夏有超 聶義友 周新雅

(江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院 江西 南昌 330022)

“質(zhì)點(diǎn)”是人教版《高中物理·必修1》第一章第1節(jié)的內(nèi)容，也是學(xué)生初入高中階段最先接觸的抽象概念，還是貫穿整個高中物理知識體系中的最基礎(chǔ)、最重要的概念之一，在培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力和科學(xué)思維能力等方面不可或缺.然而，一些物理教師在處理這一知識點(diǎn)時，只注重講解“質(zhì)點(diǎn)”的定義和在什么情況下物體可以被看作“質(zhì)點(diǎn)”的條件，而忽略創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境進(jìn)行教學(xué)，由此造成學(xué)生只能“囫圇吞棗”地機(jī)械式記住這一知識點(diǎn)，沒有真正理解“質(zhì)點(diǎn)”的物理意義.在中學(xué)物理課堂教學(xué)過程中，創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境對激發(fā)學(xué)生問題意識、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力具有十分重要的促進(jìn)作用[1].特別是對于剛從初中進(jìn)入高中階段的學(xué)生而言，如果“開場教學(xué)”效果不佳，會導(dǎo)致以后的物理學(xué)習(xí)困難重重.有鑒于此，筆者特針對“質(zhì)點(diǎn)”嘗試開展讓質(zhì)點(diǎn)“活”起來的“生活化”微設(shè)計，以期對這一部分內(nèi)容的教學(xué)有所幫助.

1 “質(zhì)點(diǎn)”生活化的教學(xué)設(shè)計

1.1 從生活走向物理 生活化的教學(xué)引入

PPT展示投籃、打排球和人在操場跑步的圖片.

師：請同學(xué)們在紙上分別畫出籃球在空中的軌跡、排球在空中的軌跡以及人繞操場跑一圈的運(yùn)動軌跡.

讓學(xué)生先畫出運(yùn)動軌跡模擬圖，教師再將學(xué)生所畫軌跡模擬圖投影在屏幕上,如圖1、圖2和圖3所示.

圖1 籃球的運(yùn)動軌跡

圖2 排球的運(yùn)動軌跡

圖3 人的運(yùn)動軌跡

1.2 理解“點(diǎn)”的作用

問：3幅圖中，所畫的“點(diǎn)”代表什么？

生：分別代表籃球、排球以及人.

問：也就是說，“點(diǎn)”可以代表所要研究的物體.在數(shù)學(xué)中的點(diǎn)是沒有大小和形狀的，你們在畫這三者的軌跡時，為什么可以選擇用一個“點(diǎn)”來代替所要研究的物體呢？

生：因為在這3種情況下，物體的大小和形狀相對于物體運(yùn)動的軌跡來說，可以忽略不計.

師：在某些情況下，比如在研究這些物體的運(yùn)動軌跡時，因為物體的大小和形狀相對于物體的運(yùn)動軌跡來說影響很小，可忽略不計.此時就可以把物體看成一個“點(diǎn)”，用一個“點(diǎn)”來代替物體，變研究物體的運(yùn)動為研究該點(diǎn)的運(yùn)動.

問：“點(diǎn)”運(yùn)動到某一位置，說明了什么？

生：說明“點(diǎn)”所代表的物體運(yùn)動到了哪里.

師：在日常生活中，可以通過研究“點(diǎn)”的運(yùn)動情況來確定“點(diǎn)”所代表物體的運(yùn)動情況.例如，在“手機(jī)百度地圖”(如圖4所示)中，用一個“點(diǎn)”代表我們，這個“點(diǎn)”在哪里，就知道自己現(xiàn)在的位置在哪里.

圖4 百度地圖

設(shè)計意圖：用學(xué)生所熟悉的“手機(jī)百度地圖”的實例，生動形象地展示“點(diǎn)”的作用，幫助學(xué)生更好地理解“點(diǎn)”，也讓學(xué)生初步認(rèn)識物理模型在探索自然規(guī)律中的作用.

師：人類居住的地球在繞太陽公轉(zhuǎn)，同時又在自轉(zhuǎn).因此，地球的各部分離太陽的遠(yuǎn)近在不斷變化.但是，如果考慮到地球到太陽的距離長達(dá)1.5×108km,而地球的直徑只有1.3×104km，還不到它與太陽距離的萬分之一，那么，在研究地球公轉(zhuǎn)的時候，由地球的大小而引起的地球上各部分的運(yùn)動差異就可以忽略不計了[2].也就是說，研究地球公轉(zhuǎn)時可以忽略地球的大小和形狀而把它看做“點(diǎn)”.同學(xué)們可以試著畫出地球公轉(zhuǎn)的軌跡(如圖5所示).

