關(guān)于“角動(dòng)量及其守恒定律”的教學(xué)改革實(shí)踐

喻 莉 劉 洋 周本元 何 艷 程 龍

(空軍預(yù)警學(xué)院基礎(chǔ)部 湖北 武漢 430019)

作為新時(shí)代的大學(xué)生，在獲取專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，其相應(yīng)的能力素質(zhì)也應(yīng)得到全面提升.然而，長(zhǎng)期的被“灌輸式”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，使得學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣不濃，課堂專(zhuān)注力不夠，物理知識(shí)掌握不扎實(shí)，能力素質(zhì)的提高更是不盡人意.為改變這一現(xiàn)狀，筆者以“角動(dòng)量及其守恒定律”為例，進(jìn)行了課堂教學(xué)改革實(shí)踐.筆者首先通過(guò)問(wèn)題牽引引入主題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲望；然后采用類(lèi)比歸納的方法講解新知識(shí)，實(shí)現(xiàn)授人以漁的目的；接著利用演示實(shí)驗(yàn)探索，提高學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力；并進(jìn)一步結(jié)合拓展應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提升其實(shí)踐應(yīng)用能力和發(fā)散性思維；最后是立德樹(shù)人，培養(yǎng)學(xué)生永不言棄的精神，并增強(qiáng)其責(zé)任感與使命感.

1 以問(wèn)題為牽引 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

“學(xué)起于思，思起于疑”，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，能較好地引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)融入課堂，提高其學(xué)習(xí)興趣.這一方法關(guān)鍵在于問(wèn)題的設(shè)置，提出的問(wèn)題既要緊貼教學(xué)內(nèi)容，又要能足夠激發(fā)學(xué)生的求知欲望.考慮到以上兩點(diǎn)，在物理教學(xué)中，筆者認(rèn)為可以從物理學(xué)史、重要的科學(xué)定理和定律、日常生活、科技應(yīng)用等方面來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題.利用問(wèn)題引入新課在不同的課程中均有著廣泛的應(yīng)用[1,2].

本堂課，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象(軍校學(xué)員)的特點(diǎn)，針對(duì)質(zhì)點(diǎn)和剛體的角動(dòng)量部分，我們分別設(shè)計(jì)了一個(gè)科學(xué)定律問(wèn)題(問(wèn)題一)和一個(gè)軍事科技應(yīng)用問(wèn)題(問(wèn)題二)引入教學(xué).

問(wèn)題一：開(kāi)普勒第二定律的物理本質(zhì)是什么？

學(xué)生對(duì)開(kāi)普勒第二定律都非常熟悉，并且都知道它是根據(jù)觀測(cè)到的行星運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)總結(jié)出來(lái)的結(jié)果，但卻并不知道這一定律背后的物理本質(zhì)，通過(guò)對(duì)這一熟知的物理定律的本質(zhì)提問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題，從而引入質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量教學(xué)過(guò)程.

問(wèn)題二：電影《黑鷹墜落》中“黑鷹”為什么會(huì)墜毀？

軍校學(xué)生一般對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)影片很感興趣，課堂上可以播放學(xué)生所熟悉的戰(zhàn)爭(zhēng)大片《黑鷹墜落》，讓他們觀察“黑鷹”直升機(jī)尾槳被擊中后墜機(jī)的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生思考尾槳的作用.為什么尾漿被擊中后，飛機(jī)會(huì)失去平衡最終墜毀？從而引入剛體的角動(dòng)量教學(xué)過(guò)程.

2 以類(lèi)比為途徑 實(shí)現(xiàn)授人以漁

類(lèi)比歸納教學(xué)法不僅可以讓學(xué)生順暢地學(xué)習(xí)、領(lǐng)悟新的教學(xué)內(nèi)容，還可以讓學(xué)生鞏固已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建新的知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)授人以漁的效果[3,4].角動(dòng)量及其守恒定律這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，相關(guān)概念和定理、定律抽象難懂.但在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)的動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律相關(guān)知識(shí).因此，我們可以考慮采用類(lèi)比的方法進(jìn)行教學(xué).表1為剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)相關(guān)知識(shí)的類(lèi)比.

表1 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)的類(lèi)比

3 以演示為支撐 調(diào)動(dòng)探索意識(shí)

課堂上長(zhǎng)時(shí)間的理論講授容易導(dǎo)致學(xué)生疲倦，注意力不集中.但如果能夠結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)，將物理現(xiàn)象直觀地展現(xiàn)出來(lái)，則可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.此外，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)還可以較好地培養(yǎng)學(xué)員的觀察能力和解決問(wèn)題的能力[5,6].根據(jù)我校的教學(xué)條件，本堂課設(shè)計(jì)了兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn).

演示實(shí)驗(yàn)1：講解角動(dòng)量守恒定律時(shí)，借助茹科夫斯基凳演示，如圖1(a).實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生觀察凳上同學(xué)伸直手臂和收縮手臂時(shí)，凳子的轉(zhuǎn)速變化.啟發(fā)學(xué)生思考：為什么會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象.

