基于核心素养培养的《动量定理》课堂教学设计

北京市陈经纶中学 吴爱兄

一、教学设计指导思想

教育，是一种提高人的综合素质的实践活动。从学校教育的角度看，理想的教育过程应当是由扰启开始、经过内省、质疑，最后实践完成发展的任务。从个体成长的角度看，经过教育促进全面发展使每一个孩子的自身素养、（独立、追求、养控和审美）意识、精神及行为的形成和发展。基于此，教学设计应指向学科核心素养的养成。

二、学生情况分析（结合课前检测分析）

（一）知识层面

已有知识：学生已经掌握了牛顿第二定律，在前一节“探究碰撞中的不变量”中，遇见了多种碰撞模型，也初步感受到“动量”这个有意义的不变量，初步认识到了动量的矢量性。

可能遇到的障碍：对于动量学生还没有深刻的认识，还需要通过对“动量定

理”“动量守恒定律”的学习进一步加深认识和理解。对于动量变化的矢量性的理解、实践有难度。

（二）方法层面

已有方法：学生通过上一章《动能 动能定理》的学习已经初步掌握了基于牛顿第二定理推导动能定理表达式的方法，这对学生推导动量定理有一定的帮助。学生通过高一的学习，学生已经建立起一定的实验观察能力、抽象思维能力和探究学习能力，而且还掌握了通过建立物理模型探究物理现象的方法。这对本节分析推导、论证动量定理也有一定的正迁移作用。

可能遇到的障碍：动量定理需要从时间的角度观察力的效果，解释生活中的问题，要求学生用一定的物理建模能力，另外对于“缓冲”理解能套用动量定理但是难以自发探究动量定理来设计实验解决实际问题。

（三）能力素养

本节课注重给学生创设真实的生活中的问题情境，可以培养学生的问题解决能力。学生通过对实际问题的交流讨论，分享表达还可提高学生的逻辑思维能力和语言表的能力。从而提高学生的科学思维，在处理生活实际问题的过程也是培养学生科学态度和责任的过程。

三、教学目标

（一）教学目标

1.加强物理观念。通过观察实验，理论推导学生能够理解动量变化的原因，并深入理解动量定理。

2.形成科学思维。使学生学会通过建立物理模型来解决实际问题方法，从而认识到建立物理模型在物理学研究中的意义。

3.锻炼实验探究能力。通过“细线切黄瓜”的探究实验，引导学生发现和提出问题，根据解决问题的需要，设计实验解决问题从而提升学生的科学探究能力

4.提升学生素养。在分析、解决问题的过程中培养学生交流、合作能力。通过对风筝线伤人，小鸟撞飞机等问题的讨论，提升学生的社会责任感。

（二）重点难点

1.重点：动量定理的推导和对动量定理的理解；利用动量定理解释有关生活现象和相关计算。

2.难点：动量定理的矢量性及其应用。

（三）教学策略

通过生活实例和演示实验引入课题，在学生中成有效“扰启”，激发学生的兴趣。通过创设物理情境、建立物理模型归纳得出动量定理的过程让学生形成对所学知识的“内省”。通过运用动量定理解释日常生活中的物理现象的环节设计让学生学习过程中有“质疑”，有“实践”，并在质疑实践中达到“内省”，从而培养学生理论联系实际的能力，实验探究能力和科学推理论证能力。

四、教学评价（见表1）

表1 基于核心素养的表现性评价量表

五、教学过程

六、教学反思

第一，就教学过程的设计和安排而言，从学生的角度出发,创设有驱动性的物理情景,巧妙设置认知冲突,让学生在前后矛盾或知与不知的强烈冲突中由“无疑”而“生疑”,由“有疑”而“释疑”是本课获得较好教学效果的前提。教学问题的选择、设计与呈现，应该从学生的实际出发与他们的真实需求相吻合，和他们的实际水平相匹配，无论是教学流程的设计，还是教学活动的开展，都必须符合学生的学习规律和心理特点。

