用心看 用心做 用心悟——评何勇军老师的公开课《反冲现象 火箭》

江苏省苏州中学（215007） 朱亚军

2021 年10 月27 日，江苏省中小学教学研究室“教学新时空·名师课堂”在昆山震川高级中学举行，何勇军老师执教的公开课《反冲现象 火箭》特色鲜明：践行以学生发展为本的理念，充分利用多种实验和现代教育技术，紧扣反冲现象以及火箭的特点，设计“用心看”“用心做”和“用心悟”三个环节，创设丰富的具身教学情境，强化了学生的具身体验，点明重点，澄清疑点，扫除盲点，突破难点，激发了学生学习的兴趣和热情，调动了学生学习的主动性和积极性。教学中，何老师让学生在具身情境中分析、思考问题，在解决问题的过程中汲取知识，提高学生的科学探究能力和科学思维能力，让学生在潜移默化中提升物理学科核心素养。这堂课，巧妙穿插介绍了我国神舟十三号载人飞船的发射、三位航天员的登天和中国空间站的建造，寓爱国主义和民族自豪感教育于物理课堂教学之中，充分发挥了物理学科教育在立德树人中的作用。接下来，笔者与大家分享何勇军老师这堂公开课教学的几个设计亮点。

一、用心看——观察演示现象，思考物理规律

（一）设疑激趣，引入反冲现象

上课伊始，何老师请学生观察一个演示实验：慢慢地把自来水倒进小车后部的圆筒中，塞紧盖子后，将小车静置于水平长木板上，如图1 所示，请学生耐心等待，教室里鸦雀无声，一段时间后，在少数学生耐不住性子之际，突然“嘭”的一声，瓶盖向右冲出圆筒，小车快速向左运动，两者快速运动过程的一帧图片如图2 所示。实验现象非常明显，实验效果十分震撼，也恰好说明进行科学探究需要足够的耐心、恒心和毅力，不能急躁，要耐得住性子。该实验充分激发了学生的好奇心和求知欲。为什么会发生上述现象？何老师请学生根据自己的观察和思考表述观察到的现象，引入反冲现象的概念。

图1

图2

（二）释疑解惑，认识反冲运动

首先，何老师引导学生仔细观察展示反冲现象的“慢”视频。通过观察，学生发现反冲的液体中有一个白色的块状物，它是什么东西呢？它是泡腾片。

泡腾片是一种含有泡腾崩解剂的片剂，通常由有机酸和碳酸氢钠混合而成。泡腾片放入水中之后，有机酸和碳酸氢钠在水中发生复分解反应，快速产生大量二氧化碳气体，使片剂迅速崩解和融化，大量的二氧化碳气泡使片剂在水中上下翻滚，好像沸腾一样。

原来在上课之前，何老师做了精心设计和充分准备，预先在反冲小车后部的圆筒中放置了一片泡腾片。因此在课堂上做演示实验时，他只是轻描淡写地往小车后部的圆筒中加了一些水，便塞紧瓶盖将圆筒静置于水平桌面。这时，泡腾片中的有机酸和碳酸氢钠与水不断发生化学反应，产生越来越多的二氧化碳气体，从而使得圆筒内的压强逐渐增大，最终克服阻力冲开瓶盖，发生反冲现象。

启示：物理学是一门实验科学，需要充分利用各类资源做实验，以探索自然界的奥秘和规律。化学等学科能够为物理学科教学提供一些理论和实验支持。学生在高中阶段要努力学好每一门学科，力争各学科全面发展，打好攀登科学高峰的基础。

接着，何老师请学生从如下三个视角分析反冲现象发生的原因：（1）动力学视角，改变小车运动状态的力是谁施加的？（2）动量视角，该过程中动量守恒吗？为什么？（3）能量视角，该过程中机械能守恒吗？为什么？

学生经过激烈讨论和充分交流，逐步认识到反冲运动有如下三个特点：（1）反冲运动中，物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动；（2）反冲过程中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或者在某一方向动量守恒；（3）反冲过程中，因为有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加。

