基于核心素养的高中物理教学设计研究—— 以“动量和动量定理”为例

基于核心素养的高中物理教学设计研究—— 以“动量和动量定理”为例

聂斯迪

北京市延庆区第一中学 102100

摘要：本文以人教版教材“动量和动量定理”一节课为例，基于物理学科素养分析制定教学目标，在课堂教学设计中通过创设情景，分析情景、探究、解决问题、综合应用过程中深入理解动量定理并在科学探究中落实物理核心素养。

关键词：物理核心素养；教学设计；

自21世纪以来，“核心素养”的概念逐渐成为我们研究的热点问题，从三维目标到核心素养，一步步的深入、提炼和升华，更贴近于学科自身的发展也更适合学生的培养。因此，在教学活动中如何落实核心素养成为教师设计课堂教学活动的一项重要任务。下面笔者以 “动量和动量定理”为例，依照物理核心素养要求，积极探索基于核心素养的教学设计研究。

1. 案例设计

1.基于核心素养的教学内容和目标分析

（1）教学内容分析

“动量和动量定理”是 “实验：探究碰撞中的守恒量”的延续，同时也是 “动量守恒定律”内容的基础,所以“动量定理”在本章有重要作用。“动量定理”是牛顿第二定律的进一步展开。它侧重于力在时间上的累积效果，为解决力学问题开辟了新途径，同时又是解释、解决打击和碰撞类的问题的前提。动量定理的知识与人们的日常生活，生产技术和科学研究有着密切的关系。本课例基于前一节的基础，认识动量、动量变化的矢量性、冲量等基本物理观念，并通过建立理想模型，科学分析和推导动量定理内容，以实验为抓手增强教学活动的趣味性和真实性，并通过实验原理的分析和解释让学生深刻体会本节课重点知识，形成科学严谨的态度、科学推理等能力。

（2）学情分析

学生已经掌握了动量概念，会运用牛顿第二定律和运动学公式等，为本节课的学习打下了坚实的基础。高中生思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡，因此在教学中需要以一些感性认识为依托，加强直观性和形象性，以便学生理解,因此在教学中多让学生参与利用动量定理解释生活中的有关现象，加强学生思维由形象到抽象的过渡。

（3）确定教学目标

物理观念：认识动量、动量变化、冲量等基本概念，通过具体实例理解动量及动量变化的矢量性。

科学思维：通过碰撞情景简化物理模型，基于科学思维方法、科学推理推导出动量定理的表达式，理解动量定理的确切含义，并解释鸡蛋落地、蹦极、砸钉子等过程中的缓冲问题。

实验探究：通过实验引入新课，并模拟蹦极实验、钉钉子比赛，让学生体会科学分析、论证等过程。

科学态度与责任：学生能从实验中体会物理与生活的密切联系，体会STSE的关系，培养学生科学严谨的学习态度

2.教学流程设计

（1）实验引入

教师演示，提出问题：将一枚鸡蛋从某一高度释放，观察现象；将盛有小米的盆子放在释放鸡蛋位置处的下方，将另一枚鸡蛋距米面同一高度释放，观察实验现象。为什么掉在小米上的鸡蛋没有碎？通过今天这节课我们就可以解释为什么会出现这样的两种现象。

（评述：用贴近时事和生活的例子引入课题，提出要解决的问题，激发学生学习兴趣。）

（2）复习巩固，新知探究

导语：上节课我们探究碰撞中的守恒量得到了以下的关系 ，两物体在碰撞前后mv的和是不变的，即一个物体mv减少了，另一个物体的mv一定会增加，而且增加量与前一个物体的减少量一定相等。mv这个物理量有特殊的含义——动量

引导学生归纳动量的要点：定义式、标矢性、单位和相对性。

任务1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度在光滑水平面向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动（图1）。求：碰撞前后钢球的动量是否相同？碰撞前后钢球的动量变化？

图1

图2

通过例题情景分析，让学生在该情景中明确正方向的同时明确碰前和碰后动量方向的区别，继而求解动量的变化，明晰动量变化的矢量性。计算同一直线上动量变化，首先要选正方向，将矢量运算转化为代数运算，文字说明动量变化的方向。

