此可知，動量變化量一定時(shí)，時(shí)間越長，作用力就越小，故為小金剛選擇彈性繩。

此處播放實(shí)際的蹦極跳視頻，并通過模擬對比實(shí)驗(yàn)證明：同等條件下，彈性繩作用時(shí)間長、作用力小，指出這就是“緩沖”。

然后，故事繼續(xù)：“物理小金剛踏上新的旅途，他乘坐過摩托車、汽車、輪船等交通工具；他觀看過跳高、跳遠(yuǎn)、籃球等體育賽事；他還……”以此為契機(jī)讓學(xué)生分析汽車、輪船、摩托車等交通工具和跳高、跳遠(yuǎn)、籃球等體育賽事以及水果、易碎品的包裝、釘釘子等生活場景對動量定理的運(yùn)用，并由學(xué)生積極發(fā)言。

場景三：

物理小金剛經(jīng)過長途跋涉，來到一個(gè)氣勢恢宏的大門前，只見門口寫著6個(gè)大字：“西南大學(xué)附中”。這是一所百年名校，正在舉行“繽紛節(jié)”的活動，小金剛被一幅海報(bào)吸引：“來吧，蛋小強(qiáng)！想做一枚與眾不同的雞蛋嗎？敢做一名勇氣與智慧兼?zhèn)涞摹靶?qiáng)嗎？小雞蛋也有大舞臺，西大附中‘雞蛋撞地球挑戰(zhàn)賽等你來！來吧！從高空跳躍而下，用你那優(yōu)雅的身軀，去撞擊地球！不限形式，不限材料，來做敢于挑戰(zhàn)地球的‘蛋小強(qiáng)吧！”

躍躍欲試的小金剛化身為一枚雞蛋，要去參加“雞蛋撞地球”的比賽，可是它卻不知該如何武裝自己。請你利用自己所學(xué)的知識及聰明才智，為雞蛋出謀劃策。（以小組為單位討論，八仙過海，各顯神通）

場景三教學(xué)過程：

以小組討論、小組展示的方式為主，綜合學(xué)生的分析，主要有以下內(nèi)容：

如圖3所示，對雞蛋著地后的過程進(jìn)行分析，設(shè)向上為正方向。

由動量定理可得（F-mg）t=0-（-mv），式子變形后可得F=+mg。可見，要減小地面對雞蛋的作用力，可以通過增加作用時(shí)間t和減小落地速度v來實(shí)現(xiàn)。

其中，增加作用時(shí)間的措施主要有：使用泡沫、彈性網(wǎng)、液體、氣球等緩沖裝置；減小落地速度的措施主要有：添加降落傘、滑翔翅膀或利用電場（磁場）的阻力、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電磁阻尼等。

課堂延伸：

本節(jié)課后，組織學(xué)生開始“武裝”雞蛋，參加學(xué)校真實(shí)存在的“雞蛋撞地球”比賽。同學(xué)們的設(shè)計(jì)創(chuàng)意五花八門，從六樓落下而未摔壞的雞蛋比比皆是。最終，同學(xué)們在這次比賽中取得了非常優(yōu)異的成績。

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與不足：

1.利用“物理小金剛旅行記”的形式來設(shè)計(jì)整堂課，為教學(xué)活動創(chuàng)設(shè)了非常新穎的情景；通過故事中的場景一、場景二、場景三來呈現(xiàn)教學(xué)場景，使學(xué)生能夠在輕松愉快的狀（下轉(zhuǎn)第44頁）（上接第41頁）態(tài)下進(jìn)行物理學(xué)習(xí)?？傮w說來，學(xué)生在課堂上感覺非常新鮮，樂在其中。

2.采用學(xué)生獨(dú)立思考、小組討論、小組成員展示的方式進(jìn)行教學(xué)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性；以學(xué)生獨(dú)立思考和小組合作學(xué)習(xí)為主、教師引導(dǎo)為輔，充分鞏固了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

3.課后的“雞蛋撞地球”比賽作為課堂的延伸，使整個(gè)教學(xué)活動既有“動腦”，又有“動手”，有效地把動量定理深入扎根于學(xué)生的頭腦中。場景中提到本校的“繽紛節(jié)”，是我校特色的“繽紛教育”形式，也是學(xué)生們最喜愛的節(jié)日。通過組織同學(xué)們利用動量定理來“武裝”雞蛋，參加學(xué)校真實(shí)存在的“雞蛋撞地球”比賽，既加深學(xué)生對動量定理的理解，又提升了學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣和熱愛。

4.本節(jié)課的故事對語言的要求較高，教學(xué)設(shè)計(jì)中的語言在精煉、優(yōu)美等方面還有提升的空間。整節(jié)課教學(xué)內(nèi)容偏多，如果適當(dāng)精簡一些環(huán)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)會更有發(fā)揮的余地。

5.本教學(xué)設(shè)計(jì)中，蹦極跳這一場景之后的對比實(shí)驗(yàn)原計(jì)劃是利用DIS系統(tǒng)的力傳感器，希望傳感器記錄下彈性和非彈性繩上受力的實(shí)際大小并進(jìn)行比較。但在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，力傳感器是以一定頻率來記錄力的大小的，非彈性繩的最大彈力持續(xù)的時(shí)間非常短，因此不能保證每次力傳感器都可以記錄到。最后，本設(shè)計(jì)放棄了傳感器的實(shí)驗(yàn)，改做的彈性繩不斷、非彈性繩斷裂的對比實(shí)驗(yàn)。因此，本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還值得進(jìn)一步探討和研究。盛海平在運(yùn)用DIS系統(tǒng)突破“動量定理”教學(xué)難點(diǎn)的研究中，采用了氣墊導(dǎo)軌、光電門等實(shí)驗(yàn)器材[2]，也是本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可參考的實(shí)驗(yàn)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小蘭，王婧.淺議新課程理念下物理有效課堂教學(xué)設(shè)計(jì)——以“動量定理”為例[J].物理教學(xué)探討，2009，27（10）：15—18.

[2]盛海平.運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)突破“動量定理”教學(xué)難點(diǎn)[J].物理教學(xué)探討，2006，24（17）：53—55.