楊沖天

(泗縣第一中學(xué) 安徽 宿州 234300)

“質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系”教學(xué)設(shè)計(jì)

楊沖天

(泗縣第一中學(xué) 安徽 宿州 234300)

以人教版高中《物理·必修1》第一章第一節(jié)“質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系”內(nèi)容為設(shè)計(jì)依據(jù)，結(jié)合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》和高一學(xué)生情況，明確設(shè)計(jì)目的和要求；針對(duì)教學(xué)內(nèi)容特征展開設(shè)計(jì)分析和構(gòu)思設(shè)計(jì)方案；把構(gòu)思的方案按先后時(shí)序排列標(biāo)注教師和學(xué)生活動(dòng)生成教學(xué)方案；把教學(xué)方案拿來試講，運(yùn)用技術(shù)設(shè)計(jì)原則和物理教學(xué)原則進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷展開優(yōu)化.后面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)隨時(shí)都可以跳轉(zhuǎn)到之前任意環(huán)節(jié)繼續(xù)設(shè)計(jì).

質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)分析 方案構(gòu)思 教學(xué)程序

1 設(shè)計(jì)要求(三維教學(xué)目標(biāo))

1.1 知識(shí)與技能

(1)認(rèn)識(shí)建立質(zhì)點(diǎn)模型的意義和方法，能根據(jù)具體情況將物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，知道它是一種科學(xué)的抽象，知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法.

(2)理解參考系的選取在物理中的作用，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選定參考系.

(3)認(rèn)識(shí)一維直線坐標(biāo)系，掌握坐標(biāo)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用.

1.2 過程與方法

(1)初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法.

(2)通過參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問題的方法

(3)體會(huì)用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性.

1.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

(1)認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性，培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然、勇于探索的精神.

(2)滲透抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想.

(3)滲透具體問題具體分析的辯證唯物主義思想.

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 教學(xué)內(nèi)容特征

“質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系”一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容特征如表1所示.

表1 教學(xué)內(nèi)容特征

2.2 學(xué)生原有知識(shí)基礎(chǔ)

高一學(xué)生在關(guān)于物體大小和形狀對(duì)所研究問題的影響方面知之甚少；參考系在初中物理中被叫做“參照物”；初中數(shù)學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)坐標(biāo)系概念，會(huì)應(yīng)用一維空間坐標(biāo)系(數(shù)軸)和平面直角坐標(biāo)系描述點(diǎn)的位置和軌跡.

3 方案構(gòu)思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)必須解決好質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系3個(gè)概念的引入、形成和鞏固提高等主要問題.知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)策略如圖1所示.

圖1 知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)策略搭配圖

4 教學(xué)程序

以下為課堂教學(xué)程序內(nèi)容,括號(hào)內(nèi)標(biāo)注教師和學(xué)生活動(dòng)，之后是相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容.

4.1 物體和質(zhì)點(diǎn)

4.1.1 引入

(教師播放視頻，學(xué)生觀看)

(1)引向興趣點(diǎn)：神舟飛船在茫茫太空遨游，雄鷹在空中翱翔，足球在綠茵場(chǎng)上飛滾……

(2)現(xiàn)象積累

(教師引導(dǎo)學(xué)生從生活中找實(shí)例分析物體大小和形狀對(duì)所研究問題的影響大小; 學(xué)生舉例并關(guān)注其他同學(xué)所舉實(shí)例及其分析)

1)生活經(jīng)驗(yàn)：確定地球公轉(zhuǎn)一周時(shí)間,確定火車過南京長(zhǎng)江大橋時(shí)間,確定百米運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)間,研究足球運(yùn)動(dòng)軌跡、鳥的飛行、流水瀑布飛落、羽毛飄落、跳水運(yùn)動(dòng)員上升與下落.

(教師選兩個(gè)學(xué)生用皮尺測(cè)量；學(xué)生復(fù)習(xí)初中所學(xué)長(zhǎng)度測(cè)量方法，認(rèn)真測(cè)量物體的尺寸或認(rèn)真觀察同學(xué)的測(cè)量活動(dòng))

2)物理實(shí)驗(yàn)：用皮尺測(cè)量教室內(nèi)東北角學(xué)生與西南角學(xué)生間的距離.

(教師引導(dǎo)學(xué)生完成表格；學(xué)生跟隨教師思路自己分析，并有序發(fā)表自己的看法 )

3)抽象與概括：物體的大小和形狀對(duì)研究問題影響的大小,如表2所示.