第二，在教学的逻辑关系上，在动量定理的教学中,借助于分析光滑水平面上恒力作用下物体的运动情况,结合动量、冲量的概念及牛顿定律,在引导学生导出了动量定理之后,为了深化学生对动量定理的认识,组织学生讨论了动量定理在两个方面的应用：一是定性分析,解释现象；二是定量计算,求解相关物理量的大小。通过逐步深入地对上述问题进行思维上的诱导,学生对动量定理的认识就会更加趋于完善和巩固。这样的教学设计可以清晰的帮助学生理顺知识的逻辑结构,使知识之间的联系更为紧密；使抽象的概念、规律具体化、形象化、情景化;可以促进学生的交流与沟通,使学生在不同思维的评判和反思中,看到一个问题的多个层面和不同角度,从而使其对知识的理解和应用更为深刻和全面.

第三，教师其主导作用体现在“设境、启发、导拨、调控”四个过程之中。通过问题情境的创设，让学生引起认知冲突，激发探求欲望，促使他们主动地去寻求解决问题的方法和途径，并在尝试与探索之中取得成功。从学生主体看：学生的主体地位主要体现在“质疑、思考、探索、评价”四个学习过程之中。即要求学生以最优化解决问题和提高能力为终极目标，在教师的指导下，经过自己不断地思考、尝试、探索与评价，挖掘创造潜能，培养科学素质，提高创造能力。

教学环 节 教师活动 学生活动一、分享对思维作业进行思考发现的问题师：上一节课我们在探究相互运动中的守恒量时，发现系统动量的矢量和在碰撞前后保持不变，也就是说，两个物体碰撞时，一个物体的动量减少了，另一个物体的动量一定会增加了，而且增加量与减小量相等——如果以单个物体为研究对象，什么原因造成了它的动量变化呢？你能建立适当的运动模型，利用所学知识探究其中的原因吗？师：如何使光滑水平面上匀速运动的物体的动量发生变化？学生思考谁是物体动量产生变化的原因。体会力的作用效果与时间有关。images/BZ_33_1274_1775_1687_2050.pngimages/BZ_33_1656_1851_2069_2027.png设计意图结合上一节课的课后思考，引导学生从力的角度思考动量产生变化的本质原因。学生的思维有连续的发展。引导学生像科学家思考问题一样，从表象到本质，建立动量与力的关系。这样的设计有两点思考：一是真实的教学问题。教学问题的选择、设计与呈现，应该从学生的实际出发，与他们的真实需求相吻合，和他们的实际水平相匹配。二是自然的教学过程。无论是教学流程的设计，还是教学活动的开展，都必须符合学生的学习规律和心理特点，教师不应包办代替，更不能揠苗助长。本节课的思维起点是对上一节问题的深入思考，这样可以延长学生思维的宽度与深度。教师的思维是为学生的思维服务的，两者不能脱节，要保持张力。师：建立模型：一个质量为m的物体，其初速度为v，在水平恒力F的作用下，沿光滑水平面向右运动，经过一段时间t，速度变为了vt。探究力与动量变化量的关系。学生分析，交流讨论，利用牛顿第二定律及运动学知识推导出动量定理的表达式：二、理论分析探究规律images/BZ_33_458_2769_1021_2910.png师：如果接触面不光滑，等式应做怎样的修改？师：通过理论推导你得到了怎样的结论？不急于给学生结论，让学生结合自己的推理做深入的讨论。公式：F合t=mvt-mv0images/BZ_33_1616_2751_2148_3005.png

