王 敏 劉小兵

（廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

動量和動量定理是學(xué)好動量守恒定律的基礎(chǔ)，也是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容，長期以來都是教學(xué)的難點.實踐表明，學(xué)生很難正確理解動量和動量定理的本質(zhì)含義，也難以正確運用動量定理解決實際問題.因此，如何讓學(xué)生正確理解動量和動量定理的意義，就成為本節(jié)課教學(xué)的關(guān)鍵.

體驗式教學(xué)是一種根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點和規(guī)律，通過創(chuàng)造實際的或重復(fù)的經(jīng)歷和情境，更為直觀地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在親歷過程中理解并建構(gòu)知識、發(fā)展能力的教學(xué)形式.有鑒于此，立足于體驗式教學(xué)模式的研究，對本節(jié)課進(jìn)行如下的教學(xué)探討.

1 對傳統(tǒng)教材的分析

現(xiàn)行人教版高中物理教材在“動量和動量定理”之前安排了“實驗：探究碰撞中的不變量”，得出探究結(jié)果“發(fā)生碰撞的兩個物體，他們的mv矢量和在碰撞前后很可能保持不變”，對于各種形式的碰撞都是這樣.”緊跟實驗結(jié)果提出動量定義：質(zhì)量與速度的乘積稱為物體的動量，并介紹了動量概念在物理科學(xué)史上的發(fā)展，指出動量是矢量，與速度方向相同；然后例題計算小鋼球碰撞前后動量的變化；隨后引出用“牛頓運動定律”研究單個物體動量變化，經(jīng)牛頓運動學(xué)公式推導(dǎo)，整理出動量定理關(guān)系式；再采用動量定理公式，例解球棒打壘球題目，得出通過改變作用時間來增大或減小作用力.

筆者認(rèn)為，教材的處理存在幾個問題：第一，教材對于探究實驗得到“發(fā)生碰撞的兩個物體，他們的mv矢量和在碰撞前后很可能保持不變”的結(jié)論闡述中并沒有解釋為什么采用mv來描述碰撞前后物體運動狀態(tài)的關(guān)鍵問題，致使學(xué)生不能準(zhǔn)確理解mv量的真正內(nèi)涵；第二，教材未能將實驗探究中兩個物體碰撞的動量變化規(guī)律與單個物體動量變化情況的研究進(jìn)行有效利用，致使學(xué)生學(xué)習(xí)深度不足.最后教材通過列舉打壘球例子，并未達(dá)到引發(fā)學(xué)生直觀認(rèn)識動量變化一定時，如何改變時間就改變作用力大小的效果.

通過教材分析和對課程標(biāo)準(zhǔn)的理解，動量和動量定理的教學(xué)核心在于：怎樣正確理解動量和動量定理的“為什么”“是什么”和“怎么用”3個問題.對于“為什么”要用質(zhì)量m與速度v來定義動量，需要解決如何讓學(xué)生通過體驗來感受質(zhì)量和速度對物體運動情況的影響，借助探究實驗的結(jié)果正確建立動量概念.接著遵循“兩條腿走路”的方法，再從理論上清楚解釋動量定理“是什么”的問題，并借助學(xué)生已有動能定理的認(rèn)識對比加深對動量定理的理解.知識的學(xué)習(xí)并非孤立存在，如何讓知識服務(wù)于生活，用動量定理解釋生活中打擊、碰撞、爆炸等現(xiàn)象才是科學(xué)學(xué)習(xí)的本質(zhì).許多物理教師由于僅用物理題目進(jìn)行運算，未把科學(xué)學(xué)習(xí)與生活體驗緊密聯(lián)系起來，導(dǎo)致學(xué)生在大量的習(xí)題運算中喪失學(xué)習(xí)的樂趣.

2 基于學(xué)生發(fā)展的體驗式教學(xué)設(shè)計

2.1 依據(jù)情境體驗，建立動量概念

呈現(xiàn)生活情境：以10m/s的速度運動的足球和鉛球，誰可以用頭去接？質(zhì)量很小的子彈高速飛過來能不能接？學(xué)生肯定回答鉛球不能接，原因是其質(zhì)量太大；子彈頭也不能接，因為其速度太快.這樣通過引導(dǎo)可以使學(xué)生理解運動物體的作用效果既與物體的質(zhì)量有關(guān)，也與物體的速度有關(guān)，那么與實驗探究出來mv量是否一致，還需進(jìn)一步驗證.

再創(chuàng)設(shè)第2個情境：邀請兩名體重不同的學(xué)生站在講臺上跳起后，先直腿下落，再換作起跳后屈膝下落，了解演示學(xué)生的感受.此實驗操作簡單，亦可讓班級學(xué)生共同參與，在自己座位旁邊感受兩種下落方式的不同感受.拋出問題：兩種下落方式給人的感受為什么不同，而且體重重的學(xué)生感覺更加明顯，請同學(xué)們積極思考，尋找最佳解釋.

