物理探究式教學(xué)設(shè)計(jì)案例《動(dòng)量和動(dòng)量定理》

物理探究式教學(xué)設(shè)計(jì)案例動(dòng)量和動(dòng)量定理摘 要：以動(dòng)量和動(dòng)量定理一節(jié)的教學(xué)案例，論述了中學(xué)物理的課堂如何進(jìn)行探究式教學(xué)。從生活中提出問題，通過理論探究和實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生體驗(yàn)建立概念和總結(jié)規(guī)律的過程。用探究過程中所獲得的知識解決相關(guān)問題。 關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì)；動(dòng)量；動(dòng)量定理；科學(xué)探究；設(shè)計(jì)思路 中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0038-7 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）中明確指出“高中階段的物理應(yīng)該更加關(guān)注學(xué)生在科學(xué)探究過程中的學(xué)習(xí)質(zhì)量，進(jìn)一步加深對科學(xué)探究的理解，提高科學(xué)探究的能力”，“使物理貼近學(xué)生的生活、聯(lián)系社會(huì)實(shí)際”?？茖W(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。1 本文通過動(dòng)量和動(dòng)量定理一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)案例來談?wù)勅绾卧O(shè)計(jì)并實(shí)施探究式教學(xué)。 1 教學(xué)內(nèi)容 （1）教材：人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-5。 （2）所屬章節(jié)：第十六章第二節(jié)動(dòng)量和動(dòng)量定理。 （3）教學(xué)時(shí)間：40分鐘。 2 教學(xué)設(shè)計(jì) 2.1 教材分析 人教版動(dòng)量和動(dòng)量定理一節(jié)，是在第一節(jié)探究碰撞中的不變量的基礎(chǔ)上直接提出了動(dòng)量的概念，并從物理學(xué)史的角度來加以認(rèn)識。然后通過例題提出動(dòng)量的變化，加深對動(dòng)量和動(dòng)量的變化的矢量性的理解。 關(guān)于動(dòng)量定理，教材先是在恒力作用的情況下由牛頓第二定理推導(dǎo)出動(dòng)量定理，分析表達(dá)式，并引入沖量的概念。之后，用“微積分”的思想分析出，動(dòng)量定理不僅適用于恒力情形，也適用于變力情形。在解決作用時(shí)間短，作用力大而且隨時(shí)間變化的打擊、碰撞等問題時(shí)，動(dòng)量定理要比牛頓運(yùn)動(dòng)定律方便得多。 最后，教材通過“壘球”“易碎品包裝”以及“科學(xué)漫步汽車碰撞實(shí)驗(yàn)”來展現(xiàn)動(dòng)量定理在生活中的廣泛應(yīng)用2。 2.2 學(xué)情分析 學(xué)生在第一節(jié)探究碰撞中的不變量中，體會(huì)到碰撞中有一個(gè)十分重要的物理量“mv”。但是，這個(gè)物理量是什么？在運(yùn)動(dòng)學(xué)中又有著什么重要意義？這些，學(xué)生還沒有深刻的認(rèn)識，還需要通過對“動(dòng)量定理”“動(dòng)量守恒定律”的學(xué)習(xí)進(jìn)一步加深認(rèn)識和理解。 然而，學(xué)生在必修一和必修二的學(xué)習(xí)中，對“力”的理解、對“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”等動(dòng)力學(xué)知識的掌握卻是比較扎實(shí)的。 2.3 教學(xué)目標(biāo) （1）知識與技能 會(huì)通過觀察生活現(xiàn)象提出問題，并通過實(shí)驗(yàn)探究，分析碰撞中的沖擊力與物體的質(zhì)量、速度的改變及時(shí)間有關(guān)。 會(huì)運(yùn)用所學(xué)動(dòng)力學(xué)知識推導(dǎo)動(dòng)量定理的表達(dá)式。 理解動(dòng)量和動(dòng)量的變化及其矢量性，會(huì)正確計(jì)算做一維運(yùn)動(dòng)的物體的動(dòng)量變化。 理解沖量概念，理解動(dòng)量定理及其表達(dá)式。明確動(dòng)量定理中的沖量是合力的沖量。 會(huì)利用動(dòng)量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。 （2）過程與方法 觀看視頻，提出問題，聯(lián)系生活，通過猜想。 通過建立理想物理模型，理論推導(dǎo)出動(dòng)量定理的表達(dá)式。