“質點參考系和坐標系”教學設計

楊沖天

(泗縣第一中學 安徽 宿州 234300)

“質點參考系和坐標系”教學設計

楊沖天

(泗縣第一中學 安徽 宿州 234300)

以人教版高中《物理·必修1》第一章第一節“質點 參考系和坐標系”內容為設計依據，結合《普通高中物理課程標準》和高一學生情況，明確設計目的和要求；針對教學內容特征展開設計分析和構思設計方案；把構思的方案按先后時序排列標注教師和學生活動生成教學方案；把教學方案拿來試講，運用技術設計原則和物理教學原則進行評估發現設計缺陷展開優化.后面的設計環節隨時都可以跳轉到之前任意環節繼續設計.

質點參考系和坐標系 設計要求 設計分析 方案構思 教學程序

1 設計要求(三維教學目標)

1.1 知識與技能

(1)認識建立質點模型的意義和方法，能根據具體情況將物體簡化為質點，知道它是一種科學的抽象，知道科學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，會根據實際情況選定參考系.

(3)認識一維直線坐標系，掌握坐標系的簡單應用.

1.2 過程與方法

(1)初步掌握科學抽象理想化模型的方法.

(2)通過參考系的學習，知道從不同角度研究問題的方法

(3)體會用坐標方法描述物體位置的優越性.

1.3 情感態度與價值觀

(1)認識運動和靜止的相對性，培養學生熱愛自然、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思想.

(3)滲透具體問題具體分析的辯證唯物主義思想.

2 設計分析

2.1 教學內容特征

“質點參考系和坐標系”一節的教學內容特征如表1所示.

表1 教學內容特征

2.2 學生原有知識基礎

高一學生在關于物體大小和形狀對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”；初中數學中已經學習坐標系概念，會應用一維空間坐標系(數軸)和平面直角坐標系描述點的位置和軌跡.

3 方案構思

本節課的教學設計必須解決好質點、參考系和坐標系3個概念的引入、形成和鞏固提高等主要問題.知識點與教學策略如圖1所示.

圖1 知識點與教學策略搭配圖

4 教學程序

以下為課堂教學程序內容,括號內標注教師和學生活動，之后是相應的教學內容.

4.1 物體和質點

4.1.1 引入

(教師播放視頻，學生觀看)

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

(2)現象積累

(教師引導學生從生活中找實例分析物體大小和形狀對所研究問題的影響大小; 學生舉例并關注其他同學所舉實例及其分析)

1)生活經驗：確定地球公轉一周時間,確定火車過南京長江大橋時間,確定百米運動員跑步時間,研究足球運動軌跡、鳥的飛行、流水瀑布飛落、羽毛飄落、跳水運動員上升與下落.

(教師選兩個學生用皮尺測量；學生復習初中所學長度測量方法，認真測量物體的尺寸或認真觀察同學的測量活動)

2)物理實驗：用皮尺測量教室內東北角學生與西南角學生間的距離.

(教師引導學生完成表格；學生跟隨教師思路自己分析，并有序發表自己的看法 )

3)抽象與概括：物體的大小和形狀對研究問題影響的大小,如表2所示.

表2 物體大小、形狀對問題的影響

(教師組織學生分組討論;學生按教師要求獨立分析并參與小組討論，然后由小組達成共識得出結論)

“影響大小”與“能否忽略”之間的邏輯關系：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

(教師引導學生操作再給出結果；學生跟隨教師思路操作)

(1)對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量的點，這個有質量的點叫做質點.

(教師引導學生思考后明確指出，學生跟隨教師思路思考)

(2)質點在物理學中應該有什么樣的用途？

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；學生參與小組討論，然后由小組得出結論)

(3)物體在什么情況下能被看成質點？

物體能被看成質點的條件：大小和形狀對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

(教師引導學生把物體、質點和幾何點做對比，得出結論；學生把物體與質點做比較，再把質點與幾何點做比較，找出相同與不同之處，完成表格)

(1)關鍵詞：質量、點.

(2)區分幾何點與質點，如表3所示.

