多版教材中“時間與位移”內容比較和教學優化

(江蘇省張家港市樂余高級中學，江蘇 張家港 215621)

1 問題的提出

高中物理教材中的“時間和位移”一節內容是在初中“長度與時間的測量”內容上的延伸與拓展。

其中“位移”概念是學生進入高中接觸到的第一個矢量，有別于初中的路程概念。運動學研究的一個教學難點就是“合理、熟練地進行矢量處理”，從多年的教學經驗看，高一學生對矢量概念的掌握情況并不好。

正確區分“時間間隔”和“時刻”，這也是本節教學的目標之一，而初中教材中的“時間測量”主要涉及一段時間。

基于以上分析，對比國內現有部分版本教材(本文比較的版本是人教版、滬科教版、教科版和粵教版)的內容設置，體悟編寫專家的意圖，充分汲取各版教材的優點，并對其進行有效整合，將有助于本節教學的順利開展。

2 教材比較和評析

2.1 教材結構與知識邏輯

教材知識的呈現順序、邏輯和編排結構體現了編寫專家對教材體系的認知和對課堂教學的引導思路。從教材的結構和知識邏輯順序等維度分析和對比教材，有助于教師理解編者的意圖。四版教材中“時間和位移”的知識邏輯順序如表1所示，從表1可見，四個版本的編排有較大的差異，這一差異具體表現在教材內容的選取上。

表1

2.2 教材“路程與位移”的內容設置

人教版在“路程與位移”的內容設置上，著墨不多。該版教材以“北京到重慶”的交通圖為例，引發學生思考，得出位移與路程的相關概念。其后，通過具體的事例探討了標量的運算法則，然后以“位移”為例，讓學生初次感知矢量的運算特點。由于矢量概念對于剛進入高中的學生來說是“新事物”，理解上有一定的難度，編者的意圖應該是采用逐漸滲透的方式來幫助學生理解和應用。課后的“問題與練習”欄目中，設計了三道涉及“路程與位移”的習題，其中“問題4”通過表格的方式，討論了“在不同坐標原點下，各位置的坐標和高度差”和“不同過程下的位移”，讓學生第一次清晰感知“高度的相對性”和“高度差的絕對性”等。

滬科教版以一張“上海航空港的航線圖”，通過“航線”引入位置的變化，然后配以“上海到烏魯木齊的位移與路程”圖片，對比了位置變化和軌跡特點，引出了位移與路程的概念，并強調了位移具有“方向”這一特點。通過“討論與思考”欄目，設置了兩個具體的情境，意圖通過學生的思考，讓學生能夠回答“位移與路程的區別”和“何種情況下，位移的大小等于路程”這兩個問題。最后以一個具體的事例，引出“用坐標表示位置和位移”，并從一維情況向二維、三維拓展。在課后的“家庭作業與活動”欄目中，設置了4個問題，涉及生活中的交通工具、體育運動等情境。在整個教材內容的設計中，該版本主要特點是通過情景創設，以問題來呈現相關內容，教材圖文并茂。

教科版中的“位移”單獨成節，以“穿越沙漠”圖片為例，提出3個問題：“我在哪里？”“我要去的地方在哪里？”“選哪條路線最佳？”從而引出三個物理量“位置”“位移”“路程”。在“確定位置的方法”中，以海、陸、空三張圖片為例，引發學生思考：如何確定物體的位置？從而順利地引出一維和二維坐標系問題。在“位移”這部分內容中，教材以兩個運動實例引出位移概念，并通過一個例題加以強化。最后教材對“標量和矢量”進行了簡單討論。在教材的結尾處，設計了三個欄目：(1) “討論交流”欄目，通過具體的三個問題的設計，引導學生歸納總結“路程與位移”的區別；(2) “練習與評價”欄目設計了兩道課后習題，對本節進一步強化；(3) “發展空間”欄目，對“全球定位系統”進行介紹，既達到科普的目的、拓展學生的視野，又激發了學生學習的熱情，教材內容比較詳實豐富。