二、用心做——做好反冲运动实验，尝试举一反三

（一）具身实验，体验反冲运动

让学生利用预先准备好的气球、废旧饮料瓶、吸管、接水盘、玩具小车、长木板、铁架台等实验器材，三人一组，相互协作，完成如图3 所示的三个实验。要求学生用心观察发生的现象，经历实验操作的全过程，并从动力学视角、动量视角、能量视角思考各种实验现象产生的原因。

图3

何老师友情提醒学生：注意讲究卫生，每一小组的气球由一名学生吹，不要多人轮换吹；接水盘和饮料瓶之间的距离可以适当近一些，饮料瓶中不要加太多水，以免饮料瓶旋转起来后，喷出来的水洒到接水盘外面，使实验台不能保持干燥、整洁；组装反冲小汽车时，注意合理分工，相互配合，共同完成实验操作。

学生实验的器材均为日常生活中随处可见的物品，不仅体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念，而且践行著名物理教育家朱正元先生倡导的“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的物理教学主张。“通俗易懂，简易便携”是实验学科教学最重要的特征之一。这样的实验，不仅可以激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的学习兴趣，而且可以提高学生的动手能力和创新意识。

（二）联想迁移，应用反冲运动

（1）如图4是三峡水电站70万千瓦水轮机示意图。三峡工程是当今世界上综合效益最大的水利枢纽，有航运、防洪、发电等十多种功能。三峡大坝高程185米，蓄水高程175 米，不仅发挥了巨大的防洪效益和航运效益，而且依靠所安装的32 台单机容量为70 万千瓦的水轮发电机组，每年提供大约1000 亿千瓦时的清洁能源，有效缓解了我国电力不足的问题，减少了二氧化碳的排放量，发挥了巨大的经济效益和社会效益。

图4

何老师结合最近一段时间以来我国部分地区拉闸限电的情况，介绍绿色能源的开发和利用，点出要不断加快生态文明建设，促进我国经济和社会健康、可持续发展，潜移默化地引导学生树立环保意识和节约能源意识，以更好地倡导绿色生活，共建和谐、美好的家园。

（2）观察射击者端枪水平射击的视频，截图如图5所示。请学生思考射击时为什么要用肩膀顶着枪托。

图5

射击时，如果不用肩膀顶着枪托，以子弹和枪身组成的系统为研究对象，内力远大于外力，系统水平方向的动量守恒，子弹射出后，枪身反冲运动会以一个很大的速度撞击射击者的身体，将会对射击者造成伤害。反之，射击时，如果用肩膀顶着枪托，枪身和人体可视为一个反冲的整体，总质量大大增加，在子弹射出的过程中，枪身和人体获得的反冲加速度和速度都比较小，根据牛顿第二定律可知人体受到枪托的力将大大减小，从而确保射击者的人身安全。

（3）观察大炮的射击视频，截图如图6 所示。炮弹射出时，炮身反冲现象非常明显，请学生思考炮弹和炮身组成的系统是否满足动量守恒的条件。

图6

学生讨论发现，在发射炮弹的过程中，炮弹和炮身组成的系统总动量不守恒，但系统在水平方向的动量可近似认为守恒，为击中目标，要考虑速度分解和炮身反冲对炮弹速度大小和方向的影响，说明物理知识在军事科学技术中具有重要的应用。

（4）观察乌贼的运动视频，截图如图7 所示。乌贼是一种软体动物门头足纲乌贼目的动物，并不属于鱼类。乌贼在海水中的运动速度比鱼类快得多，最高时速可达150 公里，主要原因是鱼类靠鳍和身体不断摇摆，获得水的反作用力，进而向前运动，而乌贼从前部吸入水后，压缩身体，利用腹部的管状喷口高速喷水，直接获得很大的反冲速度。这真是动量守恒定律在生物进化中的神来之笔。

图7

（5）2021 年10 月16 日，我国神舟十三号载人飞船成功发射，顺利与空间站组合体完成自主快速交会对接，将翟志刚、王亚平、叶光富3 名航天员送入太空，进驻天和核心舱。3 名航天员将按计划开展为期半年的相关实验探索活动，这标志着我国航天事业迎来新的历史发展阶段，我国开始迈向世界航天强国行列。何老师灵活渗透爱国主义和民族自豪感教育，鼓励学生发奋读书，掌握科学文化知识，积极锻炼身体，增强体质，并立志报效祖国，为实现中华民族的伟大复兴而努力学习。