為解釋該問題，學(xué)生展開符合其認(rèn)知水平的思考，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生說出自己的看法.體重輕的學(xué)生采用直腿下落感到背部疼，而體重重的學(xué)生直腿下落時，肩背部、脊椎感到刺疼.學(xué)生回答可能是因為相比屈膝下落，直腿下落過程中沒有人體緩沖，好似感覺地面給人的作用力更大.鼓勵學(xué)生深入思考人體是怎樣實現(xiàn)緩沖的，真正的物理情境是怎樣，通過此次課的學(xué)習(xí)，學(xué)生們會找到此情境最合理的解釋.

2.2 “兩條腿”得動量定理，類比法顯定理本質(zhì)

上節(jié)課，學(xué)生通過探究“實驗：尋找碰撞中的不變量”發(fā)現(xiàn)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′中的mv這個量有特殊意義，而且物體運動狀態(tài)的描述與速度和質(zhì)量有關(guān)，那是否就是這個量呢？物理學(xué)上任何定理的發(fā)現(xiàn)都少不了實驗和理論的支撐，如何從理論的角度也導(dǎo)出mv這個量，教師此處可列舉已學(xué)過的動能定理的運動學(xué)公式推導(dǎo)過程.

v＝v0＋at變形為

牛頓運動學(xué)公式F＝ma變形為將（2）式代入（3）式可得

將（1）式代入（4）式可得

話說回來，老人為子女辛苦一輩子，子女贍養(yǎng)老人，讓老人享受人生的夕陽晚霞是兒女的責(zé)任跟義務(wù)。劉主任建議，在帶孩子這件事上，應(yīng)以年輕人為主，老年人身體畢竟不如年輕時，容易失眠、焦慮、健忘，所以要綜合老年人的想法與意愿，不能因為這件事而影響家庭和睦相處。

經(jīng)歷理論公式的推導(dǎo)過程，有助于學(xué)生熟悉和理解公式的變換形式，加深學(xué)習(xí)體驗.

化簡后Ft＝mv－mv0.此式中的3個量都分別代表什么含義，通過對比可以清晰地得出結(jié)果見表1.

表1

通過對比觀察、分析找出上面兩個定理的相同點和不同點，加深對動量定理和動能定理的區(qū)別認(rèn)識.動能是標(biāo)量，大小與v2成正比，動能的變化與外力的功相等，動能的變化決定了物體克服阻力能夠運動多遠(yuǎn).動量是矢量，大小與v成正比，動量的變化與外力的沖量相等，動量的變化決定了物體反抗阻力能夠運動多長時間.可見動量和動能的本質(zhì)區(qū)別在于他們遵循的變化規(guī)律不同，從各自不同的角度描述物體的機械運動，并且動量定理的研究對象一般是單個物體，由于物體系中的內(nèi)力總是成對出現(xiàn)，而每對作用力與反作用力的沖量總是大小相等，方向相反，若以物體體系為研究對象，內(nèi)力沖量的矢量和始終為零.據(jù)此動量定理的研究推廣到物體系，即物體系所受合外力的沖量等于物體系內(nèi)各物體動量變化的矢量和.

圖1

2.3 典型例題，定理應(yīng)用

例題.從一定高度H靜止釋放質(zhì)量為m的小球，小球落在地面上并反彈的高度為h，小球與地面接觸時間t，當(dāng)H為5m，小球質(zhì)量m為1kg，反彈高度h為0.8 m，請計算小球與地面接觸時間t為1s時，地面給小球

的平均作用力為多大？（如圖1所示）

通過上式發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動量變化量一定時，作用的時間越短，力也就越大，一定情況下物體重量可以忽略不計.

課堂開始讓學(xué)生做起跳屈膝下落時，身體沒有明顯疼痛感的本質(zhì)原因是屈膝動作延長了作用時間，減小了地面對人的作用力，這就是生活中的緩沖.在車輛和很多機械中也廣泛使用緩沖彈簧延長作用時間.蹦極運動中，挑戰(zhàn)者使用的彈性繩索，目的也是為了增加力的作用時間，減小繩索拉直時的作用力，進(jìn)而對人起到保護(hù)作用.此處可讓學(xué)生估算一下高空墜物，一個約為50g的雞蛋，從不同樓層落下來對地面的作用力大小，培養(yǎng)學(xué)生安全意識.

