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物理探究式教学设计案例《动量和动量定理》

作者:第一论文网 更新时间:2016-11-11 13:30:43

 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.