体验教学在高中物理课堂中的实践——以“动量定理”为例.pdf

国家提出了“立德树人”的育人要求,提升学生的核心素养,体验式教学突出了学生的主体地位和教师的主导作用以“动量定理”为例,从创设情境、体验探究、感悟内化、应用反馈等个方面,让学生在亲历的过程中感知、理解并建构知识、发展能力,提高课堂教学实效,全面落实核心素养目标关键词:真实情境;实验体会;动量定理;教学实效普通高中物理课程标准(年版)指出“落实全国教育大会精神,全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,发展素质教育”“高中物理课程从物理学的视角认识自然,理解自然”“引导学生经历科学探究过程,体会科学探究方法,养成科学思维习惯,增强创新意识和实践”,体验教学强化了学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造,可以达到预期学习目标体验教学是指在教学过程中,根据学生的认知特点和规律,通过创设实际或重复经历的情境,呈现或再现、还原教学内容,使学生在亲历的过程中感知、理解并建构知识,发展能力的教学形式体验教学一方面让学生置身于一定情境之中,以实验为基础,引导他们去感受、观察、经历物理现象和过程,最终达到认知和总结规律;另一方面教师在教学准备、组织实施过程中以增加学生体验为主要目的,经历创设情境提出问题、体验探究、感悟内化新知、应用反馈等个步骤的教学过程根据“体验教学”内涵、特征,结合 普通高中物理课程标准(年版),在高中物理教学实践中倡导在教学中基于体验、实践、合作与交流的学习形式下面以人教版高中物理选择性必修一“动量定理”教学设计和实施为例,探讨体验教学在高中物理教学中的应用设计方案,为提高物理课堂教学实效提供参考教学分析 内容分析“动量定理”一节是学生在学习了牛顿运动定律和动量概念之后,结合生活中的现象,用数学方法通过牛顿定律推导而得出来的定理本节内容既是上节动量的延伸,又为学习动量守恒定律打好基础,有承前启后的作用动量定理揭示了力在一段时间内连续作用的累计效果与动量变化之间的关系,进一步揭示了运动状态变化与相互作用之间的关系动量定理适用范围十分广泛,尤其在作用时间短、作用力大而且变化快的打击、碰撞等问题时,应用动量定理解决问题更方便动量定理与我们的生活和科学技术的发展有着密切的联系,因此学习这部分内容有着非常重要的实用价值 学情分析学生已经具备力、加速度、动量和牛顿第二定律等知识,掌握矢量的运算法则,具有一定的分析和推理、建立简单物理模型、解决实际问题的能力经过前一节内容的学习已经了解动量的概念,但对动量定理的理解和应用方面存在一定困难,例如因漏掉某个力而导致分析物体合外力冲量出现错误等高二学生的好奇心比较强,更想了解因果关系,教学中应多增设体验活动,应用反馈,内化新知 年第期物理通报中学物理教学北京市教育学会“十四五”教育科研课题研究成果,课题编号:C P Y B 学习目标()物理观念能从牛顿运动定律和运动学公式在恒力情况下进行理论推导,得出动量定理的表达式理解动量定理的确切含义,知道动量定理也适用于变力()科学思维会用动量定理解释有关现象和处理有关的问题,将实际复杂的物理过程抽象成便于研究的物理模型()科学探究通过对动量定理的探究过程,获取证据,尝试用科学探究的方法研究物理问题,认识物理模型工具在物理学中的作用,发展科学探究能力()科学态度与责任激发参与科技活动的热情,有从生活到物理,从物理到生活的意识,利用动量定理解释有关现象和解决实际问题 设计思路本节课的设计力求突出学生的主体地位,注重体验探究式学习过程通过创设问题情境,产生疑问,有效导学针对学习疑难点,精心设计实验让学生在“体验”中学习;在“主动”中发展;在“在合作”中增知;在“体验探究”中创新通过体验教学,让学生亲身实践感受探究过程,学生动手动脑自己完成,解决疑难问题,感悟理解动量定理,提高课堂实效,更好地使核心素养目标落地实施,完成教学目标基于课标分析、教学内容分析和学情分析,将本节课的体验教学流程分解为如图所示的个方面内容图“动量定理”体验教学流程教学实施 任务 创设情境体验 提出问题首先为学生创造丰富的体验活动:()播放视频:杂技表演“胸口碎石”(图)()学生登台演示“砖碎蛋全”(图)图胸口碎石图砖碎蛋全教师进行问题引导:()演示活动,观察到什么现象;由此你会提出哪些疑问?(砖块碎了,为什么鸡蛋不碎啊?大石块下的表演者没受到伤害?)()物体的动量变化与哪些因素有关?带着疑问,进入“眼见为实”亲身体验学生亲身体验:重锤砸烂了砖块,而鸡蛋完好无损设计意图:体验、感知,激发思考,引起探究兴趣;学生在感知中善于观察、勤于思考、学会求知 任务 体验探究 推导动量定理教师引导:动量的变化量与哪些因素有关?根据牛顿定律,能否发现什么规律?如图所示,假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用,做匀变速直线运动在初始时刻物体的速度为v,经过一段时间t后,速度变成v 图动量定理推导图学生体验:由加速度定义有avtv vt根据牛顿第二定律Fm a,则有Fmv vtm v m vtp pt即合外力是物体动量的变化率,这就是牛顿第二定律的另一种表达形式整理得Ftp p 年第期物理通报中学物理教学教师引导:理解冲量概念()定义:力和力的作用时间的乘积,叫做该力的冲量I,用公式表示为IF t冲量的单位是牛秒,符号是Ns()冲量是矢量:方向由力的方向决定,若为恒定方向的力,则冲量的方向跟这力的方向相同()刚才的推导是在恒力作用下的情况,那如果力的大小改变,这个式子仍然成立吗?