基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的《動量定理》課堂教學設計

北京市陳經(jīng)綸中學 吳愛兄

一、教學設計指導思想

教育，是一種提高人的綜合素質(zhì)的實踐活動。從學校教育的角度看，理想的教育過程應當是由擾啟開始、經(jīng)過內(nèi)省、質(zhì)疑，最后實踐完成發(fā)展的任務。從個體成長的角度看，經(jīng)過教育促進全面發(fā)展使每一個孩子的自身素養(yǎng)、（獨立、追求、養(yǎng)控和審美）意識、精神及行為的形成和發(fā)展。基于此，教學設計應指向?qū)W科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

二、學生情況分析（結(jié)合課前檢測分析）

（一）知識層面

已有知識：學生已經(jīng)掌握了牛頓第二定律，在前一節(jié)“探究碰撞中的不變量”中，遇見了多種碰撞模型，也初步感受到“動量”這個有意義的不變量，初步認識到了動量的矢量性。

可能遇到的障礙：對于動量學生還沒有深刻的認識，還需要通過對“動量定

理”“動量守恒定律”的學習進一步加深認識和理解。對于動量變化的矢量性的理解、實踐有難度。

（二）方法層面

已有方法：學生通過上一章《動能 動能定理》的學習已經(jīng)初步掌握了基于牛頓第二定理推導動能定理表達式的方法，這對學生推導動量定理有一定的幫助。學生通過高一的學習，學生已經(jīng)建立起一定的實驗觀察能力、抽象思維能力和探究學習能力，而且還掌握了通過建立物理模型探究物理現(xiàn)象的方法。這對本節(jié)分析推導、論證動量定理也有一定的正遷移作用。

可能遇到的障礙：動量定理需要從時間的角度觀察力的效果，解釋生活中的問題，要求學生用一定的物理建模能力，另外對于“緩沖”理解能套用動量定理但是難以自發(fā)探究動量定理來設計實驗解決實際問題。

（三）能力素養(yǎng)

本節(jié)課注重給學生創(chuàng)設真實的生活中的問題情境，可以培養(yǎng)學生的問題解決能力。學生通過對實際問題的交流討論，分享表達還可提高學生的邏輯思維能力和語言表的能力。從而提高學生的科學思維，在處理生活實際問題的過程也是培養(yǎng)學生科學態(tài)度和責任的過程。

三、教學目標

（一）教學目標

1.加強物理觀念。通過觀察實驗，理論推導學生能夠理解動量變化的原因，并深入理解動量定理。

2.形成科學思維。使學生學會通過建立物理模型來解決實際問題方法，從而認識到建立物理模型在物理學研究中的意義。

3.鍛煉實驗探究能力。通過“細線切黃瓜”的探究實驗，引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，根據(jù)解決問題的需要，設計實驗解決問題從而提升學生的科學探究能力

4.提升學生素養(yǎng)。在分析、解決問題的過程中培養(yǎng)學生交流、合作能力。通過對風箏線傷人，小鳥撞飛機等問題的討論，提升學生的社會責任感。

（二）重點難點

1.重點：動量定理的推導和對動量定理的理解；利用動量定理解釋有關生活現(xiàn)象和相關計算。

2.難點：動量定理的矢量性及其應用。

（三）教學策略

通過生活實例和演示實驗引入課題，在學生中成有效“擾啟”，激發(fā)學生的興趣。通過創(chuàng)設物理情境、建立物理模型歸納得出動量定理的過程讓學生形成對所學知識的“內(nèi)省”。通過運用動量定理解釋日常生活中的物理現(xiàn)象的環(huán)節(jié)設計讓學生學習過程中有“質(zhì)疑”，有“實踐”，并在質(zhì)疑實踐中達到“內(nèi)省”，從而培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，實驗探究能力和科學推理論證能力。

四、教學評價（見表1）

表1 基于核心素養(yǎng)的表現(xiàn)性評價量表

五、教學過程

六、教學反思

第一，就教學過程的設計和安排而言，從學生的角度出發(fā),創(chuàng)設有驅(qū)動性的物理情景,巧妙設置認知沖突,讓學生在前后矛盾或知與不知的強烈沖突中由“無疑”而“生疑”,由“有疑”而“釋疑”是本課獲得較好教學效果的前提。教學問題的選擇、設計與呈現(xiàn)，應該從學生的實際出發(fā)與他們的真實需求相吻合，和他們的實際水平相匹配，無論是教學流程的設計，還是教學活動的開展，都必須符合學生的學習規(guī)律和心理特點。

