士官物理教学中“动量定理”的案例解析及教学设计

刘艳蕊

摘 要：本案例以安全帽佩戴中的安全隐患问题为引，在学员自己动手实验探究的过程中，引导其总结出动量定理内容，紧接着从定量、定性两个方面对定理进一步应用分析，加强巩固。整个设计过程舒畅紧实，充分发挥学员学习的主体地位，在讨论交流的过程中不断完善知识架构，学会分析问题、解决问题的科学方法。

关键词：士官教学；动量定理；案例解析；教学设计

1 案例背景

传统的教学中，学习者学习的主要任务是对各种事实信息及概念、原理的记忆保持和简单应用。但建构主意却认为，学习不是从外界直接吸取知识的过程，而是学习者建构知识的过程。它主张学习者应通过高水平的思维活动来学习，通过问题解决来学习。所以对于教育而言， 教师应以学习者原有知识基础及生活经验为依据，有目的的设置教学环节，才能使学习者作为主体积极的融入到教学当中。如何在探究式教学过程中，实现凸显学习者的主体地位，实现原有知识及经验的不断“构建”与“生长”？就该问题，结合对“动量定理”的教学案例，做一些粗浅的分析。

2 案例情景描述

2.1 创设问题情境

为了让学员对即将学习的内容产生感性认识，同时也唤醒他们已有的知识架构及生活经验。使用多媒体展示工程施工现场的一组图片，查找施工过程中存在的安全隐患—安全帽的佩戴问题，导入新课。为了使学员的思路更加清晰明朗，可提出以下三个简单问题作为引子：

（1）安全帽的作用是什么？（2）安全帽的结构有什么特点？（3）这样设计的目的是什么？

虽然学员的基础知识参差不齐，生活经验也是千差万别，但大家都能从实践经验中认识到，在安全帽面对高空坠物时，具有缓冲的作用，对头部起到保护作用，也能意识到对于同一个物体从越高的地方坠落，产生的冲击力越大；对于不同的物体，从同一高度坠落，质量越大的，撞击时产生的冲击力越大。从学员的回答中可以看出，在他们的头脑里已经对质量、速度、时间、力等几个概念进行了简单的联系，但这些联系比较片面，也就是对安全帽能起到缓冲作用的根本实质问题的认识比较粗浅。

2.2 实验探究

实验在物理学教学中具有超强的魔力，它能化抽象为具体，化枯燥为生动。由学员自己把要研究的物理现象和规律从操作过程中归纳总结出来，无疑会给学员留下更加深刻的感受和印象，并且在参与的过程中能更好的凸显学员的主体地位。课堂教学中的实验不但要具有科学性，同时也要具有趣味性，这样更能调动学员学习的积极主动性。所以这里将生活中常见砸核桃现象，改变课堂探索性实验。

实验器材：核桃、厚海绵（多块）、薄布（多块）、铁锤（一大、一小）。

探究的问题：（1）什么情况下核桃易被砸碎？（2）什么情况下核桃不宜被砸碎？（3）核桃不被砸碎的最优方案是什么？

在实验的过程中，要求学员仔细观察现象，在与同伴讨论后认真总结经验，实验后找几个学员分享他们的结论。利用多媒体展示Flash动画，质量为m的物体在水平恒力F的作用下，经过时间t，速度由v0变为vt 。引导同学用所学到的牛顿第二定律的知识，去联系力、速度、质量、作用时间这几个物理量，即探索物体所受合力的冲量与动量变化之间的关系。

由牛顿第二定律知 ……（1）

而加速度 ……（2）

联立（1）、（2）两式解方程组得

进一步引导学员意识到，合外力的冲量是物体动量变化的原因。进而引导学员总结动量与冲量在数量及方向上的关系，给出动量定理的内容。紧接着强调对动量定理的理解：

（1）定理反映了合外力冲量是物体动量变化的原因；

a合外力的冲量是动量大小改变的原因；

b合外力的冲量是动量方向改变的原因；

（2）动量定理公式中的合外力F可以是恒力，也可以是变力。如果是变力，此时所得的力是平均合外力；

（3）动量的变化是矢量式，在应用动量定理时，应该遵循平行四边形定则，也可以采用正交分解法，将矢量运算转为代数运算；

（4）动量定理不仅适用于宏观低速物体，对微观现象和高速运动仍然适用。

2.3 实例定性分析

物理规律源于生活，要想把知识学活，这里不急于让学员进行公式计算的训练，先将抽象的物理知识应用到多彩的生活实际情景中去，更有利于加强学员对动量定理的形象认识。

让学员“说一说”我们日常生活中还有哪些是的例子，如从高处跳下来需要屈腿；跳高、跳远时需要垫子、沙坑；汽车上安装有减震装置等等。这些都是生活中常见的关于缓冲（即减缓碰撞）的例子。之后播放其他的应用实例视频。在不同环境、不同条件的实例中的应用，更有利于学员应用知识的迁移能力。

通过以上实例，引导学员归纳总结在实际的生活、工作、生产中利用了动量定理无非是解决两类问题：一是需要获得较大的冲击力，而是需要获得较小的冲击力。从而引导学员了解安全帽能起到缓冲作用的主要结构及说明在佩戴时按照要求其顶端与帽壳内顶之间必须保持20-50毫米的空间的根本原因。

2.4 例题定量分析

【例1】如图1所示，一质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后被弹回，沿着同一直线以2m/s的速度水平向左运动。（1）碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？（2）如图2所示，若钢球以45°角度斜射到地面，碰撞后以45°角被斜着弹出，速度大小仍是2m/s，求钢球动量变化大小和方向？

分析：该例题中的两个问题都是有关动量变化量的问题。为简化问题，可以范围两种情况：一是，初动量和末动量在一条直线上；二是，初动量和末动量有一定的夹角，遵循平行四边形定则。根据题中所给的条件，第一个问题属于第一种情况，求动量的变化量直接用初动量减去末动量即可。第二个问题属于第二种情况，应利用平行四边形定则进行求解。

2.5 总结提高

最后利用多媒体展示施工现场安全帽使用及佩戴的管理要求及标准与不标准的对比图片，再次警醒我们的学员作为现场的施工人员，一定规范佩戴安全帽，安全无小事，此时一日紧，将来千日幸！

3 结语

在本案例中，以对缓冲问题认知的缺陷为契机，激发学员学习兴趣，在实验探究的过程中以问题为导向，学员动手实验的过程中寻找问题答案，充分发挥学员学习的主体地位，在讨论交流的过程中不断完善知识架构，学会分析问题、解决问题的科学方法。

参考文献

[1]《以建构主义教学观为指导，搞好物理教学设计》王五拴 [J]，华章；2010年33期

[2]《建构主义与物理课堂教学的融合》于洪泽[J]；沈阳师范大学学报（自然科学版）；2004年01期

[3]《应用物理基础》 南京大学出版社 2012

[4]《大学物理学 力学》清华大学出版社 1999