建構(gòu)彈性碰撞模型　“悟”入深度教學(xué)

摘 要：建構(gòu)彈性碰撞模型的深度教學(xué)，首先是以教師深度的教為前提，教師要清楚教材編排的意圖、研究碰撞類型問題的高考考查要求、研究學(xué)生現(xiàn)有解決碰撞問題的基礎(chǔ)及其想要達(dá)到的學(xué)習(xí)效果；其次是以學(xué)生深度的學(xué)為根本，是以會(huì)解答碰撞類問題為目標(biāo)導(dǎo)向，學(xué)生需要深度學(xué)習(xí)碰撞基礎(chǔ)知識(shí)、領(lǐng)悟碰撞特征、正確建構(gòu)碰撞基礎(chǔ)模型以及學(xué)會(huì)彈性碰撞的拓展應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的深度輸出.

關(guān)鍵詞：建構(gòu)模型；彈性碰撞；深度教學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）24-0074-03

收稿日期：2023-05-25

作者簡(jiǎn)介：霍良平（1980.4-），男，本科，高級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

深度教學(xué)是教師、學(xué)生、教材在課堂中的深度作用、融合過程.課堂教學(xué)中，教師是智者，在深度掌握學(xué)情（誰(shuí)要學(xué)）、深度整合教學(xué)內(nèi)容（學(xué)什么）、深度教學(xué)目標(biāo)（預(yù)期效果）以及深度研究高考（解答問題）的基礎(chǔ)上，主導(dǎo)學(xué)生以目標(biāo)為導(dǎo)向、任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、知識(shí)為基礎(chǔ)、會(huì)用為要求、提升為發(fā)展，實(shí)現(xiàn)學(xué)生以需要解決什么問題為目標(biāo)導(dǎo)向，深度學(xué)習(xí)物理知識(shí)，深度悟透物理原理，深度歸納應(yīng)用拓展.通過教師的深度輸入，贏得學(xué)生的深度輸出.本文以彈性碰撞模型的建構(gòu)與應(yīng)用為例，感悟踐行深度教學(xué).

1 強(qiáng)化教師主導(dǎo)作用，誘發(fā)課堂教學(xué)深度輸入

以能解決生活中的碰撞類問題為目標(biāo)導(dǎo)向，深度挖掘彈性碰撞模型教學(xué)，突出模型的基礎(chǔ)性、規(guī)范性、學(xué)科性、生成性和應(yīng)用性，預(yù)判、誘發(fā)、糾正學(xué)生在彈性碰撞模型構(gòu)建中的錯(cuò)誤點(diǎn)和疑難點(diǎn)，深度輸入開啟深度教學(xué)^［1］.

演示實(shí)驗(yàn)一：以牛頓擺為素材，引導(dǎo)學(xué)生改變不同的實(shí)驗(yàn)方案、觀察不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，誘發(fā)學(xué)生求知欲.

師：比如體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目：臺(tái)球、飛碟射擊.生活中的交通事故：兩輛汽車發(fā)生對(duì)碰、兩輛汽車發(fā)生追尾，它們都是生活中的碰撞，今天我們來學(xué)習(xí)碰撞的基礎(chǔ)知識(shí)，并用之解決生活中的碰撞問題.

建構(gòu)彈性碰撞基礎(chǔ)模型 一個(gè)運(yùn)動(dòng)的小球與一個(gè)靜止的小球在光滑的水平面上發(fā)生對(duì)心彈性碰撞.

對(duì)碰撞模型的認(rèn)識(shí)誤區(qū) 碰撞瞬間完成，碰撞是一個(gè)狀態(tài)，不是一個(gè)過程.

視頻一：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的臺(tái)球與一個(gè)靜止的臺(tái)球發(fā)生對(duì)心碰撞.

師：同學(xué)們觀察臺(tái)球碰撞完成的快慢程度以及碰撞位置的變化情況？

生：兩個(gè)臺(tái)球的碰撞瞬間就完成了，臺(tái)球的碰撞幾乎在原位置就完成了.

師：同學(xué)們聽到什么？

生：聽到臺(tái)球碰撞的撞擊聲，而且聲音很強(qiáng)烈

師：同學(xué)們談?wù)勀銓?duì)碰撞的總結(jié)？

生：兩個(gè)臺(tái)球的碰撞瞬間就完成，但是碰撞很劇烈.

對(duì)碰撞模型的認(rèn)知難點(diǎn) 發(fā)生彈性碰撞兩個(gè)臺(tái)球的形變很微弱，同學(xué)很難感知到形變.

師：兩個(gè)臺(tái)球的碰撞很劇烈，說明碰撞力很大，小球一定會(huì)發(fā)生形變，但是形變太小、太快，我們來不及觀察到，你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)形變過程的觀察和分析嗎？

設(shè)置物理情境：物體B的左側(cè)固定一輕質(zhì)彈簧，靜止在光滑水平面上，物體A以速度v₀與物體B發(fā)生正碰，如圖1所示.

引導(dǎo)學(xué)生完成理論推理、分析并歸納出彈性碰撞模型的特征，如表1.

碰撞特點(diǎn)：碰撞完成需要經(jīng)歷兩物體的壓縮和分離過程，即碰撞是一個(gè)過程，但碰撞過程時(shí)間很短，碰撞劇烈，作用力很大^［2］.

對(duì)碰撞模型的認(rèn)知易錯(cuò)點(diǎn) 兩物體發(fā)生彈性碰撞分離時(shí)，兩物體的速度一定相反.

理論推導(dǎo)：

質(zhì)量為m₁的小球A以速度v₀與靜止的質(zhì)量為m₂的小球B兩球在光滑的水平面上發(fā)生彈性對(duì)心碰撞，求碰后A、B兩球的速度分別為多少？

說明：兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)方向相反只是實(shí)現(xiàn)分離的一種情況.

