几个基本概念的建立 ──质点、参考系、坐标系、时间和位移

一、教材分析(地位、编排及意义)

这一章直线运动是从最基本、最简单的概念入手，引导学生认识运动的基本规律和对运动状态的描述方法，而本节是本章第一节，内容看似简单实际每个概念都是运动学的基础。质点和位移是运动学重要概念，要让学生理解各个概念的准确含义;通过学习建立起学生对基本概念的科学认识，同时渗透物理学中的重要研究方法──通过科学抽象，建立理想模型，为进一步学习运动学和动力学知识埋下较好的铺垫。

从教材的编排意图上看，既注重科学方法又注意学生的认知规律。在本节概念的形成描述中本非罗列实例让学生机械记忆，而是针对实践问题的矛盾点而导出的，这种编排结构和设计思想能较好地突出理论与实践的统一，使学生明白物理概念既源于实践又用之于实践，有利于学生在学习中主动唤起探究和联系生活的意识，充分体现新课改理念，同时渗透抽象、对比的思想方法对培养学生的优质思维具有重要的意义。

二、学生分析(学习者分析)

本节教材知识的接受对象是高一新生，已初步接受过初中新课程教育理念的熏陶，但学生头脑陈述性知识多、还处于形象、直观的思维水平。浙江高中新课程实施在2006年下半年才开始，高中教材依旧是新课程前的教材，因此初中原有知识结构与高中阶段的物理学知识、教与学的方式跨度较大，学生对于抽象的概念学习普遍感到困难;对质点这一理想模型，学生还是第一次接触，科学抽象的能力尚难具备;尽管学生已有参考系、路程、时间和时刻的概念，但属粗略的表述，头脑中原有对这些概念表述、测量方法缺乏科学性;概念的引出重结果、轻过程，概念归纳也缺少科学思维特征：对比引出位移、时间这一具体概念，忽视次要矛盾引出质点模型，用感官去接触和感知概念的属性，等等。

另外，高一新生对学习信息加工过程没有相关的原有知识，缺乏联系，尚难形成有意义的学习思维风格。学生学习动机往往只满足于记住概念的定义，而对于怎样运用规则去做事却不很关心，因此遇到实际问题解决不了，难免出现焦虑心理，时间一长就会失去学习物理的兴趣。依据认知规律，最好启发学生自己进行讨论、鉴别，从感性认识到理性认识，丰富程序性知识，避免形成“高分低能、眼高手低”的毛病。

三、教学目标(根据教材和学生分析确定教学目标，表达精确、规范，可观察和测量)

知识和技能目标：

①能说出参考系的概念。知道对同一物体选择不同的参考系时，观察的结果可能不同，参考系可以任意选择，但在研究中应考虑方便性。

②理解质点的概念，知道它是一种科学抽象。对提供的实例，会分析出何时能看成质点，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。

③知道时间和时刻的含义。会在实例中对比两者异同，知道实验室测量时间的方法。

④理解位移概念。知道它是表示质点位置变动的矢量，可以用有向线段来表示;

⑤知道位移和路程的区别，对提供的实例，能正确判断出位移与路程的表示结果。

过程与方法目标：

①学生要充分联系生活实际，抓住生活中物理问题的矛盾点，参与归纳几个概念的形成过程，展示自己的优质思维过程。

②通过多个实例的分析讨论，逐渐让学生领会这样的科学思维方法：抓住主要特征忽略次要因素的科学抽象法;通过观察比较正反例证发现概念本质特征的方法。

情感价值目标：

①培养学生严谨认真的态度，敢于坚持正确的观点和修正错误，形成实事求是的科学观。

②形成善于观察生活物理的习惯，培养学生科学兴趣，渗透具体问题具体分析的哲学思想。

四、教学任务分析(对照教学目标，这里用加涅和对学习结果分类和结构层次分析，并确定教学重点和难点)

参考系、质点、时间时刻、位移等这几个目标概念，根据加涅的学习结果分类，都属于智慧技能中的具体概念。依据奥苏伯尔的学习理论，这些概念可作为陈述性知识水平来学习，要求学生能说出这些概念的名称、含义或关键特征，再在习得陈述性知识基础上进行程序性知识水平学习，提示学生把生活中原有知识概念的例子呈现出来，举例同一物体对不同参考系下的结果、位移与路程概念的正反例子，引导学生比较与对照，发现新概念的共同特征，同时为概念的学习提供情景设计和练习反馈。