三、用心悟——察物析理，解释火箭运动

何老师利用视频回顾学生课余发射自制水火箭时的震撼场景（如图8 所示），结合反冲运动的特点，引导学生定量分析如下一系列问题。

图8 自制水火箭

设水火箭静止时的总质量（含水、橡皮塞）为M0，发射瞬间喷出物（橡皮塞、水）的质量为m，喷出时的对地速度为u，请据此回答：

（1）水火箭为什么可以升空？

（2）定量计算发射瞬间水火箭增加的速度Δv。

（3）升空一段时间后，水火箭的总质量（含水、橡皮塞）变为M，速度变为v，极短时间内又向后喷出质量为m的水，喷出时水的速度（以此时的水火箭为参照物）大小仍为u，计算本次喷水使水火箭增加的速度Δv。

（4）若把火箭升空的过程等效为N次喷气过程，每次喷气方式与（3）相同，那么N次喷气后火箭的速度变为多少？

（5）如果上述过程中，喷出气体的速度以火箭为参照物，那么N次喷气后火箭的速度变为多少？

（6）讨论影响火箭最终速度的基本因素，解释火箭实际采用三级发射的原因。

上述从简单到复杂的问题链，降低了教学坡度，使学习难度逐步增加，可有效引导学生拾级而上，逐步掌握火箭速度变化的规律，有效化解火箭反冲速度变化的难点，使学生在不知不觉中提高问题分析能力、建构模型能力、推理论证能力、等效思维能力和参考系变换能力，提升物理学科核心素养。与此同时，还可让学生把人类社会积累的知识转化为自身的知识和观念，把前辈开展智力和探究活动的思想、方法、策略转化为自身的认识能力和思维方式，把蕴含在知识载体中的观念、态度转化为自身的行动准则。

纵观本节课，教学活动既尊重教材，又不拘泥于教材，清晰展现了教材内容、结构、重点、难点等；通过精心设计的教学方案，把学生对物理知识的汲取转化为问题的解决，将问题解决融入恰当的情境之中，渐渐提升学生各方面的能力和素养。本节课，教学目标明确，教学内容准确、精当，教学预设精准，教学过程有趣、有用、有效，教学活动井然有序，由浅入深，层层递进，有效引导学生质疑和创新，提高了学生的认知水平和能力。本节课教学针对性强，尊重学生，从学生的实际情况出发，密切联系日常社会生活实际，使经验性常识向物理概念转变。本节课以培养兴趣为前提，诱发学生的学习主动性；以指导观察为基础，增强学生的体验性；以发展思维为重点，着眼创新性；以分析和解决问题为手段，突出实践性；以陶冶情操为动因，秉承立德树人、德育为先；以爱为核心，指引学生不断前进。事实上，教学不仅是师生生命河流的互相融通，更是师生生命河流的互相碰撞，进而成就彼此的波澜和壮阔。

综上所述，本节课以具身认知理论为指导，精心创设具身情境，密切联系实际，引领学生在调动经验常识的基础上通过多种实验获得亲身体验，激发学生的好奇心和求知欲。让学生在趣味性和挑战性兼具的情境中认识课题，在启发性和互动性兼具的情境中讨论实际问题，在体验性和自主性兼具的情境中亲历知识建构过程，在探究性和合作性兼具的情境中探究未知领域，在应用性和发散性兼具的情境中解决实际问题，以学得真知识，习成硬本领，精进高素养。本节课，教学过程生动有趣、衔接自然、高潮迭起、大胆创新，既有广度，又有深度，更有家国情怀。如能在教学过程中穿插介绍人类历史上第一个尝试利用火箭飞行的人——万户，更能培养学生的探索精神和安全意识；如能进一步强调热爱自然、珍爱生命、爱护环境、厉行节约和促进可持续发展等，一定能让本节课更加大放异彩。