物理小金刚旅行记

张小洪 陈露

摘 要：以故事的形式对“动量定理”一课进行教学设计，并对此设计的优点与不足进行分析。

关键词：动量定理；教学设计；优点与不足

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）5-0040-3

动量定理是高中物理教学的重要内容，在“知识与技能”“过程与方法”方面需达到以下教学目标：1.会利用牛顿第二定律和运动学公式推导出动量定理的表达式；2.理解动量定理，学会运用动量定理针对具体过程列式；3.运用动量定理分析现实生活中的场景[1]。

若以传统方式进行教学的话，本节课在推导动量定理表达式、运用动量定理列式的教学过程中，难免比较枯燥乏味；而运用动量定理来分析现实生活中场景的时候，则可能出现老师灌输得多、学生思考得少的情况；而且，课后若缺乏有效的拓展和巩固，学生对于定理的理解可能不太透彻，不能很好地激发学习兴趣，不利于“情感、态度与价值观”目标的实现。

为了进一步贯彻新课改的理念，在教学中实现“知识与技能”“过程与方法”和“情感、态度与价值观”的三维目标，笔者在最近的“动量定理”示范课中进行了一次大胆的尝试，教学设计如后文所示。

引入：

请学生拖桌布而使桌布上的杯子不动，学生总结成功的秘诀——“快”。教师发言：“同学总结出成功的秘诀是‘快，那这个秘诀的背后隐藏着怎样的物理学原理呢？通过今天的学习我们就可以了解。”

“今天的学习以一个故事的形式展开。传说在物理世界，有一个神奇的人物叫物理小金刚。他可以上天入地，在宏观世界和微观世界间来去自如，在电场与磁场中自由穿梭。最关键的是，他可以变形。他变为各种人物和物体，游历过许多地方，我们本节课的学习就与他经历过的几个场景有关。”

场景一：

如图1所示，物理小金刚化身为一个质量为m的小滑块，来到一个光滑的地面上，他的初速度为v0，受到一个向右的恒力F的作用。经过一段时间t，小滑块的速度变成了vt。此时，小滑块心中有了疑问：我的动量如何变化？是什么改变了我的动量？

请独立思考，帮助小滑块消除疑虑。

场景一教学过程：

学生可以进行如下推导：

mvt-mv0=m（vt-v0）=mat=Ft。

明确等式左边是动量的变化量，等式右边Ft是合外力的冲量，得出“合外力的冲量改变物体的动量”，最初得出动量定理并理解其含义和矢量性。

然后，播放汽车以140 km/h的速度拖动巨大桌布的震撼视频，学生分析桌布上的瓷器与水果不掉下来的原因，与本节课最初学生拖桌布的实验相呼应。

场景二：

有一天，物理小金刚化身为一个热爱极限挑战的运动员，来到了蹦极跳的高台上。此时，他的面前摆着两条绳子，一条有弹性，一条没有弹性。请你站在为运动员安全考虑的角度，为他选一条合适的绳子，并说明理由。（以小组为單位讨论，稍后展示）

场景二教学过程：

学生通过小组讨论和展示，可进行如下分析：

如图2所示，设向上为正方向，由动量定理得（F-mg）t=0-（-mv），式子变形后可得（F-mg）t=mv。

由此可知，动量变化量一定时，时间越长，作用力就越小，故为小金刚选择弹性绳。

此处播放实际的蹦极跳视频，并通过模拟对比实验证明：同等条件下，弹性绳作用时间长、作用力小，指出这就是“缓冲”。

然后，故事继续：“物理小金刚踏上新的旅途，他乘坐过摩托车、汽车、轮船等交通工具；他观看过跳高、跳远、篮球等体育赛事；他还……”以此为契机让学生分析汽车、轮船、摩托车等交通工具和跳高、跳远、篮球等体育赛事以及水果、易碎品的包装、钉钉子等生活场景对动量定理的运用，并由学生积极发言。