圖5 地球公轉(zhuǎn)軌跡圖

1.3 物體能被看成“點(diǎn)”的條件

問：如果要研究籃球和排球在空中的旋轉(zhuǎn)、人跑步的姿勢以及地球自轉(zhuǎn)等情況，還能不能把這些物體看成一個沒有大小和形狀的“點(diǎn)”呢？

生：不可以.在這些情況下，物體的大小和形狀均不可被忽略.

師：對，一個物體能否看成一個“點(diǎn)”是要依據(jù)所研究問題的具體性質(zhì)來定的.

問：一列50 m長的火車在過隧道時，如圖6所示，可不可以用火車上面的一個“點(diǎn)”的運(yùn)動來代替火車的整體運(yùn)動？

圖6 火車過隧道

生：不可以，火車相對于常見的隧道來說很長，不可以忽略大小和形狀.

問：請問，把物體看成“點(diǎn)”的意圖是什么？

生：把物體看成“點(diǎn)”，意味著不需要關(guān)注物體的大小和形狀，用“點(diǎn)”的運(yùn)動來代替物體的整體運(yùn)動.

師：火車在過隧道時，當(dāng)我們只關(guān)心火車的整體運(yùn)動時，可以認(rèn)為火車上各點(diǎn)的運(yùn)動情況完全相同，因而可以用上面一個“點(diǎn)”的運(yùn)動來表示火車的整體運(yùn)動.例如，在火車前端取一A點(diǎn)，就可以用A點(diǎn)來代替火車的整體運(yùn)動.當(dāng)A點(diǎn)離隧道出口50 m時，就表明火車剛好全部出隧道.這個例子向我們說明，平動的物體可以看成一個“點(diǎn)”，用物體上面的一個“點(diǎn)”來代替物體整體的運(yùn)動.

1.4 讓“點(diǎn)”活起來

問：如果自然界的物體，包括我們每一個人，都是一些沒有大小和形狀的“點(diǎn)”，這樣的世界豈不過于單調(diào)乏味？為了讓“點(diǎn)”有意思，現(xiàn)在你有一個機(jī)會，給這個“點(diǎn)”賦予物體的某種屬性，你會將物體的哪種屬性賦予這個“點(diǎn)”？

適宜性分值銜接了空間開發(fā)限制性與建設(shè)用地空間管制[15]，即適宜性等級評價中最適宜區(qū)為非強(qiáng)限制區(qū)與較強(qiáng)限制區(qū)，得分最高的疊加區(qū)域，該區(qū)域宜劃入適建區(qū)；特別不適宜區(qū)分布在強(qiáng)限制區(qū)內(nèi)，該區(qū)域應(yīng)劃入禁建區(qū)；不適宜區(qū)處于非強(qiáng)限制區(qū)與較強(qiáng)限制區(qū)得分最低的區(qū)域，該區(qū)域宜劃入限建區(qū)；基本適宜區(qū)雖然不在強(qiáng)限制區(qū)內(nèi)但適宜性分值并不高，可根據(jù)具體情況將分別劃入適建區(qū)、限建區(qū)。

學(xué)生交流討論，教師適當(dāng)引導(dǎo)，將物體的質(zhì)量賦予這個“點(diǎn)”.

師：因為我們將物體的質(zhì)量賦予了這個“點(diǎn)”，這個“點(diǎn)”就變成了一個有質(zhì)量的“點(diǎn)”.為了突出這個“點(diǎn)”是有質(zhì)量的，物理學(xué)中把這個“點(diǎn)”叫做“質(zhì)點(diǎn)”.所以，“質(zhì)點(diǎn)”中的“質(zhì)”代表的是所研究物體的質(zhì)量.

質(zhì)點(diǎn)的定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)，是一個理想化的模型.(板書)

師：如果給你兩個“質(zhì)點(diǎn)”，你能判斷出這兩個“長得一樣”的點(diǎn)所代表的物體是什么嗎？比如黑板上，代表人的“質(zhì)點(diǎn)”和代表地球的“質(zhì)點(diǎn)”.

生：不好區(qū)分.