(引导学生进入讨论交流环节)学生体验:如图所示,在F t图像上力随着时间改变用微元法,把它切成许多足够小的时间t,这一来,任意一小段时间里都可以近似看作受恒力作用,这一小段时间的冲量IiFit冲量是过程量,反映了力对时间的积累效应图变力情况下的冲量推导图思考提 升:功 也是过程 量,冲 量 与 功 有 什 么区别?经过对比分析总结出:功是标量、冲量是矢量,概念不同F t图像所围的面积表示冲量,类似于vt图像,所围面积表示位移感悟出无论物体受到的是恒力还是变力,在一个过程中所受合外力的冲量都等于它在这个过程中始末的动量变化量即pI这个关系叫作动量定理表达式:F tm vm v或Ip表明合力在时间上的积累效应是动量变化的原因,动量的变化与力的时间积累效果有关合外力的冲量是动量变化的原因;动量定理是矢量式,合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同,但与初动量方向可相同,也可相反,甚至还可成角度设计意图:体验、感知,激发思考,引起探究兴趣 任务 感悟内化 验证动量定理探究目标:p与F、t的关系教师引导:借助重物自由下落时打出的纸带,如何选择初末状态的两个点,算出两点动量及变化量算出两点间的时间及冲量探究两者之间的关系学生体验:如图所示,一重锤在恒力(重力)作用下自由下落,通过打点计时器,得到打点清晰的纸带,选择好纸带上两点,由初速v变为v,推算出两点之间的时间t,学生通过认真推导发现,在误差允许范围内m gtm v m v图获取纸带设计意图:创设真实的教学情境,让学生经历科学探究和思维加工,复习旧知识,探究新问题,建构新知识使物理观念内化,培养学生通过比较、计算、分析,提升解决问题的能力 任务 体验应用反馈 落实核心素养学生体验:如图在细线下悬挂一小球分别研究:提起一段高度自由释放 细线断裂;细线上加一段橡皮筋,然后再提升相同高度释放,发现细绳不会断裂,解释原因图学生体验图学生思考、应用动量定理列式分析:取向下为正方向,由(GF)tp分析FptGp一定,t短则F大,t长则F小(缓冲作用)设计意图:应用动量定理进行分析,理论应用于 年第期物理通报中学物理教学实践培养学生抽象概括能力,模型建构、科学推理、科学论证能力;重视让学生体会用动量定理解决问题的思路,提升物理素养水平图学生体验 示意图学生体验:如图一小球悬挂在铁架台上,上下各有一根相同的细线,想让上面的 线先断怎么办?想 让 下 面 的 线 先 断 又 该 怎么办?体验活动:a 慢慢拉下面的细线,上面的细线先断b 迅速拉动下面的细线,下面的细线先断设计意图:学生间相互配合,动手操作,体验感受实验情境,根据动量定理,思考、分析、解释看到的现象让学生在“活动”中学习;在“合作”中增知,在“探究”中创新“体验教学”正是以事实、体验、推理为依据,易于对物理规律的理解、应用和创新解释看到的现象:p一定,t短则F大,t长则F小学生体验:让杯子随纸带慢慢动起来,该怎样抽动纸带?能否让杯子几乎不动,又该怎样抽动纸带?图学生体验图思考分析:由F tp可知:F一定,慢慢拉动纸带,t长则p大,杯子动起来;迅速拉动纸带,t短则p小,杯子静止学生体验:解释新课前的“砖碎蛋全”表演由F tp可知,p一定,t短则F大,t长则F小学生体验:结合实际,列举生活中应用动量定理的实例经历思考、交流、举例:蹦极运动员身上系好橡皮绳、橡胶碰碰车、包装用的泡沫材料、苹果的包装泡沫网、摩托车帽里的衬垫,等等内化小结:应用动量定理的解题思路()确定研究对象()确定研究过程,抓住过程的初、末状态,分析研究过程中的受力()选好正方向,列方程求解应用反馈,课后拓展:()空中的飞机为什么怕小鸟?()为什么禁止高空抛物?设计意图:体验教学,让学生经历科学探究和思维加工,使物理观念内化,发展学生通过比较、分类提出、分析、解决问题的能力,总结规律学生学得积极主动,达到“学会、会学、乐学、创学”实施体验教学后的效果通过问卷调查、访谈记录、课后测评分析等方式,发现实施体验教学以来,学生学习的兴趣、积极主动性有大的提升;学生在体验、思考、探究活动中建构知识,加深了对物理规律的认识和提升;在应用知识过程中不断发现新的问题,在实践中有所创新,利用发散性思维、同学之间不同看法,相互交流,碰撞出新的观点、认识,增强社会责任心,培养出富有创新意识和科学素养的高素质人才结束语体验教学通过真实情境体验,设置问题驱动,体现了“做中学”及“建构主义”学习理论,依靠学生亲历体验,触发思维,主动建构知识网络,感悟内化新知体验教学调动了学生参与学习的积极性,发挥了学生体验感悟探究的能动性,改变了填鸭式灌输知识的做法,突出了学生的主体地位和教师的主导作用,让学生经历了与科学家类似的探究过程,培养了学生质疑和创新精神,发展了科学思维能力,感悟总结物理规律,学以致用理论联系实际,提高了课堂教学实效,使核心素养目标落地实施参 考 文 献中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准(年版)S北京:人民教育出版社,谢婉君 BO P P P S模式下的高中物理规律课堂教学设计J物理通报,():马昌芳核心素养取向的课堂学习活动设计 以平抛运动为例J物理教师,():郭玉英基于学生核心素养的物理学科能力研究M北京:北京师范大学出版社,年第期物理通报中学物理教学