动量定理 教学案例分析

摘要：在探究式教学过程中，通过情境创设唤起主体经验，活动探究重构主体经验，实践应用活化主体经验，针对训练深化主体经验，回顾反思升华主体经验，层层深入逐步完成学生主体经验的建构，使学生主体经验不断“生长”。

关键词：主体经验　生长　动量定理

在杜威的以“经验”为中心的思想看来，对于教育而言，意味着教育必须根植于主体经验的基础之上，教育就是主体经验的统整与创生，教育的本质就是人主体经验的生长过程。对于学习者而言，主体学习就是有目的有意识地选择被经验对象过程中的一种隐性的主观“创造”，使主体与积极的、独特的经验情景交互作用，互相生成与发展，从而使学习者在其间创建“学习的联合”，构筑知识，探索经验的存在与个体的意义，进而培养出自然和谐的人性。杜威的以主体经验“生长”为核心的教育理论对我们当前的物理教学也有一定的启示作用。 如何在探究式教学过程中，实现主体经验的不断“构建”与“生长”？基于对这个问题的思考，结合对“动量定理”的教学案例的分析，在此谈一点个人粗浅的做法，供同仁们参考。

一、情境创设唤起学生主体经验

通过图片新闻的方式，应用多媒体展示“勇气号”探测器成功登陆火星过程的一组图片，创设问题情境导入新课，让学生产生感性认识，并唤起他们原有的生活经验。如跳高要落到海绵垫上或沙坑里；船靠岸时须减速，到码头时要用橡皮球挡一下；消防急救时要用充气气垫，等等。这些都是生活中常见的关于减缓碰撞的例子。为了使学生思路明朗化，可提出三个简单问题：

（1）降落伞和反向发动机的作用是什么？

（2）安全气囊的作用是什么？

（3）采取这些措施最终的目的是什么？

虽然学生原有的经验不尽相同，但结合各自的经验，大家都能意识到降落伞和反向发动机的作用是为了减小着地的速度，安全气囊的作用是延长作用时间。还会粗浅地认为，对于同一个物体，撞前速度越小，撞击力越小；撞击时间越长，撞击力越小。

通过问题情景的创设，一方面调动了学生的情感注意力，同时也唤起了学生原有的相似的经验，为主体经验的进一步构建打下了基础。

二、活动探究重构学生主体经验

通过探究活动重构主体经验是这节课最主要的一个环节。教材上安排的是“鸡蛋落地不破”的演示实验，由于实验过于简单，且结论为学生所熟知，缺乏新鲜感和挑战性，故难以调动学生自主探究的兴趣。我在教学中是将课后的小实验“缓冲装置的模拟”改为课堂探索性实验。让同学们利用给定的器材，探讨“什么情况下细线易断？什么情况下细线不易断？”，由于这个实验有一定的开放性，同学们做这个实验很有积极性。在探究活动接近尾声时，我特意请两个同学上来演示他们探究的结果。并请其他同学仔细观察。一个同学是先将钩码提起较高的高度，然后自由释放，“啪”，细线断了；第二次将钩码提起较低的高度释放，细线则没有断。他觉得绳子受到的拉力大小与钩码下落到最低点的动量有关，动量越大，则越容易断。另一个同学是两次都将钩码从同一高度释放，但第二次在细线中间接了一根皮筋。第一次断，第二次却没有断。他觉得钩码和绳相互作用时间越长，则拉力越小。

从学生的活动及回答的情况可以看出，这时候速度、时间、动量、冲量、力等几个概念在学生的头脑中有了一定的联系，但这些联系仍然是比较零碎的，不确切的，需要进一步整合。因此，接下来我引导学生构建物理模型。这个模型为水平面上的物体，在合力F的作用下，经过一段时间t，动量由mv₀变为mv₁。引导同学用所学到的牛顿运动定律的知识，去整理这几个物理量之间的关系，探索动量变化跟所受合力的冲量之间的关系。在这个模型的基础上，通过推导，大部分同学会得到一个表达式：

Ft＝mv_t-mv₀或 Ft＝△p

这时不要急于归纳它的物理意义，而是给出学生想像和讨论的时间，让同学们试着解释它，刚开始可能得到一些不完整的结论，比如“冲量等于动量之差”或“冲量等于动量相减”，或“冲量引起动量发生变化”。随着讨论的深入，引导同学们回忆动量的变化这个概念。在求同存异的过程中，探究出合冲量和动量变化量的关系，比如数量关系，因果关系会逐渐清晰，但方向关系还没有特别明朗化。在同学们基本理解的基础上，老师总结并板书动量定理的内容。在师生共同解决问题的学习中，通过原有知识的激活，然后再通过顺应过程重建新知识与原有知识结构之间的联系，使认知发展从一个平衡状态进入另一个更高的平衡状态。