師：現(xiàn)實生活中，為了讓“質(zhì)點(diǎn)”有意思，也為了更加方便地研究物體，會將研究物體的大致輪廓畫出來(如圖7和圖8所示)，但是，在分析某些問題時，依然要把物體當(dāng)作一個“質(zhì)點(diǎn)”來分析.通過將物體的質(zhì)量賦予“點(diǎn)”和畫出物體的輪廓這兩種方式，使得“點(diǎn)”從此不再那么單調(diào)乏味，變得“活”起來.

圖7 人繞操場跑步軌跡

圖8 地球公轉(zhuǎn)軌跡圖

設(shè)計意圖：通過設(shè)計讓“點(diǎn)”活起來這一環(huán)節(jié)，一方面可以有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其對“質(zhì)點(diǎn)”的理解更加深刻；另一方面，讓“質(zhì)點(diǎn)”教學(xué)與學(xué)生頭腦中已有的知識聯(lián)系起來，使學(xué)生在原有的知識基礎(chǔ)上生長出新的知識.有趣的教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的同時，也踐行了“從生活走向物理，從物理走向生活”的教學(xué)理念.

1.5 從物理走向生活 學(xué)以致用

演示：教師用球拍上下?lián)舸蚱古仪?如圖9所示).

圖9 用球拍打乒乓球

問：在什么情況下，可以將乒乓球看成“質(zhì)點(diǎn)”？什么情況下，不可以將乒乓球看成“質(zhì)點(diǎn)”？

生：在研究乒乓球上下運(yùn)動軌跡的時候，乒乓球可以看成“質(zhì)點(diǎn)”；在研究乒乓球在空中旋轉(zhuǎn)的情況時，乒乓球不可以看成“質(zhì)點(diǎn)”.

師：球拍可不可以看成“質(zhì)點(diǎn)”呢？

生：不可以.它不滿足看成“質(zhì)點(diǎn)”的條件.

師：可不可以創(chuàng)設(shè)出讓球拍能被看成一個“質(zhì)點(diǎn)”的情境呢？

生甲：拿著球拍在教室轉(zhuǎn)一圈，研究它的運(yùn)動軌跡的時候，就可以把球拍看成一個“質(zhì)點(diǎn)”.

生乙：讓球拍做平動，就可以把球拍看成一個“質(zhì)點(diǎn)”.

設(shè)計意圖：通過“用球拍上下拍打乒乓球”的實例將物理知識與學(xué)生的實際生活聯(lián)系起來，可以加深學(xué)生對“質(zhì)點(diǎn)”概念的理解，鍛煉其解決實際問題的能力，也為“參考系”的講解做好鋪墊.

1.6 順其自然 銜接“參考系”

演示：教師拿著球拍平動，球拍在做平動的時候，可以把它看成一個“質(zhì)點(diǎn)”；教師拿著球拍在教室中走動，研究球拍運(yùn)動的軌跡時，可以將球拍看成一個“質(zhì)點(diǎn)”.

問：教師拿著球拍在教室走動，球拍現(xiàn)在是不是運(yùn)動的？相對誰是運(yùn)動的？

生：是運(yùn)動的，相對于地面是運(yùn)動的.

問：那球拍相對于老師，是不是運(yùn)動的呢？

生：不是.相對老師來說，球拍是靜止的.

師：也就是說，選擇不同的參考系，物體的運(yùn)動情況可能不同.

2 教學(xué)反思

良好的開端是成事之半，學(xué)生剛從初中進(jìn)入高中，還習(xí)慣于以前的形象思維，對于較為抽象的“質(zhì)點(diǎn)”模型理解起來存在一定的困難，如果不能幫助其準(zhǔn)確地掌握，就會對后續(xù)的物理學(xué)習(xí)造成不利影響.因此，設(shè)計將“質(zhì)點(diǎn)”拆開來講，即先講清楚“點(diǎn)”，后講清楚“質(zhì)”.這樣做的好處是，既可以使“質(zhì)點(diǎn)”的教學(xué)不再顯得那么生硬，又能使整個教學(xué)活動符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和心理特點(diǎn).

在新課教學(xué)時采用生活實例引入、并將生活中的元素融入教學(xué)過程中的好處便是，既能充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又使得抽象的“質(zhì)點(diǎn)”變得豐滿起來，同時也有利于踐行“從生活走向物理，從物理走向生活”的教學(xué)理念.最后，用一個教師拿著球拍運(yùn)動的實例，自然而然地過渡到了下一個知識點(diǎn)，巧妙地實現(xiàn)了知識點(diǎn)間的銜接.

總之，物理教師在教學(xué)過程中，要時刻注意將物理與生活聯(lián)系起來，用生活之水來激“活”物理之水，使物理能永葆青春.