二、理论分析探究规律教师结合学生的推导帮助学生建立冲量的概念。物理学中把力与力的作用时间的乘积叫作力的冲量（impulse），用字母 I 表示冲量，则 I ＝FΔt。冲量的单位是牛秒，符号是N·S。它是一个过程量，矢量，方向与力的方向相同，意义是表示力在一段时间内的积累。师：结合冲量的定义和学生的推导引导学生建立冲量与动量变化量的关系。学生交流讨论，总结结论。（1）式的右边是物体在Δt这段时间内动量的变化量， 左边既与力的大小、方向有关，又与力的作用时间有关。FΔt这个物理量反映了力的作用对时间的累积效应。生：在教师的引导下建立冲量与动量变化量度的关系。物用语言表述动量定理：物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化量公式：即Ft=mv'-mv即Ft=P'-P。设计意图积极“内省”。学生通过动手“实践”，自主建立模型理论分析问题的过程，形成对知识的“内省”，自主寻找动量产生变化的原因。通过思考接触面不光滑的情况让学生经历“质疑”的思考，进一步深入理解规律。培养学生科学推理、科学论证的思维能力。师：学习任何一个新规律都要从它的表达式、物理意义、适用范围、特点、应用对其进行深入理解，请同学们阅读教材类比你以前学过的动能定理深入理解动量定理。三、引导学生阅读深入理解动量定理images/BZ_34_463_1118_946_1580.png教师结合学生回答进一步深化理解：1.牛顿定律表达的是力的瞬时效果，而动量定理表达的是力对时间的积累效果。动量定理是牛顿定律的积分形式，牛顿定律是动量定理的微分形式；在高中阶段，对于流体作用（流体柱模型）、变质量物体的运动问题以及短时间作用的问题一般用动量定理解决更方便。2.牛顿第二定律的适用范围：低速、宏观。动量定理在高速、微观条件下仍适用。学生阅读教材。学生从以上五方面分享对动量定理的深入理解。学生的讨论集中在以下几点。1.动量定理是在恒力作用下推导的结论，物体在碰撞过程中受到的作用力往往不是恒力，物体不做匀变速运动。那么，应该怎样处理这样的问题呢？如果合外力是变力动量定理是否成立？2.动量定理与动能定理，表达有相似之处，这两个定理的区别与联系分别是什么？3.动量定理是从牛顿运动定律出发推导出来的，动量定理与牛顿运动定律有着怎样的区别与联系？生：小组交流讨论解决以上问题。1.可以把碰撞过程细分为很多短暂过程（图1.2-2）， 每个短暂过程中物体所受的力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够应用（1）式了。把应用于每个短暂过程的关系式相加，就得到整个过程的动量定理。在应用 （1）式处理变力问题时，式中的 F 应该理解为变力在作用时间内的平均值。2.通过动能定理与动量定理的类比进一步理解：力对时间的积累效果——冲量是动量产生变化的原因。力对空间的积累效果——功是动能产生变化的原因。动量定理是一个矢量式，动量定理中的等号除了有大小关系，也表达了物理量之间的方向关系。合外力冲量的方向与合外力的方向相同，与动量的变化方向相同。应用动量定理解决问题需要规定正方向做矢量运算。3.通过动量定理与牛顿运动定律的类比进一步理解：Δ p ＝ p '- p， 所以（1）式也可以写成F= ，它表示：物体动量的变化率等于它所受的力。动量定理与牛顿运动定律本质是一样的。△p△t设计意图通过让学生阅读教材，自主学习，从五方面深入理解动量定理，来培养学生阅读教材、自我建构的能力。通过对变力问题的深入讨论让学生体会从现象到本质，从特殊到一般的思维方法。通过对动量定理与动能定理，动量定律与牛顿运动定律的类比分析让学生在原有知识被激活的基础上，通过对新问题的思考、分析、推导、理解等过程建立新旧知识之间的联系，从而使学生自主构建知识体系，自我发展原有认知，形成力学的概念体系。通过这样的自主推导、交流讨论加深学生对动量定理的理解从而突破重点。通过自我交流的教学环境创设让学生能在尊重民主的氛围里，自由表达自己的观点。四、应用规律解释现象深入理解动量定理从定量的角度 应用规律解释现象。教师引导学生应用规律解决问题。一个质量为60g的鸡蛋，从距地面20m的高空自由落下，由于直接落在水泥地上，与地面接触时间极短，仅为0.01s,求它与地面接触的过程中：（1）合外力对它的冲量。（2）地面对它的冲量。（3）地面对它的平均作用力。引导学生在解决实际问题的过程中形成可迁移的解决问题的策略性方法。关注解决问题的程序，引导学生养成应用程序法解决问题的意识。同时通过对问题的深入讨论进一步强调动量定理的矢量性特点。学生自主思考分析问题，交流讨论，明确解题策略，在教师的引导下，完美表达自己的思考过程。在教师的引导下，自我梳理应用动量定理解决问题的一般程序。掌握策略性的可迁移的知识。应用动量定理解题的一般步骤：（1）选定研究对象，明确运动过程。（2）进行受力分析和运动的初、末状态分析。（3）选定正方向，根据动量定理列方程求解。