3 對教學(xué)的啟示

物理的體驗式教學(xué)設(shè)計，不僅要強調(diào)學(xué)生對物理知識的理解和掌握，明確“是什么”，還要基于理論的深度思考，在教學(xué)中使學(xué)生理解“為什么”和“怎么用”的問題.物理教育家喬際平指出：物理教學(xué)法只回答了教學(xué)過程中“是什么”的問題，沒有從根本上清楚明確地回答物理教學(xué)中“為什么”的問題，而物理教學(xué)論則要對物理教學(xué)過程中的各種問題做出“為什么”的回答.從這個意義上講，動量和動量定理的體驗式教學(xué)設(shè)計從物理教學(xué)論的視角詮釋了動量定理教學(xué)的條理性.縱觀動量和動量定理體驗式教學(xué)設(shè)計的過程，得到如下幾點啟示.

3.1 強調(diào)情境教學(xué)

創(chuàng)設(shè)物理情境作為體驗式教學(xué)設(shè)計的重要組成部分，充分展現(xiàn)著在情感和認(rèn)知的相互作用下，物理情境利用其獨特的直觀性，加深學(xué)生對現(xiàn)象的認(rèn)識，從而有意識地思考問題，探索新知.

（1）生活情境.物理學(xué)的起源是生活現(xiàn)象，在物理教學(xué)中強調(diào)現(xiàn)象的直觀性可更好地讓學(xué)生認(rèn)識到實驗自變量帶來的實驗效果的改變.生活實際以不容置疑的真實性而易于學(xué)生接受，課堂上引入相同速度飛來的足球和鉛球，以及質(zhì)量小速度快的子彈哪個可以接的情境，引起學(xué)生興趣，并引導(dǎo)學(xué)生積極主動思考是什么量影響物體的運動狀態(tài).

（2）問題情境.問題是實驗設(shè)計的動力和催化劑，當(dāng)學(xué)生思維得到啟發(fā)時，教師再通過問題情境，深入思考層次.不僅是生活事物，人體的一些反應(yīng)也值得探索，創(chuàng)設(shè)簡單情境，讓學(xué)生思考起跳后兩種不同的方式下落分別給人體帶來的感受.緩沖是生活中十分常見的一個詞，但在此之前學(xué)生們都并未真正明白，一些物體是如何實現(xiàn)緩沖的，緩沖作用又會有什么樣的好處呢？帶著釋疑的心態(tài)展開本節(jié)課的重點學(xué)習(xí)，讓學(xué)生經(jīng)歷整個知識探索的過程，更有利于提高他們解決問題的能力.

3.2 注重科學(xué)方法

直觀性，是物理教學(xué)的一個重要原則，利用圖表比較相似定理公式，說明相同量和不同量之間的對比關(guān)系，比單獨了解動量定理更讓人容易區(qū)分理解.高年級學(xué)生的抽象思維和邏輯思維已有較大發(fā)展，但面對新事物的區(qū)分辨別能力還未十分完善，利用對比法學(xué)習(xí)兩個定理，更為直觀的展現(xiàn)它們的異同，讓學(xué)生在構(gòu)建動量和動量定理的時候更有規(guī)律可循，為后面解決問題，選擇辦法提供很好的基礎(chǔ).而直觀性原則在創(chuàng)設(shè)情境以及對比學(xué)習(xí)動量定理的設(shè)計中得到更加完整的體現(xiàn).

3.3 聯(lián)系學(xué)生認(rèn)知

教學(xué)不僅要讓學(xué)生學(xué)會物理知識，而且向?qū)W生重現(xiàn)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，學(xué)會運用知識解釋生活現(xiàn)象.本節(jié)體驗式教學(xué)設(shè)計由定性認(rèn)識、理論推導(dǎo)和定量計算3個教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成.定性認(rèn)識直觀明了，現(xiàn)象明顯，源于生活，引發(fā)思考；理論推導(dǎo)邏輯嚴(yán)密，考慮周全；定量計算清晰簡潔，認(rèn)識深刻.整個教學(xué)設(shè)計步步深入、環(huán)環(huán)緊扣引導(dǎo)學(xué)生思維一步步上升，從生活走向物理，再由物理回歸生活運用，充分顯示了教學(xué)的實用性，從定性認(rèn)識到定量計算加深了學(xué)生對動量定理的認(rèn)識并幫助學(xué)生成功邁過對動量的理解困難.至此整個動量定理的體驗式教學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰并循序漸進(jìn)地促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展.

1 人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.選修3-5［M］.北京：人民教育出版社，2011：6－12.

2 喬際平.物理教育學(xué)［M］.南昌：江西教育出版社，1992：3.

3 胡彬.注重實驗設(shè)計 引導(dǎo)學(xué)生探究［J］.物理教師，2014：40.