1.对于参考系概念学习侧重于陈述性知识学习，用奥苏伯尔的同化论分析比较合适。学习的必要条件是机械运动概念，支持性条件是对生活中相对运动的感知程度和观察态度，推知学生起点能力是已知运动的相对性以及有观察和辨别相对位置改变的基本能力。

2.质点是学生第一次接触要建立的理想模型，比较抽象，属本节重点，其科学思维方法也是本节教学中的难点。依据加涅学习理论，必要条件是辨别理解各种运动情景，掌握科学抽象的研究方法，支持性的条件是具备抓主要略次要的能力，可知起点能力是具有具体问题具体分析的认知策略。

3.时间和时刻概念是学生生活中较容易理解的概念，因此可以紧密结合生活，主动探讨用时间数轴表示概念的科学方法，并实物展示测量时间和时刻的工具。

4.位移是运动学的重要概念，是本节课学习的另一重点，而理解惟一性特征是位移概念引出之关键。根据加涅的分类，属智慧技能中的具体概念、规则的学习，侧重于程序性知识;学习的必要条件是学生原有的路程概念、力的矢量概念(迁移)，支持性条件是对位移和路程概念的比较研究寻找特征的策略、能用言语科学表述概念定义的能力，起点能力是运动轨迹的认知策略。在教学中结合具体情景进行变式练习，着力引导学生比较观察位移和路程的区别，及时对位移概念的形成进行反馈。

五、教学设计思想(理念、策略、教学流程)

黄恕伯老师说过新课程实施教学的思路是什么?是“重过程”，“重情感”，“重生活”，其中“重过程”就是重视“过程与方法”的教学，同时紧密联系学生生活，使抽象的物理概念教学变成生动、形象;依据认知规律，在初中认知结构上深化拓宽，鼓励尝新，做到知识的同化、顺应和不断上升的平衡，最大限度地调动学生积极参与教学活动，体现教学新思维。

教学流程：

本节课设计采用“以生活例子为主线、寻找概念特征为关键的讨论式教学模式”策略，综合运用“问题、探究、交流、归纳、讲解”的教学能力，展开教学过程。这些问题的设计都是学生在课堂思维过程中自然提出的，不仅使整节课体现出很强的解决问题的探索性，又能让学生不断地在问题面前扮演探索者和研究者，激发学生的学习动机;同时对习得的概念通过练习反馈及时深化或补救，准确体现形成性评价的功能。

六、教学过程设计(本内容已充分展开，媒体运用、策略点评、形成性评价到位)

教学过程分新课引入、新课教学、练习反馈三个教学环节进行。

[新课引入]

学生：举例说明哪些物体在运动，如汽车在飞驰、地球公转自转、分子在运动、心脏在跳动、血液在流动等等。

教师：万物都在运动，上面所举的例子都有一个共同的特点，即物体相对于其他物体的位置变化，我们把这种现象叫做机械运动，简称运动。自然界中的运动形式是多样的，本章我们研究最基本最简单的直线运动入手，开始我们的研究。

文人常用“气势磅礴”来描述江水的运动，自古有“惊涛拍岸，卷起千堆雪”的诗句;画家则运用简笔线条来描述汽车的运动;那我们在物理中应该如何科学准确地描。述物体的运动呢?

(策略点评：进入新课之前，激活对原有的生活知识例子的回忆，以利于表明概念的关键特征，同时回忆一些描述运动的“违法”概念，以作为同化科学新概念的基础)

[新课教学]

(一)概念之一：参考系

1.意义

问题：课桌在运动吗?并回忆生活中运动的相对性例子。

(简单的问题却引起学生的短暂的争论，并举出更多的问题)

课件演示：从匀速飞行的飞机上向地面空投物资的过程，演示选择不同的参考系看同一个物体的运动情景有所不同。

学生讨论诊断：选择的参考系不同，结论也不同，自然过度到新概念──参考系。

教师言语后板书：研究一个物体运动时，选来作为标准的另外的物体，叫做参考系。

2.性质

问题：描述车厢的运动一定要选择地面为参考系吗?比较木星和火星的运动时，一个以地球为参考系，一个以太阳为参考系，这样的比较有意义吗?