任务2 ：本情景中碰撞前后物体均在同一直线上，属于一维碰撞，若碰撞前后不在同一直线上，如何求解动量的变化呢？引入二维碰撞的求解方式。

引导学生自主合作探究求解二维碰撞动量变化，类比力学中非常熟悉的合成与分解，进行自主求解、画图。

任务3：同一物体如果动能发生变化动量变化吗？同一物体动量的变化动能变化吗？

引导学生就上述两个情景分析碰撞前后动量发生了变化但动能并未发生变化，体会动量和动能的标矢性，以及速度变化导致动量和动量是否发生变化的核心。学生交流总结：速度大小变化，动能变化；速度变化动量变化；动量变动能不一定变化（速度大小不变方向改变），动能变动量一定变。

（3）建立模型，得到定理

情景1：设一质量为m的物体置于光滑水平面上，初速度为V，在恒力F作用下在时间t内，速度变化到Vˊ。求物体的加速度；利用牛顿定律求解动量的变化。

学生小组合作交流解决以上问题，并对等式左右两边进行分析。等式右边是物体动量的变化，等式左边是力和时间的乘积，而力和时间的乘积就是我们要学的第二个概念——冲量。

在情景1的基础上我们又建立了情景2的模型，即物体在粗糙水平面上的运动，物体所受阻力恒定时可以得到什么结论？式子左侧是物体受到所有外力合力的冲量，等式的物理意义是：物体动量的改变等于物体所受外力冲量的总和，即动量定理。

学生通过上述情景推导得到了动量定理的表达形式，通过合作交流体会动量定理等式的物理意义，在此基础上引导学生思考变力作用下如何应用动量定理，同时引导学生思考F= 的意义，为后面实例应用和解释现在做铺垫。

（4）知识应用，拓展提高

任务1：一个质量为0.18kg的垒球，以25 m/s水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度的大小为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，求球棒对垒球的平均作用力有多大?

通过例题让学生明确动量定理的具体应用，规范解题步骤和注意事项，并深刻理解F= 是牛顿第二定律的另一种表达形式，继而体会动量变化是物体受力。在此基础上思考课前实验现象。

任务2：将课前的物理实验进行模型简化、赋值，即质量为50g的鸡蛋从0.8m的高度落下，与小米接触时所用时间是0.2s,与盆底接触时间为0.02s，求两种情况中鸡蛋受到的作用力分别为多少？(规定向上为正方向)

学生通过计算鸡蛋在两次情景中受到的作用力不同，继而理解两次情景鸡蛋动量的变化相同，但由于作用时间的差异，使得实验现在不同，即可以解释一系列有关“缓冲”的例子。

（评述：由浅入深，层层递进，引导学生动脑思考，培养学生的逻辑思维能力和口头表达能力通过老师的引导，使学生在严谨的推导过程中体会物理思想和方法。）

动量定理解释现象：我们模拟蹦极的情景，将黄瓜系在一根弹性绳上，从某一高度释放。我们将黄瓜系在一根刚性绳上，从相同高度释放，黄瓜拦腰折断。准备两把锤子钉钉子，一把正常的铁锤，另一把是橡胶锤，让学生进行钉钉子的比赛。

通过模拟蹦极和钉钉子比赛，加深对动量定理的理解在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力而被人们所利用，有的需要延长作用时间(即缓冲)减少力的作用。而模拟蹦极的实验视觉冲击大，增强课堂的趣味性。

（评述：通过老师一步步的引导，提高学生的逻辑推理能力；并将规律教学导入应用阶段，培养学生学以致用的能力，让学生感受到物理的科学性和实用性。）

二、教学流程设计思路

三、教学反思与总结

物理核心素养的落实要求我们教师要关注学生终身发展行为与关键能力的培养，并创建有利于学生能力发展的学习情景。本节课以小实验引入让学生基于实验情景开展后面的学习，并通过情景设问，学生通过已有知识，通过质疑、分析、推导、交流等过程构建新知，并通过典型模型对新知进行应用，继而解释生活中的现象。物理教学应以实验为基础，在学生探究过程中不断构建新知，培养科学思维、科学素养。物理教学不应是以“教”为主，而是应以学生主动探究为主，学生在创设情景或已经情景中，简化抽离出物理模型，逐步分析培养物理学习能力，并在学习探究活动中培养学生科学严谨、实事求是的科学态度，在每堂课中感受STSE在生活中的重要作用和价值。

参考文献

[1] 彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理,2016,34(3):1-2.

[2] 黎国胜.基于“学科核心素养”的高中物理教学思考[J].教育科学论坛,2016,20(10):68-71.

[3] 胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现［J］.中学物理教学参考，2017（8）：1．