霍良平

(旬陽第二中學(xué),陜西 旬陽 725741)

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,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,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)生對心彈性碰撞.

對碰撞模型的認(rèn)識誤區(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ε鲎驳目偨Y(jié)?

生:兩個(gè)臺(tái)球的碰撞瞬間就完成,但是碰撞很劇烈.

對碰撞模型的認(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.

圖1 物體A與物體B正碰

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.

表1 彈性碰撞模型的特征

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)生彈性對心碰撞,求碰后A、B兩球的速度分別為多少?

分析歸類:

(1)當(dāng)m1=m2時(shí),v1=0 ,v2=v0碰后兩物體互換速度;

(2)當(dāng)m1m2時(shí),v1為正值,v2v0碰后兩個(gè)物體同向運(yùn)動(dòng);

(3)當(dāng)m1m2時(shí),v1為負(fù)值,v2v0碰后兩個(gè)物體反向運(yùn)動(dòng).

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____.

圖2 小球A向小球B運(yùn)動(dòng)

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∶1

2.2 理解應(yīng)用

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

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)化為彈簧的彈性勢能或內(nèi)能,動(dòng)能不守恒.且彈性勢能或內(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,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?

圖3 小球向圓弧斜面運(yùn)動(dòng)

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?

圖4 子彈射向木塊

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、熟練運(yùn)用知識處理學(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.