物理概念和规律的教学——由《动量定理》的情景设置谈起，本文主要内容关键词为：动量论文,定理论文,情景论文,规律论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
素质教育的主阵地是课堂教学，课堂教学的主体是学生，课堂教学的关键是教师，教师是课堂教学的设计者，是学生学习的指导者和帮助者。
按照建构主义的学习理论，学生获取知识的过程是学生在一定的情景下，通过教师指导和师～生、生～生协作、交流，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的。而学生在学习过程中的主动探索、思考和建构离不开教师事先所作的、精心的教学设计，离不开协作学习过程中画龙点睛的引导。
为更有利于学生的探索、思考和建构，情景创设是教师事先进行课堂教学设计中最重要的内容之一。依照教学内容和学生的认知规律、心理特点，利用实验、利用学生原有的认知背景和多媒体技术等，为学生学习提供最佳的情景。
为使学生的探索、思考和建构更有效、更高效，教师的引导应与所设置的情景完美地结合在一起。教师应适时提示新旧知识间联系的线索，通过精心设置的提问，让学生在讨论中把问题逐步引向深入，从而加深学生的理解，启发引导学生自己去形成概念、探究规律，纠正错误，完善认识，优化认知结构。
在理科教学中，概念的形成、规律的获得是学生学习实践活动中最重要的一环。延缓学生概念判断进程、凸现学生的规律探究过程，是把学生的认知视为一个过程，是真正地把学生视为认知的主体，是在课堂教学中实施素质教学的重要的具体体现。
如何延缓学生概念判断进程、凸现学生的规律探究过程呢？一是教师要在课堂教学中为概念判断、规律探究铺设具体的、典型的情景；二是教师要在课堂教学过程中通过精心设置的问题，适时的启发、点拔，让学生分阶段、分层次（即使对同一个概念或规律）进行讨论、判断和探究。
下面，就高一物理《动量定理》的课堂教学设计为例，来谈一谈物理学科教学中如何通过铺设情景、延缓判断、凸现探究、从而实现对概念、规律的分层建构。
一、课题引入～设置问题情景
课题引入，一要迅速抓住学生的注意力，激发学生的兴趣；二要简洁、明快地点出课题目的。为达到上述效果，可采用的课题引入方法多种多样。例如，复习旧课；开宗明义；课前提问；演示或学生实验；观察自然现象；介绍物理学史；提供新科学成果的信息等等。
本课题引入的教学设计是基于这样的考虑：一是学生刚学过牛顿运动定律，运用运动学规律和运动定律解决问题较熟练，但也影响学生对新的动力学规律——“动量定理”的学习和掌握，也就是说可能出现思维定势的负效应；这样，课题引入应考虑通过设置情景消除思维定势的负效应。二是在很多动力学问题中，运用牛顿运动定律和动量定理都可以较好地解决问题。但在有些问题中运用牛顿运动定律会发生困难；这样，课题引入应考虑通过展现运用牛顿运动定律求解有困难的问题，来阐明本课题-“动量定理”学习的必要性。
根据上述考虑，在指出“运用牛顿运动定律可以解决很多力和运动的问题”后，采用两个问题情景来引入本课题：
情景1：在打击和碰撞这样一些复杂问题中，如何确定物体的受力？
情景2：一个质子以某一速度撞入铝原子核变为硅原子核，硅原子核的速度如何确定呢？
课后自评：两问题情景的设置有助于淡化学生运用牛顿运动定律形成的思维定势，凸现出对引入“动量定理”支持的问题。课题引入鲜明、简捷。
二、概念形成～设置判断情景
物理概念是用来表征物质的属性和描述物质运动状态的，任何物理概念都是从物理现象、物理事实中抽象出来的，是物理定律、物理理论的基础。物理概念教学应尽可能从具体的事例、事物或实验出发，使学生对物理现象、事实获得生动的感受，鲜明的印象，然后通过分析，抓住物理现象的本质，使学生从具体的感性认识中抽象出物理概念。