设计意图以实践为载体的内省：通过具体的定量分析体会应用动量定理解决问题的方法。逐步渗透处理物理问题的策略。以互动为载体的内省：通过交流讨论减少作用力的方法，体会应用动量定理解决实际问题的策略。物理课堂一定要渗透学科方法，但学科方法的渗透是一个不断深化的过程，而这些方法一定是显性的可操作的。让学生通过实验及亲身体验去尝试与发现、发展与提高，从而培养学生的创新思维。学生体会高空抛物的危害，做文明的中学生。学生交流讨论，思考高空抛鸡蛋不碎的方法，并利用所学知识进行解释。学生交流讨论，举例分析。四、应用规律解释现象深入理解动量定理从定性的角度 应用规律解释现象。教师引导学生对上述的计算结果进行深入讨论。师：结合上面的讨论思考：如何减小鸡蛋对地面的相互作用力？教师引导学生深入思考生活中还有哪些地方用到了动量定理的知识，并举例说明。教师在生活中 ，我们有时需要通过延长作用时间来减小作用力，而有时又需要通过缩短作用时间来增大作用力。images/BZ_35_755_733_1200_1183.pngimages/BZ_35_1237_711_1717_1072.pngimages/BZ_35_1754_706_2215_1064.png观察实验，思考问题，解释现象，学会用动量定理处理问题的思路。设计意图通过对例题数据的深入分析，让学生体会高空抛物的危害，提高学生的文明意识。通过不同生活情境的创设，激发学生积极思考应用物理知识解释实际生活现象的愿望。让学生自己举例，从而让学生体会物理知识在生活和生产实践中的广泛应用。让学生积累感性认识，从中发现问题，解决问题，总结规律，将其上升为理论。在教学中鼓励学生能够积极表达自己的想法，追求应用物理知识解释生活中问题的策略。增强学生的科学探究精神，将对物理的兴趣升华对科学真理的追求。五、应用规律探究问题提升认识教师通过风筝线伤人的演示实验提出探究课题。 学生利用给定的器材，探究如何使黄瓜从同一高度下落，黄瓜不断。设计意图 通过学生的自主探究培养学生的实验探究能力。通过动手实验进一步巩固加深对核心知识的理解。学生通过类比动能定理学习了动量定理，对动量定理有了深入的理解。images/BZ_35_1750_1747_2273_1852.png六、总结规律，发现新的问题师：通过今天的学习，你学会了哪些知识？在学习新知识时你用到了哪些方法？师：学习知识常常把新知识与原有知识建立联系从而形成正向迁移。通过今天的学习我们解决了昨天留下的问题，在碰撞过程中每个物体的动量变化是由于其外力的冲量引起的。请同学们进一步思考一下：发生碰撞的两个物体其合外力有着怎样的关系？合外力的冲量有着怎样的关系？每个物体的动量变化量有着怎样的关系？它们组成的系统动量的变化量有着怎样的关系？是否可以利用今天的知识解决你前面第一节提出来的问题。images/BZ_35_1750_1879_2273_2214.png分层作业1.动手实践作业：通过实验深入思考系统间的动量变化量的关系。2.知识巩固作业：完成教材课后练习。3.思维提升作业：思考教师最后提出来的问题。板书设计images/BZ_35_691_2438_1774_3050.png