三、实践应用活化学生主体经验

对物理规律的理解不能限于孤立的公式，应将它置于相应的物理情境中，在实践中用活物理规律。先结合下面的“动手做一做”对动量定理Ft＝△p加以解释。

“动手做一做”：在课桌边上放一张纸，再在纸上放一块橡皮。把纸从橡皮下抽出，但不能把橡皮拉落下。边做边思考，怎样做才能完成这个实验，谈一谈自己的感受。

（可请一个实验失败的同学讲做不成功的感受，再请一个实验成功的同学到讲台上做给全班同学看。其他同学作为观察者，其实也是以自己的经验为基础去理解被观察者的活动的，观察的过程也是一个建构的过程，是所观察到的信息与原有经验的相互作用过程。）

接下来可和同学们一块分析生活中常见的现象，除了书上列举的一些例子之外，教师还可补充一些，也可引导同学自己找出生产、生活中的更多例子，并加以解释。学生从理性认识再回到感性认识时，例子要尽量丰富一些，这样使学生对规律的应用范围能更广一些，更有利于规律在不同情境、不同条件下的迁移。

四、针对训练深化主体经验

在定性分析的基础上，分析解决课本上的例1，通过这个问题的解决应该达成以下几个目的：

一是要让学生知道动量定理不但适用于恒力，也适用于变力，正因为适用于变力，它们才有广泛的应用。在变力的情况下，动量定理公式中F应理解为变力在作用时间内的平均值。

二是要突破难点，也就是动量定理的矢量性，可设计两个有梯度的问题来降低难度。

三是要让学生总结出应用动量定理解题的关键步骤，比如必须首先规定正方向，求动量的变化，再应用动量定理列方程求未知量。

例1一个质量为0．18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度大小为45m/s。设球棒与垒球的作用时间为0．01秒，球棒对垒球的平均作用力有多大？

问题（1）：物体动量变化量是什么方向？

问题（2）：联系你学过的弹力产生的条件，从形变的角度分析弹力的方向，合力冲量的方向应该是什么方向？

通过这样的比较，同学们将发现：合力冲量的方向与动量变化量的方向相同，使动量定理的矢量性这个难点具体化和逐渐明朗化。

在打击和碰撞一类问题中，知道在什么情况下可以忽略重力的作用是很重要的。为此可补充第二个例题，通过定量的计算让学生有较有说服力的体会。

例2如图所示（图略），用0．5 kg的铁锤钉钉子，打击时铁锤的速度为4 m/s。打击后铁锤的速度变为零。设打击时间为0．01 s。

a 不计铁锤的重量，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？

b 考虑铁锤的重量，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？

c 你分析一下，在计算铁锤钉钉子的平均作用力时，在什么情况下可以不计铁锤的重量。

五、回顾反思升华主体经验

引导学生对自己的学习活动进行回顾反思，是学生在元认知水平上的思维，是学生以自身思维活动过程和结果作为对象的思维活动，这有助于学生对自身思维活动和过程的认知和体验。但在高中阶段由于学生的课业负担较重，学生只顾埋头解题，无暇反思；教师则认为这个过程操作性不强，也往往忽视这一环节。其实这个过程不在形式，关键是学生要有反思的意识，要认识到元认知对于学习能力提高的重要性。因此，教师可提醒学生课后进行适时总结，当然这种总结不仅仅是知识层面的，也包括对解决问题过程中方法、策略的反思；包括对自身的反思。比如这一节内容，学生可先回顾总结动量定理的内容，适用的物理情景，运用动量解题的一般步骤等等；再反思从生活中的具体事例抽象出动量问题并建构动量定理的过程和方法；同时也可以通过反观自身找出自己在解决问题过程中的知识的欠缺和能力的不足，以便在今后的学习过程中加以改进。

总之，我们应当从学生的主体经验出发，有层次性地开展探究教学，引导学生逐步建构自己的主体经验，使学生的主体经验在原有的基础上不断“生长”，这样，学生的知识结构和思维能力才能得到更加自然和谐的发展。