“一对番茄”引爆的课堂

摘 要：核心素养是学生个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，物理课堂根据自身特点，重在培养学生物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任。根据核心素养培养目标打破传统课堂设计，创新地借助番茄实验演示帮助学生深刻理解了结合能与质量亏损的联系。

关键词：核心素养;结合能;质量亏损;番茄

物理学科的核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分，包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任等方面。

普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3～5第十九章“原子核”第五节“核能与结合能”中的知识点“结合能与质量亏损”由于所介绍的内容发生在原子核内的微观世界中，内容抽象，学生难以理解，往往成为学生的难点、教学的重点。传统的课堂设计往往是老师通过画出示意图，借助讲授法讲述“结合能”的定义、“比结合能”的意义、质量亏损的计算。这种设计纯粹是老师讲，学生被动接受的模式，哪怕是借助多媒体动画演示，仍然改变不了学生被动接受的现状，这与培养学生物理核心素养这一目标是格格不入的。多年来老师一直没有更好的途径解决这一问题，导致学生在此处掌握是比较薄弱的，印象与理解也是极不深刻。

机缘巧合下我接到一次开设市级教研公开课的任务，课题即“核能与结合能”。我十分重视这次机会，于是提前一周进行了精心备课，编制讲义，并决定在正式上课前先行试上。其基本思路主要是比较流行的“问题导入与推进”模式，希望通过问题层层深入，引导学生由浅入深，主动探究与思考，从而真正理解性地掌握知识。

一、首次试上，困难重重

活动一：自主预习。学生自主阅读课本，完成讲义填空。

核力与四种基本相互作用：

1.核力定义：原子核内         之间的相互作用力。

2.特点：（1）核力是         的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力         。

（2）核力是         ，作用范圍在         之内。在大于0.8×10-15 m小于1.5×10-15 m的范围内表现为         ，且随距离增大而

，超过1.5×10-15 m，核力         ;距离小于0.8×10-15 m时表现为         。

（3）核力的饱和性：每个核子只跟         的核子发生核力

作用。

活动二：检测评估。本环节学生根据预习情况，完成相关习题，从而让教师摸清学生掌握情况，为难点突破做好铺垫。

活动三：难点突破。这是本堂课的重点和难点内容，为了降低学生的困难，此处采用“问题推进”的方法，设置台阶，层层深入，启发引导。

1.原子核分解成核子和核子结合成原子核，能量如何变化？结合能是原子核具有的能量吗？

2.结合能的大小与核子数有什么关系？为什么？

3.结合能越大原子核是不是越难被拆散？能反映原子核的稳定程度吗？

4.为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？

5.物体的质量和能量有何关系？物体质量增大，能量如何变化？

6.质量亏损中核子数是否发生变化？平均核子质量如何变化？

活动四：课堂反馈。经过一系列的探讨，为了加深学生的理解，设置了本环节。通过习题训练让学生达到巩固提升的效果。

我对这个设计在心中反复模拟上课了多次，自我感觉条理清晰，问题设置有梯度，学生只要积极思考，小组讨论合作，应该不会有太大困难。可是我首次试上时却发现有重大问题，主要表现为：阅读课本时抓不住有效信息，对于概念关键词不能准确理解与把握，尤其是对结合能、比结合能与质量亏损的理解没有空间想象能力，理不清质量亏损与能量损失的关系。

二、针对问题，寻找突破

根据试上情况，物理教研组全体老师一起帮我研讨分析。总结下来主要是要指导阅读，对关键概念加以引导分析，针对结合能、比结合能与质量亏损的理解需要借助宏观模型演示微观现象。前两点问题均不大，可是如何建立宏观模型，借助什么宏观实物可以形象地达到演示效果就成了这堂课设计的难点所在。

经过我仔细分析，这个演示模型要同时具备能量损失和质量亏损的感知效果。我首先想到两只铁球的碰撞，后来又想到两块强磁铁的自主吸引碰撞，这可以感受分开磁铁时需要做功，与“结合能是将核子分开时需要吸收能量”相吻合，可质量亏损还是感受不到。纠结了好长时间后，一条果汁广告给了我很大的启发：两个番茄碰撞后，果汁四溅，十分诱人，这不正好相当于质量亏损吗？

（一）结合能与比结合能

活动一：阅读总结

原子核：核子是凭借核力结合在一起的，要把它们         ，需要能量，这就是原子核的结合能。核子数越多，结合能         。

比结合能：原子核的结合能与         之比称为比结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越         ，原子核越         。核子数越多，比结合能         。中等大小的核的比结合能最大、最稳定。（P82图19.5-3）

活动二：难点突破

演示：两个熟透的大番茄，我左右手各持一个，接着以很快的速度使两番茄对碰，顿时果汁飞溅到一米开外，引起一片惊叹声，给学生以震撼的视觉冲击。紧接着抛出问题：番茄碰撞中能量和质量如何发生变化？质量和能量还守恒吗？若是要将碰后装在容器中粉碎的番茄恢复原状需要什么？请阅读课本联系实验思考讨论。

1.原子核分解成核子和核子结合成原子核，是吸收还是释放能量？结合能是原子核具有的能量吗？

2.结合能的大小与核子数有什么关系？为什么？

3.结合能越大原子核是不是越难被拆散？能反映原子核的稳定程度吗？

4.为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？什么样的核最稳定？

（二）质量亏损

活动一：阅读总结

1.爱因斯坦质能方程         。

2.质量亏损：原子核的质量         组成它的核子的质量之和的现象。表明的确存在原子         。中等大小的核的比结合能最大，平均每个核子质量亏损         ，這些核最         。

活动二：难点突破

核能的计算方法：根据质量亏损计算

1.计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。

2.根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能。其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。

思考与讨论：

（1）物体的质量和能量有何关系？物体质量增大，能量如何变化？

（2）质量亏损中核子数是否发生变化？平均核子质量如何变化？

（3）读图，哪些原子核最稳定，它们平均核子质量如何？

（4）若要释放新的结合能，我们可以怎么做？为什么？

一段时间后，学生对结合能、比结合能的概念可能遗忘得差不多了，但是一提到“番茄碰撞”，他们顿时就会回想起来，对概念的复习也就事半功倍了。

三、深刻反思，总结提升

学生的物理核心素养的培养，需要从感知到实践再到理论提升的过程，引导学生学会观察，学会知识的迁移，掌握认识问题、分析问题基本技能是我们物理教学的首要任务。

教师第一要了解学生的知识储备，了解学生已有的学习方法，了解学生的认知能力，了解学生的心理特点，降低难度，减缓坡度，拓宽广度。第二要多做演示实验、学生实验，要注意物理的生活化，课堂要有趣味性，增强物理教学的直观性，做到从多个方面培养学生的物理学习兴趣。第三要把物理学习方法和习惯的培养作为教学重点，尤其要培养学生良好的审题习惯、搭建模型的习惯、规范答题的习惯、自主探索的习惯、交流与合作的习惯等等。经过实践总结，将物理课堂按照“创设情景引出问题，观察现象分析研究，概括抽象定义概念，内涵外延应用迁移”这样的模式实施可以有效地培养学生的物理核心素养。

参考文献：

[1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.

[2]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[3]冷冰冰.高中物理课程标准的核心素养分析[J].教学导刊，2015（8）：49-51.

作者简介：王大春（1984—），男，江苏海门，大学本科，一级教师，主要从事高中物理教学研究与德育工作。