物理概念教学必须延缓学生概念判断进程，强化学生的概念形成过程。这主要是基于这样的考虑：一是学生个体的认知过程规律与整个人类探索客观世界的认识过程规律相似，而物理概念是人类长期探索物理现象和物理事实的结晶；二是学生只有在具体的概念形成过程中进行分析、比较、判断、归纳、抽象等，才有可能真正地发展自己的认知能力，培养科学态度、科学方法和科学精神，同时深刻地领会和理解物理概念的内涵和外延等。
依照上述考虑，遵循学生“从生动的直观，到抽象的思维”的基本认识规律，进而延缓学生概念判断进程，在“动量”概念形成教学中设置以下情景：
情景1：从四楼丢下一个乒乓球和一个大铅球，砸在地上，它们产生的作用效果相同吗？
情景2：往木板里钉钉子，一位同学是把质量较大的锤子放在钉子上，另一位同学是挥动同样的锤子敲钉子，它们产生的作用效果相同吗？
情景3：演示实验的验证：先使质量不同的两小车在同一斜面的同一高度处滑下，分别撞击位于底端的两相同的木块，观察它们的作用效果；再使质量相同的两小车在同一斜面的不同高度处滑下，分别撞击位于底端的两相同的木块，观察它们的作用效果。
针对情景3的设问：
(1)怎样用实验来研究多变量问题？
(2)怎样来进行实验？
(3)请同学们通过观察到的实验现象进行归纳和综合。
课后自评：情景1、情景2给出的是具体的事例，学生通过比较、分析，可从中作出定性判断。情景3中的设问和演示实验有助于培养学生严谨的科学态度，学习典型实验方法和思维方法。情景铺垫有层次，耐人寻味。
三、难点化解～设置阶梯情景
学生对概念、规律的真正理解和掌握往往受挫于几个疑难点，在课堂教学中教师如何帮助学生化解难点，成为课堂教学设计中的一个重点。化解难点要具体了解学生的知识背景、认知能力，从而选择最有效、最高效的途径。化解难点的方法很多，例如借助实验；分散难点；形象类比；铺设问题台阶等等。
本课题的一个难点是：初动量、末动量、动量增量、冲量、合冲量间的矢量关系。若按照课本上的编排，在动量定理出来后进行教学，势必使学生在对动量定理的理解上难点过于集中，矢量关系的揭示过于唐突，学生的理解不够自然、不够深刻。
鉴于上述考虑，在冲量概念和动量定理前，增设“动量的变化量（增量）”这一概念，选用常见的事例，借用电脑、电视投影仪展现形象的动画图示，通过具体的个例分析，使学生获得清晰的“动量增量”的概念，具体地进行“初动量、末动量、动量增量”这些矢量方向的辨析。从而分散了难点，化解了难点。
情景1（电脑动画展示）：展示动画1、2、3、4、5，分析各物体的运动和动量的变化
设问：
(1)（在电脑动画展示前）动量如何用有向线段表示？
[在分别动画展示后，逐一提问(2)(3)]
(2)各动画图中，物体的动量变不变？
(3)物体的动量是怎么会变的？
（在引入动量增量的定义后设置情景2）
情景2：电脑动画6、7展示，然后再展示动画8：分析物体的运动和动量增量
（先展示动画6、7，再分别提问各动画中物体动量的变化和动量的增量情况）
设问：
(1)（在电脑动画6、7、8之前）物体动量的增量如何用有向线段来表示呢？
(2)（在分别展示电脑动画6、7后）动量增量的方向怎样？
(3)（在分别展示电脑动画6、7后）在动画6、7中，p[,1]、p[,2]在同一条直线上，若取p[,1]为正方向，则△p取正还是取负？
在上述设问并讨论得结论后，再展示动画8，通过提问分析动画8中物体动量变化和动量增量情况
设问：在动画8中动量的增量如何用有向线段来表示？方向怎样？若取p[,1]为正方向，则△p取正还是取负？
课后自评：情景1和情景2是二个阶梯，使学生对动量变化的认识由简单、定性逐步深入到全面和定量的认识。精心设置的几个提问，使学生的分析、认识步步为营，分层推进，逐步深化。并且在设问中已为冲量概念的引入、动量规律的揭示埋下了伏笔。