场景三：

物理小金刚经过长途跋涉，来到一个气势恢宏的大门前，只见门口写着6个大字：“西南大学附中”。这是一所百年名校，正在举行“缤纷节”的活动，小金刚被一幅海报吸引：“来吧，蛋小强！想做一枚与众不同的鸡蛋吗？敢做一名勇气与智慧兼备的‘蛋小强吗？小鸡蛋也有大舞台，西大附中‘鸡蛋撞地球挑战赛等你来！来吧！从高空跳跃而下，用你那优雅的身躯，去撞击地球！不限形式，不限材料，来做敢于挑战地球的‘蛋小强吧！”

跃跃欲试的小金刚化身为一枚鸡蛋，要去参加“鸡蛋撞地球”的比赛，可是它却不知该如何武装自己。请你利用自己所学的知识及聪明才智，为鸡蛋出谋划策。（以小组为单位讨论，八仙过海，各显神通）

场景三教学过程：

以小组讨论、小组展示的方式为主，综合学生的分析，主要有以下内容：

如图3所示，对鸡蛋着地后的过程进行分析，设向上为正方向。

由动量定理可得（F-mg）t=0-（-mv），式子变形后可得F=+mg。可见，要减小地面对鸡蛋的作用力，可以通过增加作用时间t和减小落地速度v来实现。

其中，增加作用时间的措施主要有：使用泡沫、弹性网、液体、气球等缓冲装置；减小落地速度的措施主要有：添加降落伞、滑翔翅膀或利用电场（磁场）的阻力、电磁感应现象中的电磁阻尼等。

课堂延伸：

本节课后，组织学生开始“武装”鸡蛋，参加学校真实存在的“鸡蛋撞地球”比赛。同学们的设计创意五花八门，从六楼落下而未摔坏的鸡蛋比比皆是。最终，同学们在这次比赛中取得了非常优异的成绩。

本节课教学设计的优点与不足：

1.利用“物理小金刚旅行记”的形式来设计整堂课，为教学活动创设了非常新颖的情景；通过故事中的场景一、场景二、场景三来呈现教学场景，使学生能够在轻松愉快的状（下转第44页）（上接第41页）态下进行物理学习。总体说来，学生在课堂上感觉非常新鲜，乐在其中。

2.采用学生独立思考、小组讨论、小组成员展示的方式进行教学，极大地提高了学生学习的积极性，发挥了学生学习的主动性；以学生独立思考和小组合作学习为主、教师引导为辅，充分巩固了学生在学习中的主体地位。

3.课后的“鸡蛋撞地球”比赛作为课堂的延伸，使整个教学活动既有“动脑”，又有“动手”，有效地把动量定理深入扎根于学生的头脑中。场景中提到本校的“缤纷节”，是我校特色的“缤纷教育”形式，也是学生们最喜爱的节日。通过组织同学们利用动量定理来“武装”鸡蛋，参加学校真实存在的“鸡蛋撞地球”比赛，既加深学生对动量定理的理解，又提升了学生对物理学习的兴趣和热爱。

4.本节课的故事对语言的要求较高，教学设计中的语言在精炼、优美等方面还有提升的空间。整节课教学内容偏多，如果适当精简一些环节，学生的学习会更有发挥的余地。

5.本教学设计中，蹦极跳这一场景之后的对比实验原计划是利用DIS系统的力传感器，希望传感器记录下弹性和非弹性绳上受力的实际大小并进行比较。但在准备实验的过程中发现，力传感器是以一定频率来记录力的大小的，非弹性绳的最大弹力持续的时间非常短，因此不能保证每次力传感器都可以记录到。最后，本设计放弃了传感器的实验，改做的弹性绳不断、非弹性绳断裂的对比实验。因此，本节课的实验设计还值得进一步探讨和研究。盛海平在运用DIS系统突破“动量定理”教学难点的研究中，采用了气垫导轨、光电门等实验器材[2]，也是本节课的实验设计可参考的实验方案。

参考文献：

[1]王小兰，王婧.浅议新课程理念下物理有效课堂教学设计——以“动量定理”为例[J].物理教学探讨，2009，27（10）：15—18.

[2]盛海平.运用数字化实验系统突破“动量定理”教学难点[J].物理教学探讨，2006，24（17）：53—55.