表2 物體大小、形狀對(duì)問題的影響

(教師組織學(xué)生分組討論;學(xué)生按教師要求獨(dú)立分析并參與小組討論，然后由小組達(dá)成共識(shí)得出結(jié)論)

“影響大小”與“能否忽略”之間的邏輯關(guān)系：影響很小可以忽略大小和形狀，影響很大就不能忽略大小和形狀.

4.1.2 形成

(教師引導(dǎo)學(xué)生操作再給出結(jié)果；學(xué)生跟隨教師思路操作)

(1)對(duì)物體做忽略大小和形狀操作

定義(操作法)：忽略物體的大小和形狀后就可看成有質(zhì)量的點(diǎn)，這個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)叫做質(zhì)點(diǎn).

(教師引導(dǎo)學(xué)生思考后明確指出，學(xué)生跟隨教師思路思考)

(2)質(zhì)點(diǎn)在物理學(xué)中應(yīng)該有什么樣的用途？

物理意義：用來代替物體的理想化物理模型.

(教師提出問題給小組討論后明確指出；學(xué)生參與小組討論，然后由小組得出結(jié)論)

(3)物體在什么情況下能被看成質(zhì)點(diǎn)？

物體能被看成質(zhì)點(diǎn)的條件：大小和形狀對(duì)所研究問題沒有影響或影響很小可以忽略.

4.1.3 鞏固 深化 提高

(教師引導(dǎo)學(xué)生把物體、質(zhì)點(diǎn)和幾何點(diǎn)做對(duì)比，得出結(jié)論；學(xué)生把物體與質(zhì)點(diǎn)做比較，再把質(zhì)點(diǎn)與幾何點(diǎn)做比較，找出相同與不同之處，完成表格)

(1)關(guān)鍵詞：質(zhì)量、點(diǎn).

(2)區(qū)分幾何點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)，如表3所示.

表3 幾何點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)的異同

(教師展示圖片或視頻，提出問題，在學(xué)生給出答案后講評(píng)；學(xué)生分組討論，分析問題練習(xí)解答)

(3)鞏固練習(xí)

1)下列哪些物體可以被看做質(zhì)點(diǎn)( )

A.研究雄鷹在兩地間飛翔過程中翅膀的運(yùn)行狀態(tài)

B.研究跳水運(yùn)動(dòng)員在下落過程中的技術(shù)動(dòng)作是否符合規(guī)范

C.確定遠(yuǎn)望三號(hào)測(cè)量船在海面上的位置

D.測(cè)量公共汽車在公路上行駛速度

2)有人說“很大的物體一定不能看成質(zhì)點(diǎn)，很小的物體必需被看成質(zhì)點(diǎn)”，這種說法對(duì)嗎？為什么？

3) 理想化物理模型是物理學(xué)研究問題的重要方法.將物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，忽略了哪些次要因素保留了哪些重要因素呢？

4.2 參考系

4.2.1 引入

(教師提出問題，然后要求舉手起來回答的學(xué)生盡可能說全面些；學(xué)生回顧初中所學(xué)內(nèi)容，舉手回答或找出回答的同學(xué)疏漏之處以便補(bǔ)充)

(1)引向興趣點(diǎn)：復(fù)習(xí)參照物概念.

說說你對(duì)“參照物”還有哪些印象呢？

(教師明確指出，學(xué)生聽講)

(2)現(xiàn)象積累、概括與抽象：(正名)參考系是參照物的科學(xué)名稱.

4.2.2 形成

(教師讓學(xué)生自己給出，學(xué)生由初中所學(xué)參照物知識(shí)給出)

(1)定義：研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)事先選定作為標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是不運(yùn)動(dòng)的物體.

(教師引導(dǎo)學(xué)生辨析，學(xué)生辨析)

(2)物理意義：機(jī)械運(yùn)動(dòng)是指一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體位置的改變.其中另一個(gè)物體就是參考系，它是第一個(gè)物體位置變化與否的標(biāo)準(zhǔn).

(教師讓學(xué)生給出，教師作補(bǔ)充完善；學(xué)生由初中所學(xué)參照物知識(shí)給出)

(3)參考系的選取原則

1)可以任意的(除被研究對(duì)象外)；

2)要考慮便于描述和解決問題；

3)研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)，通常選取地面或靜止在地面上的物體.