第二，在教學的邏輯關系上，在動量定理的教學中,借助于分析光滑水平面上恒力作用下物體的運動情況,結(jié)合動量、沖量的概念及牛頓定律,在引導學生導出了動量定理之后,為了深化學生對動量定理的認識,組織學生討論了動量定理在兩個方面的應用：一是定性分析,解釋現(xiàn)象；二是定量計算,求解相關物理量的大小。通過逐步深入地對上述問題進行思維上的誘導,學生對動量定理的認識就會更加趨于完善和鞏固。這樣的教學設計可以清晰的幫助學生理順知識的邏輯結(jié)構(gòu),使知識之間的聯(lián)系更為緊密；使抽象的概念、規(guī)律具體化、形象化、情景化;可以促進學生的交流與溝通,使學生在不同思維的評判和反思中,看到一個問題的多個層面和不同角度,從而使其對知識的理解和應用更為深刻和全面.

第三，教師其主導作用體現(xiàn)在“設境、啟發(fā)、導撥、調(diào)控”四個過程之中。通過問題情境的創(chuàng)設，讓學生引起認知沖突，激發(fā)探求欲望，促使他們主動地去尋求解決問題的方法和途徑，并在嘗試與探索之中取得成功。從學生主體看：學生的主體地位主要體現(xiàn)在“質(zhì)疑、思考、探索、評價”四個學習過程之中。即要求學生以最優(yōu)化解決問題和提高能力為終極目標，在教師的指導下，經(jīng)過自己不斷地思考、嘗試、探索與評價，挖掘創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)科學素質(zhì)，提高創(chuàng)造能力。

教學環(huán) 節(jié) 教師活動 學生活動一、分享對思維作業(yè)進行思考發(fā)現(xiàn)的問題師：上一節(jié)課我們在探究相互運動中的守恒量時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)動量的矢量和在碰撞前后保持不變，也就是說，兩個物體碰撞時，一個物體的動量減少了，另一個物體的動量一定會增加了，而且增加量與減小量相等——如果以單個物體為研究對象，什么原因造成了它的動量變化呢？你能建立適當?shù)倪\動模型，利用所學知識探究其中的原因嗎？師：如何使光滑水平面上勻速運動的物體的動量發(fā)生變化？學生思考誰是物體動量產(chǎn)生變化的原因。體會力的作用效果與時間有關。images/BZ_33_1274_1775_1687_2050.pngimages/BZ_33_1656_1851_2069_2027.png設計意圖結(jié)合上一節(jié)課的課后思考，引導學生從力的角度思考動量產(chǎn)生變化的本質(zhì)原因。學生的思維有連續(xù)的發(fā)展。引導學生像科學家思考問題一樣，從表象到本質(zhì)，建立動量與力的關系。這樣的設計有兩點思考：一是真實的教學問題。教學問題的選擇、設計與呈現(xiàn)，應該從學生的實際出發(fā)，與他們的真實需求相吻合，和他們的實際水平相匹配。二是自然的教學過程。無論是教學流程的設計，還是教學活動的開展，都必須符合學生的學習規(guī)律和心理特點，教師不應包辦代替，更不能揠苗助長。本節(jié)課的思維起點是對上一節(jié)問題的深入思考，這樣可以延長學生思維的寬度與深度。教師的思維是為學生的思維服務的，兩者不能脫節(jié)，要保持張力。師：建立模型：一個質(zhì)量為m的物體，其初速度為v，在水平恒力F的作用下，沿光滑水平面向右運動，經(jīng)過一段時間t，速度變?yōu)榱藇t。探究力與動量變化量的關系。學生分析，交流討論，利用牛頓第二定律及運動學知識推導出動量定理的表達式：二、理論分析探究規(guī)律images/BZ_33_458_2769_1021_2910.png師：如果接觸面不光滑，等式應做怎樣的修改？師：通過理論推導你得到了怎樣的結(jié)論？不急于給學生結(jié)論，讓學生結(jié)合自己的推理做深入的討論。公式：F合t=mvt-mv0images/BZ_33_1616_2751_2148_3005.png

