(江蘇省南京市第九中學(xué)，江蘇 南京 210018)

1 對(duì)人教版教材編寫思路的認(rèn)識(shí)

關(guān)于位移的概念，人教版高中物理教材寫道：“一個(gè)人從北京去重慶，可以選擇不同的交通方式。既可以乘火車，也可以乘飛機(jī)，還可以先乘火車到武漢，然后乘輪船沿江而上。顯然，在這幾種情況下，他所通過(guò)的路線，也就是他運(yùn)動(dòng)的軌跡是不一樣的。我們?cè)诔踔幸呀?jīng)知道，路程是物體運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度，可見他所經(jīng)過(guò)的路程也不相同。但是，就位置的變動(dòng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論使用什么交通工具、走過(guò)了怎樣不同的路程，他總是從北京到達(dá)了西南方向直線距離約1300km的重慶，即位置的變動(dòng)是相同的?！?/p>

“當(dāng)物體從某一點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí)，盡管可以沿不同的軌跡、走過(guò)不同的路程，但位置的變動(dòng)是相同的。在物理學(xué)中用一個(gè)叫做位移的物理量來(lái)表示物體的位置變化?！?/p>

通讀上面兩段文字，讀者能很自然地概括得出這樣一個(gè)結(jié)論：當(dāng)物體從某一點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí)，位置的變動(dòng)是相同的，但路程有可能是不一樣的，所以路程這個(gè)物理量不能用來(lái)表示物體的位置變化，進(jìn)而引入位移這個(gè)物理量來(lái)表示物體的位置變化。這樣的內(nèi)容編寫，既沒(méi)有講清楚為什么位移能表示物體的位置變化，也不能讓學(xué)生深刻體會(huì)位移與路程兩者之間的差異。

2 基于學(xué)生活動(dòng)的位移概念教學(xué)設(shè)計(jì)

在位移概念教學(xué)時(shí)，要解決以下3個(gè)問(wèn)題：(1) 為什么可以用位移來(lái)表示物體的位置變化？(2) 位移(矢量)與路程(標(biāo)量)有怎樣的不同？(3) 怎么計(jì)算直線運(yùn)動(dòng)的位移？

筆者在教學(xué)中針對(duì)這3個(gè)問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中加深對(duì)位移概念的認(rèn)識(shí)。

活動(dòng)1：描述物體的位置變化

師：從南京新街口出發(fā)，開車到連云港花果山大約有333公里。在導(dǎo)航地圖上可以清晰看到汽車位置的變化(如圖1)。請(qǐng)同學(xué)們思考：如何描述汽車的位置變化？

圖1

生1：汽車最初在南京新街口，而后運(yùn)動(dòng)到了333公里的遠(yuǎn)處。

生2：我覺(jué)得他的回答不夠嚴(yán)謹(jǐn)，“運(yùn)動(dòng)到了333公里的遠(yuǎn)處”并不一定是到了連云港花果山，還可能是其他地方。應(yīng)該這樣表述：汽車最初在南京新街口，而后沿著寧洛高速、長(zhǎng)深高速運(yùn)動(dòng)到了333公里的遠(yuǎn)處。

生3：如果知道方向的話，可以這樣表述：汽車最初在南京新街口，而后位于北偏東一定角度、距離新街口333公里處。

生4：同學(xué)3的回答有誤，汽車的末位置在北偏東一定角度，但它距離新街口的距離并不是333公里。

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中通過(guò)設(shè)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生討論、爭(zhēng)辯，可以讓學(xué)生明白只要知曉始末位置間的直線距離及方向就可以確定運(yùn)動(dòng)物體的位置。如果有物理量能同時(shí)反映始末位置間的直線距離和方向，那么它便可以用來(lái)表示運(yùn)動(dòng)物體的位置變化。在物理學(xué)中這個(gè)物理量就是位移，它可以用從初位置到末位置作一條有向線段來(lái)進(jìn)行表示。有向線段的箭頭表示位置變化的方向，有向線段的長(zhǎng)短表示始末位置間的直線距離。