用類比的方法，建立動(dòng)量、沖量概念以及動(dòng)量定理的內(nèi)容， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 運(yùn)用動(dòng)量定理解決實(shí)際問題。 （3）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生善于交流的合作精神，在交流合作中發(fā)展能力，并形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法。 培養(yǎng)學(xué)生的理論分析能力和總結(jié)歸納能力。 培養(yǎng)并提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析解決問題的能力。 2.4 教學(xué)重點(diǎn) （1）理論推導(dǎo)動(dòng)量定理的表達(dá)式，類比動(dòng)能定理，建立動(dòng)量、沖量的概念。 （2）理解動(dòng)量和動(dòng)量的變化及其矢量性，及沖量是過程量。 （3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證動(dòng)量定理。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)一步理解動(dòng)量定理及其表達(dá)式，理解物體動(dòng)量的改變是因?yàn)楹狭Φ臎_量。 （4）動(dòng)量定理的應(yīng)用。 2.5 教學(xué)難點(diǎn) （1）類比動(dòng)能定理，建立動(dòng)量、沖量的概念。 （2）動(dòng)量和動(dòng)量的變化及其矢量性。 （3）實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量定理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，方案的實(shí)施，誤差的分析。 （4）理解物體動(dòng)量的改變是因?yàn)楹狭Φ臎_量。 2.6 教學(xué)方法 探究、講授、討論、練習(xí)。 2.7 教學(xué)儀器 PPT教學(xué)課件、多媒體、朗威DSL驗(yàn)證動(dòng)量定理的相關(guān)儀器、朗威DIS軟件、兩個(gè)相同的碗、木板、軟墊、兩個(gè)雞蛋。 3 設(shè)計(jì)思路 探究設(shè)計(jì)之一：理論探究、類比分析。本教學(xué)設(shè)計(jì)中，沒有按照課本上的順序，直接提出“動(dòng)量”的概念，而是從“小鳥撞飛機(jī)”的故事中提出問題，先猜想，再根據(jù)問題建立理想物理模型，運(yùn)用“牛頓第二定理”推導(dǎo)出“Ft=mvt-mv0”表達(dá)式。通過與“動(dòng)能定理”進(jìn)行類比，建立概念“動(dòng)量”“沖量”，分析總結(jié)規(guī)律“動(dòng)量定理”。這是一個(gè)理論探究的過程。3 探究設(shè)計(jì)之二：知識遷移，總結(jié)規(guī)律。在分析動(dòng)量這個(gè)概念的時(shí)候，運(yùn)用力傳感器，得到“F-t圖像”。引導(dǎo)學(xué)生將“v-t圖像”的面積表示位移的規(guī)律遷移，并得出“F-t圖像”的面積表示一段過程中力的沖量。這樣不僅找到了一種求解變力沖量的方法，還讓學(xué)生體會(huì)到，沖量反映了力的作用對時(shí)間的積累效應(yīng)，是過程量。 探究設(shè)計(jì)之三：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，探究實(shí)驗(yàn)裝置。規(guī)律的得出除了理論的論證之外，還需要有實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)的支持。所以，在學(xué)習(xí)了新的概念和規(guī)律后，又進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證動(dòng)量定理”。然而，引導(dǎo)學(xué)生完整地探究出整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在四十分鐘的課堂上是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，該環(huán)節(jié)只進(jìn)行了部分探究：引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的儀器，分析裝置安裝時(shí)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)誤差探究。 探究設(shè)計(jì)之四：運(yùn)用規(guī)律，解決問題。學(xué)習(xí)概念，總結(jié)規(guī)律最終是要解決生活中的問題。而 “小鳥撞飛機(jī)”這條問題線索貫穿始終，最后得到解決，首尾呼應(yīng)。 設(shè)計(jì)思路的框架如圖5：