演示實(shí)驗(yàn)2：介紹角動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用時(shí)，先播放我國(guó)航天員劉洋在太空倉(cāng)中的陀螺實(shí)驗(yàn)視頻，激發(fā)學(xué)生的興趣，啟發(fā)學(xué)生思考陀螺儀定向的原理.然后邀請(qǐng)學(xué)生參與如圖1(b)所示的陀螺儀定向演示.讓學(xué)生觀察陀螺儀在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中其轉(zhuǎn)軸方向的不變性.同時(shí)引導(dǎo)學(xué)員分析其中的原因.

(a)茹科夫斯基凳 (b)陀螺儀

通過(guò)這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，一方面讓學(xué)生掌握角動(dòng)量的概念，學(xué)會(huì)分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中是否滿(mǎn)足角動(dòng)量守恒定律的條件；另一方面培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的探索意識(shí)，提升學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

4 以拓展為契機(jī) 培養(yǎng)發(fā)散思維

培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維是提高其創(chuàng)新能力的一種重要方法.教學(xué)過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)課本知識(shí)的拓展介紹，擴(kuò)大學(xué)生原有認(rèn)知的深度和廣度，培養(yǎng)其發(fā)散思維.本堂課的教學(xué)中，我們從角動(dòng)量守恒定律在自然界和軍事中的應(yīng)用，來(lái)開(kāi)闊學(xué)生的視野，拓展學(xué)生的知識(shí)面.

4.1 角動(dòng)量守恒定律在自然界中的應(yīng)用

回答引入部分的問(wèn)題一.利用角動(dòng)量守恒定律，從理論上推導(dǎo)得出開(kāi)普勒第二定律.讓學(xué)生明白開(kāi)普勒第二定律不僅可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)得到，還可以從理論上進(jìn)行嚴(yán)格的推導(dǎo).開(kāi)普勒第二定律只是質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量守恒定律的外在表現(xiàn)而已.開(kāi)普勒第二定律是表象，質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量守恒定律才是本質(zhì).此外，我們還可以拓展介紹中子星塌縮過(guò)程中轉(zhuǎn)速的變化，讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)角動(dòng)量守恒在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用.

4.2 角動(dòng)量守恒定律在軍事中的應(yīng)用

引導(dǎo)學(xué)生利用角動(dòng)量守恒定律對(duì)引入部分的問(wèn)題二作出解釋?zhuān)⑦M(jìn)一步提出問(wèn)題：既然尾翼受損后會(huì)產(chǎn)生這么嚴(yán)重的后果，那是否有“沒(méi)有尾翼的飛機(jī)”呢？然后在此基礎(chǔ)上拓展介紹一種新型的直升機(jī)——共軸雙槳布局的直升機(jī).共軸雙槳布局的直升機(jī)上裝有兩幅反向旋轉(zhuǎn)的旋翼，利用角動(dòng)量守恒的原理，同樣很好地維持了機(jī)身的平衡.通過(guò)新的軍事應(yīng)用來(lái)拓展學(xué)生的視野和思維.

5 以事跡為靈魂 既立德又樹(shù)人

物理作為一門(mén)科學(xué)文化類(lèi)的基礎(chǔ)課程，其中所包含的知識(shí)雖然是冰冷的，沒(méi)有溫度，但卻包含了大量的文化內(nèi)涵、科學(xué)精神，有血有肉、情感豐富，是思政教育的沃土.

講解角動(dòng)量守恒定律時(shí)，可以先播放奧運(yùn)冠軍郭晶晶的跳水視頻，講解角動(dòng)量守恒定律在其中的應(yīng)用，然后啟發(fā)學(xué)生思考：奧運(yùn)金牌背后隱含的是怎樣的努力與付出？介紹郭晶晶的長(zhǎng)期刻苦努力，以及在訓(xùn)練中所遭受的挫折，比如：骨折、視網(wǎng)膜脫落、比賽失利等.讓學(xué)生感受她持之以恒、不畏困難、永不言棄的精神；同時(shí)結(jié)合郭晶晶在香港學(xué)生發(fā)展委員會(huì)的講話(huà)：“我覺(jué)得每一次走上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，都是有使命感和榮譽(yù)感，內(nèi)心非常激動(dòng)，這些榮譽(yù)其實(shí)是國(guó)家給我的……我覺(jué)得每一個(gè)人都要有激情和夢(mèng)想……”，來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感與使命感，鼓勵(lì)學(xué)生為了自身的夢(mèng)想、為了國(guó)家的安定與發(fā)展、為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興而努力奮斗.

6 結(jié)束語(yǔ)

本堂課通過(guò)引入上的問(wèn)題牽引，理論上的類(lèi)比歸納, 實(shí)踐上的演示探索，拓展上的科技應(yīng)用, 思政上的立德樹(shù)人等方面，對(duì)“角動(dòng)量及其守恒定律”進(jìn)行了課堂教學(xué)改革.這一教學(xué)設(shè)計(jì)能夠讓學(xué)生擺脫被“灌輸式”的教學(xué)模式，切實(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地參與到課堂教學(xué)中，有利于學(xué)生知識(shí)的掌握以及能力的提高，相信對(duì)其他內(nèi)容的教學(xué)也能起到一定的借鑒作用.