4.2.3 鞏固 深化 提高

(教師引導(dǎo)學(xué)生辨析運(yùn)動(dòng)與靜止，然后做講解；學(xué)生按教師引導(dǎo)辨析和聽講)

(1)關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn).

(2)運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性

1)沒有不運(yùn)動(dòng)的物體；

2)同一個(gè)物體選不同的參考系對(duì)其運(yùn)動(dòng)或靜止的描述是不同的.

(教師展示圖片或視頻提出問題，在學(xué)生給出答案后講評(píng)；學(xué)生分組討論，分析問題練習(xí)解答)

(3)鞏固練習(xí)

1)指出下列物體運(yùn)動(dòng)中選取的參考系( )

A.日出

B.神舟十一號(hào)飛船返回艙著陸

C.地球公轉(zhuǎn)

D.一江春水向東流

2)某一天地中海上無風(fēng)天氣，俄羅斯“庫茲涅佐夫”號(hào)航母正在地中海上向西航行，甲板上水手看到航母煙囪冒出的黑煙一邊上升一邊向東飄去，而岸上漁民卻只看到黑煙上升并不向東飄動(dòng)，這是為什么？

4.3 坐標(biāo)系

4.3.1 引入

(教師提出問題，然后要求舉手起來回答的學(xué)生盡可能說全面些；學(xué)生回顧數(shù)學(xué)所學(xué)內(nèi)容，舉手回答或找出回答的同學(xué)疏漏之處以便補(bǔ)充)

(1)引向興趣點(diǎn)：為什么要引入坐標(biāo)系？只有參考系不行嗎？

(教師明確指出；學(xué)生聽講回顧數(shù)學(xué)中學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí))

(2)現(xiàn)象積累、概括與抽象：(遷移)物理學(xué)中坐標(biāo)系是從數(shù)學(xué)中拿來用的.

4.3.2 形成

(教師講授，學(xué)生聽說)

(1)定義

1)一維空間坐標(biāo)系:在一條直線上規(guī)定正方向、坐標(biāo)原點(diǎn)和單位長(zhǎng)度就建立一維空間坐標(biāo)系.

2)二維空間坐標(biāo)系.

(2)物理意義：用來定量描述物體的位置和分析位置的變化.

4.3.3 鞏固 深化 提高

(教師引導(dǎo)學(xué)生辨別與討論，對(duì)學(xué)生討論結(jié)果做出補(bǔ)充與說明；學(xué)生按教師思路思考辨別，小組討論得出結(jié)論)

(1)坐標(biāo)與位置關(guān)系：兩者一一對(duì)應(yīng)，因此位置變化可用坐標(biāo)變化表示.

(2)參考系與坐標(biāo)系關(guān)系

1)區(qū)別：物理意義不同，參考系是用來確定物體位置變化的標(biāo)準(zhǔn)物體，坐標(biāo)系是用來定量確定物體位置的數(shù)學(xué)方法.

2)聯(lián)系：習(xí)慣上選定參考系之后把坐標(biāo)系原點(diǎn)建在參考系上.

(教師展示圖片或視頻提出問題，在學(xué)生給出答案后講評(píng)；學(xué)生分組討論，分析問題練習(xí)解答)

(3)鞏固練習(xí)1)田徑場(chǎng)上描述百米運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員的位置需要建立什么樣坐標(biāo)系？足球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，描述足球運(yùn)動(dòng)員的位置需要建立什么樣坐標(biāo)系？

2)在學(xué)校體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，你開始在位置A，3 s后你到達(dá)位置A正東3 m位置B，試建立合適的坐標(biāo)系描述A和B兩個(gè)位置，并給出相應(yīng)的位置坐標(biāo).

4.4 課堂小結(jié)

(教師講述，學(xué)生聽講)

質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系，它們是運(yùn)動(dòng)學(xué)乃至整個(gè)力學(xué)的最基本最重要的概念.描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先建立質(zhì)點(diǎn)模型代替實(shí)際物體簡(jiǎn)化研究對(duì)象，由于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，在描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)必須明確選定參考系.為了定量地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，還要建立坐標(biāo)系.

5 試講與評(píng)估

教學(xué)方案確定后，教師要進(jìn)行試講和方案評(píng)估，相關(guān)內(nèi)容見表4和表5.

表4 技術(shù)原則評(píng)估

續(xù)表

表5 教學(xué)原則評(píng)估

6 教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化流程

“質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系”的教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化流程如圖2所示.

圖2 教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化流程圖

楊沖天(1965- )，男，中教高級(jí)，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究.

2017-02-09)