“一對番茄”引爆的課堂

摘 要：核心素養(yǎng)是學(xué)生個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，物理課堂根據(jù)自身特點(diǎn)，重在培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。根據(jù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)打破傳統(tǒng)課堂設(shè)計，創(chuàng)新地借助番茄實(shí)驗(yàn)演示幫助學(xué)生深刻理解了結(jié)合能與質(zhì)量虧損的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);結(jié)合能;質(zhì)量虧損;番茄

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分，包括物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面。

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》選修3～5第十九章“原子核”第五節(jié)“核能與結(jié)合能”中的知識點(diǎn)“結(jié)合能與質(zhì)量虧損”由于所介紹的內(nèi)容發(fā)生在原子核內(nèi)的微觀世界中，內(nèi)容抽象，學(xué)生難以理解，往往成為學(xué)生的難點(diǎn)、教學(xué)的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的課堂設(shè)計往往是老師通過畫出示意圖，借助講授法講述“結(jié)合能”的定義、“比結(jié)合能”的意義、質(zhì)量虧損的計算。這種設(shè)計純粹是老師講，學(xué)生被動接受的模式，哪怕是借助多媒體動畫演示，仍然改變不了學(xué)生被動接受的現(xiàn)狀，這與培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)這一目標(biāo)是格格不入的。多年來老師一直沒有更好的途徑解決這一問題，導(dǎo)致學(xué)生在此處掌握是比較薄弱的，印象與理解也是極不深刻。

機(jī)緣巧合下我接到一次開設(shè)市級教研公開課的任務(wù)，課題即“核能與結(jié)合能”。我十分重視這次機(jī)會，于是提前一周進(jìn)行了精心備課，編制講義，并決定在正式上課前先行試上。其基本思路主要是比較流行的“問題導(dǎo)入與推進(jìn)”模式，希望通過問題層層深入，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，主動探究與思考，從而真正理解性地掌握知識。

一、首次試上，困難重重

活動一：自主預(yù)習(xí)。學(xué)生自主閱讀課本，完成講義填空。

核力與四種基本相互作用：

1.核力定義：原子核內(nèi) ? ? ? ? 之間的相互作用力。

2.特點(diǎn)：（1）核力是 ? ? ? ? 的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力 ? ? ? ? 。

（2）核力是 ? ? ? ? ，作用范圍在 ? ? ? ? 之內(nèi)。在大于0.8×10-15 m小于1.5×10-15 m的范圍內(nèi)表現(xiàn)為 ? ? ? ? ，且隨距離增大而

，超過1.5×10-15 m，核力 ? ? ? ? ;距離小于0.8×10-15 m時表現(xiàn)為 ? ? ? ? 。

（3）核力的飽和性：每個核子只跟 ? ? ? ? 的核子發(fā)生核力

作用。

活動二：檢測評估。本環(huán)節(jié)學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)情況，完成相關(guān)習(xí)題，從而讓教師摸清學(xué)生掌握情況，為難點(diǎn)突破做好鋪墊。

活動三：難點(diǎn)突破。這是本堂課的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，為了降低學(xué)生的困難，此處采用“問題推進(jìn)”的方法，設(shè)置臺階，層層深入，啟發(fā)引導(dǎo)。

1.原子核分解成核子和核子結(jié)合成原子核，能量如何變化？結(jié)合能是原子核具有的能量嗎？

2.結(jié)合能的大小與核子數(shù)有什么關(guān)系？為什么？

3.結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？能反映原子核的穩(wěn)定程度嗎？

4.為什么說比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合越牢固、原子越穩(wěn)定？

5.物體的質(zhì)量和能量有何關(guān)系？物體質(zhì)量增大，能量如何變化？

6.質(zhì)量虧損中核子數(shù)是否發(fā)生變化？平均核子質(zhì)量如何變化？

活動四：課堂反饋。經(jīng)過一系列的探討，為了加深學(xué)生的理解，設(shè)置了本環(huán)節(jié)。通過習(xí)題訓(xùn)練讓學(xué)生達(dá)到鞏固提升的效果。

我對這個設(shè)計在心中反復(fù)模擬上課了多次，自我感覺條理清晰，問題設(shè)置有梯度，學(xué)生只要積極思考，小組討論合作，應(yīng)該不會有太大困難。可是我首次試上時卻發(fā)現(xiàn)有重大問題，主要表現(xiàn)為：閱讀課本時抓不住有效信息，對于概念關(guān)鍵詞不能準(zhǔn)確理解與把握，尤其是對結(jié)合能、比結(jié)合能與質(zhì)量虧損的理解沒有空間想象能力，理不清質(zhì)量虧損與能量損失的關(guān)系。

二、針對問題，尋找突破

根據(jù)試上情況，物理教研組全體老師一起幫我研討分析。總結(jié)下來主要是要指導(dǎo)閱讀，對關(guān)鍵概念加以引導(dǎo)分析，針對結(jié)合能、比結(jié)合能與質(zhì)量虧損的理解需要借助宏觀模型演示微觀現(xiàn)象。前兩點(diǎn)問題均不大，可是如何建立宏觀模型，借助什么宏觀實(shí)物可以形象地達(dá)到演示效果就成了這堂課設(shè)計的難點(diǎn)所在。