二、理論分析探究規(guī)律教師結(jié)合學生的推導幫助學生建立沖量的概念。物理學中把力與力的作用時間的乘積叫作力的沖量（impulse），用字母 I 表示沖量，則 I ＝FΔt。沖量的單位是牛秒，符號是N·S。它是一個過程量，矢量，方向與力的方向相同，意義是表示力在一段時間內(nèi)的積累。師：結(jié)合沖量的定義和學生的推導引導學生建立沖量與動量變化量的關系。學生交流討論，總結(jié)結(jié)論。（1）式的右邊是物體在Δt這段時間內(nèi)動量的變化量， 左邊既與力的大小、方向有關，又與力的作用時間有關。FΔt這個物理量反映了力的作用對時間的累積效應。生：在教師的引導下建立沖量與動量變化量度的關系。物用語言表述動量定理：物體在一個過程中所受力的沖量等于它在這個過程始末的動量變化量公式：即Ft=mv'-mv即Ft=P'-P。設計意圖積極“內(nèi)省”。學生通過動手“實踐”，自主建立模型理論分析問題的過程，形成對知識的“內(nèi)省”，自主尋找動量產(chǎn)生變化的原因。通過思考接觸面不光滑的情況讓學生經(jīng)歷“質(zhì)疑”的思考，進一步深入理解規(guī)律。培養(yǎng)學生科學推理、科學論證的思維能力。師：學習任何一個新規(guī)律都要從它的表達式、物理意義、適用范圍、特點、應用對其進行深入理解，請同學們閱讀教材類比你以前學過的動能定理深入理解動量定理。三、引導學生閱讀深入理解動量定理images/BZ_34_463_1118_946_1580.png教師結(jié)合學生回答進一步深化理解：1.牛頓定律表達的是力的瞬時效果，而動量定理表達的是力對時間的積累效果。動量定理是牛頓定律的積分形式，牛頓定律是動量定理的微分形式；在高中階段，對于流體作用（流體柱模型）、變質(zhì)量物體的運動問題以及短時間作用的問題一般用動量定理解決更方便。2.牛頓第二定律的適用范圍：低速、宏觀。動量定理在高速、微觀條件下仍適用。學生閱讀教材。學生從以上五方面分享對動量定理的深入理解。學生的討論集中在以下幾點。1.動量定理是在恒力作用下推導的結(jié)論，物體在碰撞過程中受到的作用力往往不是恒力，物體不做勻變速運動。那么，應該怎樣處理這樣的問題呢？如果合外力是變力動量定理是否成立？2.動量定理與動能定理，表達有相似之處，這兩個定理的區(qū)別與聯(lián)系分別是什么？3.動量定理是從牛頓運動定律出發(fā)推導出來的，動量定理與牛頓運動定律有著怎樣的區(qū)別與聯(lián)系？生：小組交流討論解決以上問題。1.可以把碰撞過程細分為很多短暫過程（圖1.2-2）， 每個短暫過程中物體所受的力沒有很大的變化，這樣對于每個短暫過程就能夠應用（1）式了。把應用于每個短暫過程的關系式相加，就得到整個過程的動量定理。在應用 （1）式處理變力問題時，式中的 F 應該理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。2.通過動能定理與動量定理的類比進一步理解：力對時間的積累效果——沖量是動量產(chǎn)生變化的原因。力對空間的積累效果——功是動能產(chǎn)生變化的原因。動量定理是一個矢量式，動量定理中的等號除了有大小關系，也表達了物理量之間的方向關系。合外力沖量的方向與合外力的方向相同，與動量的變化方向相同。應用動量定理解決問題需要規(guī)定正方向做矢量運算。3.通過動量定理與牛頓運動定律的類比進一步理解：Δ p ＝ p '- p， 所以（1）式也可以寫成F= ，它表示：物體動量的變化率等于它所受的力。動量定理與牛頓運動定律本質(zhì)是一樣的?！鱬△t設計意圖通過讓學生閱讀教材，自主學習，從五方面深入理解動量定理，來培養(yǎng)學生閱讀教材、自我建構(gòu)的能力。通過對變力問題的深入討論讓學生體會從現(xiàn)象到本質(zhì)，從特殊到一般的思維方法。通過對動量定理與動能定理，動量定律與牛頓運動定律的類比分析讓學生在原有知識被激活的基礎上，通過對新問題的思考、分析、推導、理解等過程建立新舊知識之間的聯(lián)系，從而使學生自主構(gòu)建知識體系，自我發(fā)展原有認知，形成力學的概念體系。通過這樣的自主推導、交流討論加深學生對動量定理的理解從而突破重點。通過自我交流的教學環(huán)境創(chuàng)設讓學生能在尊重民主的氛圍里，自由表達自己的觀點。四、應用規(guī)律解釋現(xiàn)象深入理解動量定理從定量的角度 應用規(guī)律解釋現(xiàn)象。教師引導學生應用規(guī)律解決問題。一個質(zhì)量為60g的雞蛋，從距地面20m的高空自由落下，由于直接落在水泥地上，與地面接觸時間極短，僅為0.01s,求它與地面接觸的過程中：（1）合外力對它的沖量。（2）地面對它的沖量。（3）地面對它的平均作用力。引導學生在解決實際問題的過程中形成可遷移的解決問題的策略性方法。關注解決問題的程序，引導學生養(yǎng)成應用程序法解決問題的意識。同時通過對問題的深入討論進一步強調(diào)動量定理的矢量性特點。學生自主思考分析問題，交流討論，明確解題策略，在教師的引導下，完美表達自己的思考過程。在教師的引導下，自我梳理應用動量定理解決問題的一般程序。掌握策略性的可遷移的知識。應用動量定理解題的一般步驟：（1）選定研究對象，明確運動過程。（2）進行受力分析和運動的初、末狀態(tài)分析。（3）選定正方向，根據(jù)動量定理列方程求解。