粵教版在“路程與位移”的內容設置上，較為簡化。該版教材以告知的方式配以一張圖片，引出位移與路程兩個概念，設計了一道例題,通過解答強化學生對概念的理解。在“標量和矢量”的內容設計上，該版以旁白的方式告知。課后練習中共設計了2道習題。

2.3 教材“時間與時刻”的內容設置

四版教材在“時間和時刻”的內容設置上均較為簡單：(1) 在欄目名稱的設計上，粵教版、教科版和滬科教版等三版的名稱均為“時間和時刻”，人教版的名稱為“時間間隔和時刻”。(2) 人教版、教科版和滬科教版均引入了時間軸從而區分“時刻”和“時間間隔”，該種方式能夠有效幫助學生區分兩個概念；粵教版則在“討論與交流”欄目設計了一張“列車時刻表”要求學生讀出時刻和時間間隔，該方式聯系生活實際，有效激發了學生學習物理的興趣。(3) 在習題的選編和課后拓展上，粵教版在教材尾頁處設計了一個“資料活頁”欄目，介紹了“時鐘的發展史”，拓展了學生的視野。

3 教學策略的兩點優化

從教學現場觀察發現，部分教師在處理“時間與位移”知識點時，往往是節奏快、用時少，只關注把概念講清楚，不注重概念的生成過程。運用這種方式，學生只是被動的“知識接收者”，無法真正達到理解、貫通。筆者認為，在概念的新授課中，應關注學生已有的知識水平，在此基礎上創設恰當的情景，沿著學生的思維生長方向，顯化方法教育，提升關鍵能力。

3.1 在“比較”中生成

本節教材涉及的幾個概念均具有對比性，教學中可以充分利用“比較”法，通過一定的情景創設，在比較中明確差異，在比較中尋找特征，從而生成概念。

例如在“時間間隔和時刻”概念的引入中，教師可以投影教室里的“作息時間表”和粵教版中的“列車時刻表”，讓學生觀察兩表上對應時間的內涵，明確“時間間隔”和“時刻”的意義，學會區分。

又如在“位移”概念的引入中，可以出示人教版中的“北京到重慶的交通圖”，設計以下幾個問題“從北京到重慶，在交通工具上，你可以有哪些選擇？”“不同的選擇下，有何相同點和不同點？”。學生在這樣的問題引領下，去自主尋找、發現特征，在“求同存異”中發現相同點和不同點，從而真正理解為什么要建立“位移”和“路程”兩個概念，以及各自的特點。

3.2 在生活化場景中生成

物理來源于生活，又回歸于生活。在課堂教學中，教師有目的地引入一些生活化的實例或場景，讓學生在情境體驗中發現問題、研究問題和解決問題，在問題的解決中建立物理觀念、實現能力的提升和情感的升華，從而有效地培養學生的學科核心素養。

例如“位移”概念的引入，除了可以借助教材上的事例，教師還可以設計一些生活化的場景，如“每天中午放學后，你從教室到食堂，有哪些可選的路徑？如何才能更快地到達食堂？”由于大部分高中學生都是在食堂用餐，這一事例與他們的生活密切相關。在實際的課堂教學中，這一問題拋出后，學生參與度非常高，各抒己見。教師順勢引導學生發現相同點和不同點，從而正確地建構概念。

再如“矢量”概念，學生初次接觸時，往往是通過記憶的方式去記住某些概念是不是矢量，時間一長，往往就會混淆。如何來正確區分標量和矢量的特點？從運算法則入手是一種有益的嘗試。教學中可以設計一定的情景，如“每個蘋果0.25kg，兩個合起來多少？”和“一個物體先向東直線運動3m，再向南直線運動4m，請畫出運動示意圖，并計算(1) 每一個小過程的位移與路程；(2) 計算全過程的位移與路程”。通過以上問題的設計，讓學生明確感知“標量的運算法則”，在嘗試中初次體悟“矢量的運算法則”，為以后矢量的運算打下基礎。