王 敏 劉小兵

（廣西師范大學物理科學與技術(shù)學院，廣西 桂林 541004）

動量和動量定理是學好動量守恒定律的基礎(chǔ)，也是高中物理教學的重要內(nèi)容，長期以來都是教學的難點.實踐表明，學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，如何讓學生正確理解動量和動量定理的意義，就成為本節(jié)課教學的關(guān)鍵.

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

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)牛頓運動學公式推導，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，致使學生不能準確理解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行有效利用，致使學生學習深度不足.最后教材通過列舉打壘球例子，并未達到引發(fā)學生直觀認識動量變化一定時，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準的理解，動量和動量定理的教學核心在于：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，并借助學生已有動能定理的認識對比加深對動量定理的理解.知識的學習并非孤立存在，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)象才是科學學習的本質(zhì).許多物理教師由于僅用物理題目進行運算，未把科學學習與生活體驗緊密聯(lián)系起來，導致學生在大量的習題運算中喪失學習的樂趣.

2 基于學生發(fā)展的體驗式教學設(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.這樣通過引導可以使學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，還需進一步驗證.

再創(chuàng)設(shè)第2個情境：邀請兩名體重不同的學生站在講臺上跳起后，先直腿下落，再換作起跳后屈膝下落，了解演示學生的感受.此實驗操作簡單，亦可讓班級學生共同參與，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，而且體重重的學生感覺更加明顯，請同學們積極思考，尋找最佳解釋.

為解釋該問題，學生展開符合其認知水平的思考，教師應(yīng)鼓勵學生說出自己的看法.體重輕的學生采用直腿下落感到背部疼，而體重重的學生直腿下落時，肩背部、脊椎感到刺疼.學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，通過此次課的學習，學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出mv這個量，教師此處可列舉已學過的動能定理的運動學公式推導過程.

v＝v0＋at變形為

牛頓運動學公式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)歷理論公式的推導過程，有助于學生熟悉和理解公式的變換形式，加深學習體驗.

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)別認識.動能是標量，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.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，進而對人起到保護作用.此處可讓學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)學生安全意識.

3 對教學的啟示

物理的體驗式教學設(shè)計，不僅要強調(diào)學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，在教學中使學生理解“為什么”和“怎么用”的問題.物理教育家喬際平指出：物理教學法只回答了教學過程中“是什么”的問題，沒有從根本上清楚明確地回答物理教學中“為什么”的問題，而物理教學論則要對物理教學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設(shè)計從物理教學論的視角詮釋了動量定理教學的條理性.縱觀動量和動量定理體驗式教學設(shè)計的過程，得到如下幾點啟示.

3.1 強調(diào)情境教學

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

（1）生活情境.物理學的起源是生活現(xiàn)象，在物理教學中強調(diào)現(xiàn)象的直觀性可更好地讓學生認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，引起學生興趣，并引導學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，當學生思維得到啟發(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)課的重點學習，讓學生經(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 注重科學方法

直觀性，是物理教學的一個重要原則，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，利用對比法學習兩個定理，更為直觀的展現(xiàn)它們的異同，讓學生在構(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)情境以及對比學習動量定理的設(shè)計中得到更加完整的體現(xiàn).

3.3 聯(lián)系學生認知

教學不僅要讓學生學會物理知識，而且向?qū)W生重現(xiàn)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，學會運用知識解釋生活現(xiàn)象.本節(jié)體驗式教學設(shè)計由定性認識、理論推導和定量計算3個教學環(huán)節(jié)構(gòu)成.定性認識直觀明了，現(xiàn)象明顯，源于生活，引發(fā)思考；理論推導邏輯嚴密，考慮周全；定量計算清晰簡潔，認識深刻.整個教學設(shè)計步步深入、環(huán)環(huán)緊扣引導學生思維一步步上升，從生活走向物理，再由物理回歸生活運用，充分顯示了教學的實用性，從定性認識到定量計算加深了學生對動量定理的認識并幫助學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設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰并循序漸進地促進了學生的認知發(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［M］.南昌：江西教育出版社，1992：3.

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