設計意圖以實踐為載體的內(nèi)?。和ㄟ^具體的定量分析體會應用動量定理解決問題的方法。逐步滲透處理物理問題的策略。以互動為載體的內(nèi)?。和ㄟ^交流討論減少作用力的方法，體會應用動量定理解決實際問題的策略。物理課堂一定要滲透學科方法，但學科方法的滲透是一個不斷深化的過程，而這些方法一定是顯性的可操作的。讓學生通過實驗及親身體驗去嘗試與發(fā)現(xiàn)、發(fā)展與提高，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。學生體會高空拋物的危害，做文明的中學生。學生交流討論，思考高空拋雞蛋不碎的方法，并利用所學知識進行解釋。學生交流討論，舉例分析。四、應用規(guī)律解釋現(xiàn)象深入理解動量定理從定性的角度 應用規(guī)律解釋現(xiàn)象。教師引導學生對上述的計算結(jié)果進行深入討論。師：結(jié)合上面的討論思考：如何減小雞蛋對地面的相互作用力？教師引導學生深入思考生活中還有哪些地方用到了動量定理的知識，并舉例說明。教師在生活中 ，我們有時需要通過延長作用時間來減小作用力，而有時又需要通過縮短作用時間來增大作用力。images/BZ_35_755_733_1200_1183.pngimages/BZ_35_1237_711_1717_1072.pngimages/BZ_35_1754_706_2215_1064.png觀察實驗，思考問題，解釋現(xiàn)象，學會用動量定理處理問題的思路。設計意圖通過對例題數(shù)據(jù)的深入分析，讓學生體會高空拋物的危害，提高學生的文明意識。通過不同生活情境的創(chuàng)設，激發(fā)學生積極思考應用物理知識解釋實際生活現(xiàn)象的愿望。讓學生自己舉例，從而讓學生體會物理知識在生活和生產(chǎn)實踐中的廣泛應用。讓學生積累感性認識，從中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，總結(jié)規(guī)律，將其上升為理論。在教學中鼓勵學生能夠積極表達自己的想法，追求應用物理知識解釋生活中問題的策略。增強學生的科學探究精神，將對物理的興趣升華對科學真理的追求。五、應用規(guī)律探究問題提升認識教師通過風箏線傷人的演示實驗提出探究課題。 學生利用給定的器材，探究如何使黃瓜從同一高度下落，黃瓜不斷。設計意圖 通過學生的自主探究培養(yǎng)學生的實驗探究能力。通過動手實驗進一步鞏固加深對核心知識的理解。學生通過類比動能定理學習了動量定理，對動量定理有了深入的理解。images/BZ_35_1750_1747_2273_1852.png六、總結(jié)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)新的問題師：通過今天的學習，你學會了哪些知識？在學習新知識時你用到了哪些方法？師：學習知識常常把新知識與原有知識建立聯(lián)系從而形成正向遷移。通過今天的學習我們解決了昨天留下的問題，在碰撞過程中每個物體的動量變化是由于其外力的沖量引起的。請同學們進一步思考一下：發(fā)生碰撞的兩個物體其合外力有著怎樣的關系？合外力的沖量有著怎樣的關系？每個物體的動量變化量有著怎樣的關系？它們組成的系統(tǒng)動量的變化量有著怎樣的關系？是否可以利用今天的知識解決你前面第一節(jié)提出來的問題。images/BZ_35_1750_1879_2273_2214.png分層作業(yè)1.動手實踐作業(yè)：通過實驗深入思考系統(tǒng)間的動量變化量的關系。2.知識鞏固作業(yè)：完成教材課后練習。3.思維提升作業(yè)：思考教師最后提出來的問題。板書設計images/BZ_35_691_2438_1774_3050.png