經(jīng)過我仔細(xì)分析，這個演示模型要同時具備能量損失和質(zhì)量虧損的感知效果。我首先想到兩只鐵球的碰撞，后來又想到兩塊強(qiáng)磁鐵的自主吸引碰撞，這可以感受分開磁鐵時需要做功，與“結(jié)合能是將核子分開時需要吸收能量”相吻合，可質(zhì)量虧損還是感受不到。糾結(jié)了好長時間后，一條果汁廣告給了我很大的啟發(fā)：兩個番茄碰撞后，果汁四濺，十分誘人，這不正好相當(dāng)于質(zhì)量虧損嗎？

（一）結(jié)合能與比結(jié)合能

活動一：閱讀總結(jié)

原子核：核子是憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們 ? ? ? ? ，需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。核子數(shù)越多，結(jié)合能 ? ? ? ? 。

比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與 ? ? ? ? 之比稱為比結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越 ? ? ? ? ，原子核越 ? ? ? ? 。核子數(shù)越多，比結(jié)合能 ? ? ? ? 。中等大小的核的比結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。（P82圖19.5-3）

活動二：難點(diǎn)突破

演示：兩個熟透的大番茄，我左右手各持一個，接著以很快的速度使兩番茄對碰，頓時果汁飛濺到一米開外，引起一片驚嘆聲，給學(xué)生以震撼的視覺沖擊。緊接著拋出問題：番茄碰撞中能量和質(zhì)量如何發(fā)生變化？質(zhì)量和能量還守恒嗎？若是要將碰后裝在容器中粉碎的番茄恢復(fù)原狀需要什么？請閱讀課本聯(lián)系實(shí)驗(yàn)思考討論。

1.原子核分解成核子和核子結(jié)合成原子核，是吸收還是釋放能量？結(jié)合能是原子核具有的能量嗎？

2.結(jié)合能的大小與核子數(shù)有什么關(guān)系？為什么？

3.結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？能反映原子核的穩(wěn)定程度嗎？

4.為什么說比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合越牢固、原子越穩(wěn)定？什么樣的核最穩(wěn)定？

（二）質(zhì)量虧損

活動一：閱讀總結(jié)

1.愛因斯坦質(zhì)能方程 ? ? ? ? 。

2.質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量 ? ? ? ? 組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。表明的確存在原子 ? ? ? ? 。中等大小的核的比結(jié)合能最大，平均每個核子質(zhì)量虧損 ? ? ? ? ，這些核最 ? ? ? ? 。

活動二：難點(diǎn)突破

核能的計算方法：根據(jù)質(zhì)量虧損計算

1.計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm。

2.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計算核能。其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳。

思考與討論：

（1）物體的質(zhì)量和能量有何關(guān)系？物體質(zhì)量增大，能量如何變化？

（2）質(zhì)量虧損中核子數(shù)是否發(fā)生變化？平均核子質(zhì)量如何變化？

（3）讀圖，哪些原子核最穩(wěn)定，它們平均核子質(zhì)量如何？

（4）若要釋放新的結(jié)合能，我們可以怎么做？為什么？

一段時間后，學(xué)生對結(jié)合能、比結(jié)合能的概念可能遺忘得差不多了，但是一提到“番茄碰撞”，他們頓時就會回想起來，對概念的復(fù)習(xí)也就事半功倍了。

三、深刻反思，總結(jié)提升

學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，需要從感知到實(shí)踐再到理論提升的過程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察，學(xué)會知識的遷移，掌握認(rèn)識問題、分析問題基本技能是我們物理教學(xué)的首要任務(wù)。

教師第一要了解學(xué)生的知識儲備，了解學(xué)生已有的學(xué)習(xí)方法，了解學(xué)生的認(rèn)知能力，了解學(xué)生的心理特點(diǎn)，降低難度，減緩坡度，拓寬廣度。第二要多做演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要注意物理的生活化，課堂要有趣味性，增強(qiáng)物理教學(xué)的直觀性，做到從多個方面培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣。第三要把物理學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣的培養(yǎng)作為教學(xué)重點(diǎn)，尤其要培養(yǎng)學(xué)生良好的審題習(xí)慣、搭建模型的習(xí)慣、規(guī)范答題的習(xí)慣、自主探索的習(xí)慣、交流與合作的習(xí)慣等等。經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)，將物理課堂按照“創(chuàng)設(shè)情景引出問題，觀察現(xiàn)象分析研究，概括抽象定義概念，內(nèi)涵外延應(yīng)用遷移”這樣的模式實(shí)施可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余文森.核心素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂教學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2017.

[2]林崇德.21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016.

[3]冷冰冰.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的核心素養(yǎng)分析[J].教學(xué)導(dǎo)刊，2015（8）：49-51.

作者簡介：王大春（1984—），男，江蘇海門，大學(xué)本科，一級教師，主要從事高中物理教學(xué)研究與德育工作。