四、规律获得～设置探究情景
物理规律是物理过程中各物理概念之间的必然联系。一般情况下，对物理过程中各物理量间必然联系的存在性和变化趋势的揭示就是定性的物理规律。对必然联系中量的相互制约的揭示就是定量的物理规律。这里的“制约”必然包含着物理现象发生和发展的“因果”图景，物理规律包含着判断与推理两类思维形式，根据不同的思维形式，物理规律可以分成定律和定理两类。
本课题中动量定理是通过演绎推理得到的规律，但为凸现学生的探究过程应精心铺设情景，应引导学生从观察、分析现象入手，先定性地知道在其中起作用的有哪些因素，再从推理中找出各因素的定量关系。在推理过程中应分层设置由简单到复杂、再推广到一般的情景。
在“动量增量”概念后，重新再展示电脑动画6，并提出探究性设问
探究情景1（定性）：
设问：(1)刚才我们分析过，小球沿斜面向下运动时，小球的动量变化与小球的受力有关。那么小球动量增量还与哪些因素有关呢？
(2)物体动量的增量与物体的受力和力的作用时间有关。那么它们之间到底是一种什么样的关系呢？
探究情景2（单力）：如图3(a)所示，在光滑水平面上沿直线运动的物体，受恒力F作用，经时间t，物体的动量的变化量（增量）等于多少？由什么决定？
探究情景3（多力）：如图3(b)所示，物体在水平面上沿直线运动，在时间t内，受恒定拉力F和恒定阻力f作用，则物体的动量变化等于多少？由什么决定？
探究情景4（推广）：物体动量增量由物体所受合外力的冲量所决定，而且数值相等、方向相同。实际上，我们可以进一步证明，不论物体受到什么力作用，不论物体做什么样的运动，物体动量的增量都是由物体所受的合冲量所决定。因此，我们可以得到物体动量增量的更普遍的规律——动量定理。
课后自评：情景1、2同时也由定性到定量强化了冲量概念。通过上述四个情景的设置，凸现、延缓了学生对动量定理的探究过程，在分阶段、分层次的探索中进行建构，使学生获得了探究物理规律的方法和体验，也使学生更深刻地理解、掌握了这一物理规律。
五、知识深化～设置应用情景
物理规律获得以后，如何使学生深化理解、更好地掌握呢？可以进一步让学生阐明物理规律的含义，也可以帮助学生讨论物理规律中各因素的协变关系。还可以通过设置应用情景来巩固、深化和掌握。
在向学生阐明动量定理的含义后，设置一个常见的演示实验让学生讨论动量、动量的增量等概念，并运用动量定理进行定性分析和解释。还设置一个典型的实际问题让学生运用动量定理进行定量的计算和讨论。
情景1（演示并设问）：这是两个相同的鸡蛋，离开讲台高度相同，当分别落在置于讲台上的瓷盘里和海绵垫上时，我们会看到什么样的结局呢？请运用刚学过的动量定理来解释这个现象？
情景2（例题）：锻铁问题。锻造机的锤头质量M=3×10[3]kg，锻铁时锤头的落差h=1.5m，锤头与工件的冲击时间为△t=0.1s，试求工件对锤头的平均作用力等于多大？若△t=0.01s，则平均作用力等于多大？
课后自评：设置的两个情景，对动量定理的运用具有典型性。从定性到定量，有助于学生进一步理解动量定理的“制约”关系和协变关系。两个情景的解释和定量计算，把本课题中学生思考、探究和建构的内容全部呈现和贯穿起来了。
课后总评：本课题中三个概念（动量；冲量；动量的增量）、一个规律（动量定理），通过有根据、合理的、高效的情景创设、问题设置来展开学生的主动探究。从定性到定量、从一般的讨论到严密的推理，层次分明，环环紧扣，前后呼应，强化了学生的概念形成和规律获得的过程，在获取知识的同时，也获得了探究的体验。
在课堂教学中延缓学生概念判断进程、凸现学生的规律探究过程，是突出学生在信息加工中的主体性，是强调学生为主的主动建构者。由“动量定理”这节课的课堂教学设计可以看出，“情景铺设”对延缓判断、凸现探究、对教师引导、启发学生进行思考、协作交流、分层建构等等，都是至关重要的。