士官物理教學中“動量定理”的案例解析及教學設計

劉艷蕊

摘 要：本案例以安全帽佩戴中的安全隱患問題為引，在學員自己動手實驗探究的過程中，引導其總結出動量定理內容，緊接著從定量、定性兩個方面對定理進一步應用分析，加強鞏固。整個設計過程舒暢緊實，充分發揮學員學習的主體地位，在討論交流的過程中不斷完善知識架構，學會分析問題、解決問題的科學方法。

關鍵詞：士官教學；動量定理；案例解析；教學設計

1 案例背景

傳統的教學中，學習者學習的主要任務是對各種事實信息及概念、原理的記憶保持和簡單應用。但建構主意卻認為，學習不是從外界直接吸取知識的過程，而是學習者建構知識的過程。它主張學習者應通過高水平的思維活動來學習，通過問題解決來學習。所以對于教育而言， 教師應以學習者原有知識基礎及生活經驗為依據，有目的的設置教學環節，才能使學習者作為主體積極的融入到教學當中。如何在探究式教學過程中，實現凸顯學習者的主體地位，實現原有知識及經驗的不斷“構建”與“生長”？就該問題，結合對“動量定理”的教學案例，做一些粗淺的分析。

2 案例情景描述

2.1 創設問題情境

為了讓學員對即將學習的內容產生感性認識，同時也喚醒他們已有的知識架構及生活經驗。使用多媒體展示工程施工現場的一組圖片，查找施工過程中存在的安全隱患—安全帽的佩戴問題，導入新課。為了使學員的思路更加清晰明朗，可提出以下三個簡單問題作為引子：

（1）安全帽的作用是什么？（2）安全帽的結構有什么特點？（3）這樣設計的目的是什么？

雖然學員的基礎知識參差不齊，生活經驗也是千差萬別，但大家都能從實踐經驗中認識到，在安全帽面對高空墜物時，具有緩沖的作用，對頭部起到保護作用，也能意識到對于同一個物體從越高的地方墜落，產生的沖擊力越大；對于不同的物體，從同一高度墜落，質量越大的，撞擊時產生的沖擊力越大。從學員的回答中可以看出，在他們的頭腦里已經對質量、速度、時間、力等幾個概念進行了簡單的聯系，但這些聯系比較片面，也就是對安全帽能起到緩沖作用的根本實質問題的認識比較粗淺。

2.2 實驗探究

實驗在物理學教學中具有超強的魔力，它能化抽象為具體，化枯燥為生動。由學員自己把要研究的物理現象和規律從操作過程中歸納總結出來，無疑會給學員留下更加深刻的感受和印象，并且在參與的過程中能更好的凸顯學員的主體地位。課堂教學中的實驗不但要具有科學性，同時也要具有趣味性，這樣更能調動學員學習的積極主動性。所以這里將生活中常見砸核桃現象，改變課堂探索性實驗。

實驗器材：核桃、厚海綿（多塊）、薄布（多塊）、鐵錘（一大、一小）。

探究的問題：（1）什么情況下核桃易被砸碎？（2）什么情況下核桃不宜被砸碎？（3）核桃不被砸碎的最優方案是什么？

在實驗的過程中，要求學員仔細觀察現象，在與同伴討論后認真總結經驗，實驗后找幾個學員分享他們的結論。利用多媒體展示Flash動畫，質量為m的物體在水平恒力F的作用下，經過時間t，速度由v0變為vt 。引導同學用所學到的牛頓第二定律的知識，去聯系力、速度、質量、作用時間這幾個物理量，即探索物體所受合力的沖量與動量變化之間的關系。

由牛頓第二定律知 ……（1）

而加速度 ……（2）

聯立（1）、（2）兩式解方程組得

進一步引導學員意識到，合外力的沖量是物體動量變化的原因。進而引導學員總結動量與沖量在數量及方向上的關系，給出動量定理的內容。緊接著強調對動量定理的理解：

（1）定理反映了合外力沖量是物體動量變化的原因；

a合外力的沖量是動量大小改變的原因；

b合外力的沖量是動量方向改變的原因；

（2）動量定理公式中的合外力F可以是恒力，也可以是變力。如果是變力，此時所得的力是平均合外力；

（3）動量的變化是矢量式，在應用動量定理時，應該遵循平行四邊形定則，也可以采用正交分解法，將矢量運算轉為代數運算；

（4）動量定理不僅適用于宏觀低速物體，對微觀現象和高速運動仍然適用。

2.3 實例定性分析

物理規律源于生活，要想把知識學活，這里不急于讓學員進行公式計算的訓練，先將抽象的物理知識應用到多彩的生活實際情景中去，更有利于加強學員對動量定理的形象認識。

讓學員“說一說”我們日常生活中還有哪些是的例子，如從高處跳下來需要屈腿；跳高、跳遠時需要墊子、沙坑；汽車上安裝有減震裝置等等。這些都是生活中常見的關于緩沖（即減緩碰撞）的例子。之后播放其他的應用實例視頻。在不同環境、不同條件的實例中的應用，更有利于學員應用知識的遷移能力。

通過以上實例，引導學員歸納總結在實際的生活、工作、生產中利用了動量定理無非是解決兩類問題：一是需要獲得較大的沖擊力，而是需要獲得較小的沖擊力。從而引導學員了解安全帽能起到緩沖作用的主要結構及說明在佩戴時按照要求其頂端與帽殼內頂之間必須保持20-50毫米的空間的根本原因。

2.4 例題定量分析

【例1】如圖1所示，一質量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度水平向右運動，碰到堅硬的墻壁后被彈回，沿著同一直線以2m/s的速度水平向左運動。（1）碰撞前后鋼球的動量有沒有變化？變化了多少？（2）如圖2所示，若鋼球以45°角度斜射到地面，碰撞后以45°角被斜著彈出，速度大小仍是2m/s，求鋼球動量變化大小和方向？

分析：該例題中的兩個問題都是有關動量變化量的問題。為簡化問題，可以范圍兩種情況：一是，初動量和末動量在一條直線上；二是，初動量和末動量有一定的夾角，遵循平行四邊形定則。根據題中所給的條件，第一個問題屬于第一種情況，求動量的變化量直接用初動量減去末動量即可。第二個問題屬于第二種情況，應利用平行四邊形定則進行求解。

2.5 總結提高

最后利用多媒體展示施工現場安全帽使用及佩戴的管理要求及標準與不標準的對比圖片，再次警醒我們的學員作為現場的施工人員，一定規范佩戴安全帽，安全無小事，此時一日緊，將來千日幸！

3 結語

在本案例中，以對緩沖問題認知的缺陷為契機，激發學員學習興趣，在實驗探究的過程中以問題為導向，學員動手實驗的過程中尋找問題答案，充分發揮學員學習的主體地位，在討論交流的過程中不斷完善知識架構，學會分析問題、解決問題的科學方法。

參考文獻

[1]《以建構主義教學觀為指導，搞好物理教學設計》王五拴 [J]，華章；2010年33期

[2]《建構主義與物理課堂教學的融合》于洪澤[J]；沈陽師范大學學報（自然科學版）；2004年01期

[3]《應用物理基礎》 南京大學出版社 2012

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