圖2

活動(dòng)2：從相加法則的不同感知位移與路程的差異

師：同學(xué)甲從操場(chǎng)中心A位置出發(fā)，向北走了40m到達(dá)位置B，接著又向東走了30m到達(dá)位置C。請(qǐng)同學(xué)們用有向線段表示他第一次的位移、第二次的位移和兩次行走的合位移。并計(jì)算該同學(xué)的合位移與總路程的大小各是多少。

分析：總路程大小為70米，用勾股定理算得合位移大小為50米?？偮烦痰拇笮〉扔趦纱芜\(yùn)動(dòng)的路程大小的代數(shù)和，而合位移的大小卻不等于兩次運(yùn)動(dòng)的位移大小的代數(shù)和。在物理學(xué)中，我們將位移這樣的物理量叫做矢量，它既有大小又有方向，遵從矢量相加的法則；將路程這樣的物理量叫做標(biāo)量，遵從算術(shù)相加的法則。

師：同學(xué)們能不能說(shuō)一說(shuō)，還有哪些物理量是標(biāo)量，哪些物理量是矢量？

分析：時(shí)間、質(zhì)量等物理量是標(biāo)量，位移是學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)習(xí)的第一個(gè)矢量，因此很多學(xué)生答不出還有哪些物理量是矢量。此問(wèn)題的意義在于，從矢量、標(biāo)量的角度讓學(xué)生重新認(rèn)識(shí)已學(xué)習(xí)過(guò)的物理量。

活動(dòng)3：做直線運(yùn)動(dòng)的物體位移的計(jì)算及矢量相加法則的探究

教師呈現(xiàn)問(wèn)題：一物體從坐標(biāo)軸的原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)為4m的地方用了3s的時(shí)間，后又經(jīng)過(guò)3s運(yùn)動(dòng)到-2m處，則：

(1) 物體在前3s的位移大小與方向；

(2) 物體在后3s的位移大小與方向；

(3) 物體在6s內(nèi)的路程；

(4) 物體在6s內(nèi)的位移大小與方向。

圖3

分析：

(1) Δx=4m，前3s的位移大小為4m，方向指向x軸正方向；

(2) Δx=-6m，后3s的位移大小為6m，方向指向x軸負(fù)方向；

(3) 6s內(nèi)的路程為10m；

(4) Δx=-2m，6s內(nèi)的位移大小為2m，方向指向x軸負(fù)方向。

引導(dǎo)學(xué)生探尋同一直線方向上的矢量運(yùn)算的法則。位移是矢量，是有方向的，從位移的定義來(lái)講，6s內(nèi)的位移大小一定為2m，它其實(shí)也是前3s與后3s兩個(gè)位移的矢量相加，為4m+(-6m)=-2m，其中后3s的位移為-6m，其中的“-”號(hào)表示位移的方向，同樣6s內(nèi)的位移為-2m，其中的“-”號(hào)是合位移的方向。歸納總結(jié)可以得到同一直線方向上的矢量運(yùn)算的方法：確定好正方向，與正方向相同的矢量用正值表示，與正方向相反的矢量用負(fù)值表示，接著數(shù)值相加，相加結(jié)果的正、負(fù)代表合矢量的方向，正、負(fù)號(hào)后的數(shù)字即為合矢量的大小。

3 結(jié)語(yǔ)

3個(gè)活動(dòng)主旨鮮明、層次清晰，活動(dòng)1通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主解決問(wèn)題，力求能在思考交流的過(guò)程中生成位移的概念；活動(dòng)2通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生討論、思辨，以降低概念學(xué)習(xí)的難度，幫助學(xué)生深刻地理解位移的矢量屬性；活動(dòng)3通過(guò)實(shí)例計(jì)算，在活動(dòng)1、2的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生更加全面深刻地理解位移概念，掌握做直線運(yùn)動(dòng)物體的位移的計(jì)算方法。