2 落實(shí)學(xué)生主體地位，確保課堂教學(xué)深度輸出

學(xué)生經(jīng)歷碰撞基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，歸納出彈性碰撞的特點(diǎn)以及特征，從彈性碰撞類基礎(chǔ)性問題的模仿處理入手，逐步拓展應(yīng)用，嘗試完成復(fù)雜的碰撞問題，甚至是創(chuàng)新、陌生情境下的碰撞問題，全面提升碰撞問題的理論水平，實(shí)現(xiàn)課堂深度輸出^［3］.

2.1 模仿應(yīng)用

學(xué)生能準(zhǔn)確運(yùn)用動(dòng)量守恒以及動(dòng)能守恒解決基礎(chǔ)性的彈性碰撞問題.

例1 如圖2所示，在光滑的水平面上，質(zhì)量為m₁的小球A以速率v₀向右運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)處有一質(zhì)量為m₂的小球B處于靜止?fàn)顟B(tài)．小球A與小球B發(fā)生正碰后均向右運(yùn)動(dòng)，小球B被Q處的墻壁彈回后與小球A在P點(diǎn)相遇，PQ＝1.5PO.若小球間的碰撞及小球與墻壁間的碰撞都是彈性碰撞且碰撞時(shí)間極短，則兩小球的質(zhì)量之比m₁∶m₂為______.

學(xué)生模仿應(yīng)用彈性碰撞的兩個(gè)守恒定律，完成計(jì)算m₁∶m₂=3∶12.2 理解應(yīng)用

通過對(duì)比分析彈性碰撞和非彈性碰撞，進(jìn)一步加深對(duì)彈性碰撞的認(rèn)識(shí)與理解.

以圖1情境為例，同學(xué)們嘗試分析，在物體A和B碰撞的壓縮過程，若在彈簧壓縮量達(dá)最大時(shí)，將彈簧鎖定或彈簧發(fā)生了范性形變，即物體A和B無法實(shí)現(xiàn)分離過程，A、B兩物體的碰撞還是彈性碰撞嗎？

壓縮過程中，A、B系統(tǒng)不受外力，滿足動(dòng)量守恒，減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能或內(nèi)能，動(dòng)能不守恒.且彈性勢(shì)能或內(nèi)能無法再轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動(dòng)能，即不屬于彈性碰撞.物理學(xué)中將系統(tǒng)動(dòng)能減少最大的碰撞叫完全非彈性碰撞.

結(jié)論：發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體，必然要經(jīng)歷壓縮過程和分離過程，且在分離的過程中，將壓縮階段累積的勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動(dòng)能.

2.3 創(chuàng)新應(yīng)用

模型舍去了原型的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系，以簡(jiǎn)化和理想化的形式再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系，是連接理論和應(yīng)用的橋梁.模型學(xué)習(xí)后的深度輸出主要表現(xiàn)為學(xué)生能在陌生的碰撞情境中，分析、判斷、運(yùn)用彈性碰撞基礎(chǔ)模型知識(shí)，正確處理復(fù)雜的實(shí)際問題^［4］，如例2.

例2 如圖3所示，一質(zhì)量為M的滑塊放置在光滑水平面上，滑塊的一側(cè)是一個(gè)四分之一圓弧EF，圓弧半徑為R=1 m，E點(diǎn)切線水平，另有一質(zhì)量為m的小球以初速度v₀從E點(diǎn)沖上滑塊，若小球剛好沒有躍出圓弧的上端，已知M=4 m，重力加速度g=10 m/s²，不計(jì)一切摩擦，求小球的初速度v₀以及小球再次回到水平面時(shí)的速度？

2.4 綜合應(yīng)用

碰撞類情境問題種類繁雜，但碰撞基礎(chǔ)模型知識(shí)是一樣的，學(xué)生學(xué)習(xí)的深度輸出就表現(xiàn)為：能否正確運(yùn)用碰撞的特點(diǎn)、特征處理不同物理碰撞情境問題，能否靈活運(yùn)用碰撞模型基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)確解答綜合類碰撞問題，如例3.

例3 如圖4所示，光滑的水平桿上套有一質(zhì)量為1 kg、可沿桿自由滑動(dòng)的滑塊，滑塊下方通過一根長(zhǎng)為1 m的輕繩懸掛著質(zhì)量為0.99 kg的木塊.開始時(shí)滑塊和木塊均靜止，現(xiàn)有質(zhì)量為10 g的子彈以500 m/s的水平速度擊中木塊并留在其中，重力加速度g＝10 m/s²，求木塊能上升的最大高度以及再次回到最低位置時(shí)的速度？

課堂為教學(xué)的輸入與輸出提供舞臺(tái)，教師要合理利用舞臺(tái)導(dǎo)演“深度課堂”這部戲，做好基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)涵式深度備課是前提，讓學(xué)生清晰課堂任務(wù)目標(biāo)是關(guān)鍵，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生領(lǐng)悟知識(shí)、熟練運(yùn)用知識(shí)處理學(xué)科情境化問題是重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生深度輸出是目標(biāo).以教師深度的教為入，學(xué)生深度的學(xué)為出，實(shí)現(xiàn)深度課堂.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］ 胡衛(wèi)平，孫枝蓮，劉建偉.物理課程與教學(xué)論研究［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［3］ 蔡鉗，陳信余.從思維發(fā)展的角度談物理建模方法［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（07）：38-41.

［4］ 李春來.在問題解決中通過深度學(xué)習(xí)發(fā)展物理觀念［J］.物理教師，2019（04）：16-18.

［責(zé)任編輯：李 璟］