表3 幾何點與質點的異同

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

(3)鞏固練習

1)下列哪些物體可以被看做質點( )

A.研究雄鷹在兩地間飛翔過程中翅膀的運行狀態

B.研究跳水運動員在下落過程中的技術動作是否符合規范

C.確定遠望三號測量船在海面上的位置

D.測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點，很小的物體必需被看成質點”，這種說法對嗎？為什么？

3) 理想化物理模型是物理學研究問題的重要方法.將物體簡化為質點，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生盡可能說全面些；學生回顧初中所學內容，舉手回答或找出回答的同學疏漏之處以便補充)

(1)引向興趣點：復習參照物概念.

說說你對“參照物”還有哪些印象呢？

(教師明確指出，學生聽講)

(2)現象積累、概括與抽象：(正名)參考系是參照物的科學名稱.

4.2.2 形成

(教師讓學生自己給出，學生由初中所學參照物知識給出)

(1)定義：研究機械運動時事先選定作為標準被認為是不運動的物體.

(教師引導學生辨析，學生辨析)

(2)物理意義：機械運動是指一個物體相對于另一個物體位置的改變.其中另一個物體就是參考系，它是第一個物體位置變化與否的標準.

(教師讓學生給出，教師作補充完善；學生由初中所學參照物知識給出)

(3)參考系的選取原則

1)可以任意的(除被研究對象外)；

2)要考慮便于描述和解決問題；

3)研究地面上物體的運動，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

(教師引導學生辨析運動與靜止，然后做講解；學生按教師引導辨析和聽講)

(1)關鍵詞：標準.

(2)運動和靜止的相對性

1)沒有不運動的物體；

2)同一個物體選不同的參考系對其運動或靜止的描述是不同的.

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

(3)鞏固練習

1)指出下列物體運動中選取的參考系( )

A.日出

B.神舟十一號飛船返回艙著陸

C.地球公轉

D.一江春水向東流

2)某一天地中海上無風天氣，俄羅斯“庫茲涅佐夫”號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，這是為什么？

4.3 坐標系

4.3.1 引入

(教師提出問題，然后要求舉手起來回答的學生盡可能說全面些；學生回顧數學所學內容，舉手回答或找出回答的同學疏漏之處以便補充)

(1)引向興趣點：為什么要引入坐標系？只有參考系不行嗎？

(教師明確指出；學生聽講回顧數學中學習的相關知識)

(2)現象積累、概括與抽象：(遷移)物理學中坐標系是從數學中拿來用的.

4.3.2 形成

(教師講授，學生聽說)

(1)定義

1)一維空間坐標系:在一條直線上規定正方向、坐標原點和單位長度就建立一維空間坐標系.

2)二維空間坐標系.

(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

(教師引導學生辨別與討論，對學生討論結果做出補充與說明；學生按教師思路思考辨別，小組討論得出結論)

(1)坐標與位置關系：兩者一一對應，因此位置變化可用坐標變化表示.

(2)參考系與坐標系關系

1)區別：物理意義不同，參考系是用來確定物體位置變化的標準物體，坐標系是用來定量確定物體位置的數學方法.

2)聯系：習慣上選定參考系之后把坐標系原點建在參考系上.

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

(3)鞏固練習1)田徑場上描述百米運動中運動員的位置需要建立什么樣坐標系？足球運動場上，描述足球運動員的位置需要建立什么樣坐標系？

2)在學校體育運動場上，你開始在位置A，3 s后你到達位置A正東3 m位置B，試建立合適的坐標系描述A和B兩個位置，并給出相應的位置坐標.

4.4 課堂小結

(教師講述，學生聽講)

質點、參考系和坐標系，它們是運動學乃至整個力學的最基本最重要的概念.描述物體運動時，首先建立質點模型代替實際物體簡化研究對象，由于運動的相對性，在描述質點的運動時必須明確選定參考系.為了定量地描述質點的運動，還要建立坐標系.

5 試講與評估

教學方案確定后，教師要進行試講和方案評估，相關內容見表4和表5.

表4 技術原則評估

續表

表5 教學原則評估

6 教學設計與優化流程

“質點參考系和坐標系”的教學設計與優化流程如圖2所示.

圖2 教學設計與優化流程圖

楊沖天(1965- )，男，中教高級，主要從事中學物理教學及研究.

2017-02-09)