(学生短暂讨论，找到协调办法)

教材中总结：参考系的选取具有任意性;选择不同的参考系，描述物体运动的繁简程度不同;一般我们选地面为参考系。

课件视听：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”中各物体以什么作为参考系?

(形成性评价反馈教学是否继续，必要时预备制作FLASH动画展示出效果。)

3.言语描述研究性问题：第一次世界大战期间，一飞行员驾机飞行时，发现座舱外有一黑色小物体，他伸手抓过来一看，竟是一颗子弹头!飞行员为何没被子弹击伤?如果飞行员站在地面上，他还敢抓飞行中的子弹吗?

(实践证明，让学生不断地在问题面前扮演探索者和研究者，将极大激发学生学习的动机。)

(二)概念之二：质点

1.问题探讨：(投影展示)假设一列火车从某火车站出发，以10米每秒匀速直线前进，求10秒钟后火车离车站多远?一个小时后火车离车站多远?对于前一问，会出现：生甲，10×10 =100 m;生乙，不能确定，因为未指定是研究车头还是车尾。而对于第二问，学生会得出36 000 m。

教师提出问题的焦点：这是如何将答案确定下来的?我指定车头或车尾了吗?火车现在就没有自身长度了吗?

(这样教学容易引起争论，学生感到问题的“复杂性”，自然会想到火车长度相对36 000米来说已经很小了，足够可以忽略火车形状大小。)

2.得出概念：什么情况下，火车可以看成一点?研究地球自转可看作质点吗?研究地球绕太阳转可看作质点吗?

教师根据学生的回答可总结出物体可看成质点的条件：质点是没有大小没有形状但具有物体所有质量的点，当物体自身的尺寸对研究的问题没有影响，已经可以忽略时，就可以看成质点。

学生归纳，老师板书定义：用来代替物体的有质量的点叫做质点。

引导学生再进行分析并充分体会科学概括的过程：实际中不存在质点，它是一种科学抽象，研究中抓住主要矛盾，弱化了次要因素，它是理想化的物理模型，强调这种思想在科学研究中非常重要。

(这种重视过程教学的设计，是渗透科学抽象法最好的途径。)

3.目标反馈(投影)

关于质点，下列说法正确的是( )

A.质点一定是体积、质量极小的物体

B.计算火车过桥时所用时间，火车可当成质点

C.研究地球公转时可作为质点

D.运动员在百米赛跑时不可作为质点，在马拉松比赛时可作为质点

(针对目标评价，若结果不理想，依据教学流程要及时返回进行补救教学)

(三)概念之三：时刻和时间

1.生活引入

图文资料(投影)：28届雅典奥运会110米栏决赛在北京时间2004年8月28日凌晨3时30分开赛，我国选手刘翔以12秒91第一个冲过终点，获得该项目的金牌，全球为之震动。

提出问题：两组数据2004年8月28日凌晨3时30分，12秒91的含义一样吗?

让学生讨论结果：不一样，前者表示在某一瞬间，而后者表示一段时间。

2.阅读课本

学生归纳教师板书：在时间轴上表示时刻是一个点，而时间是一段;单位是秒、分、时;符号是s、min、h。

(实践证明这段处理开门见山，对学生自习能力的培养和认识时间概念更为有利。)

3.目标评价(投影展示)：

A.小王问小张：“现在的时间是几点钟”?

B.物理题：“物体从斜面滑下的时间是多少?”

C.列车时刻表还是列车时间表?

D.我们经常还会遇到这样的语句：第Is内的平均速度，第Is内是时刻还是时间间隔?3s末的速度中3s末呢?

4.测量工具(实物展示)：停表(秒表);打点计时器(记录比较短的时间)

(四)概念之四：位移与路程

1.引入情景

师：有了时间上的量，我们再来看空间上的描述(这里衔接要自然)。

设计情景一：一个同学从操场中心A点出发，走了20米，请确定他现在的位置。

设计情景二：一个同学从操场中心A出发，向正东走了20米，请确定他现在的位置。

(先回忆原有概念的例子──路程，再同时呈现以上两个设问，形成对照，引出质点运动的轨迹和位移概念的初步含义。)

学生归纳：运动质点通过的路线叫做质点运动的轨迹，轨迹是直线叫直线运动，轨迹是曲线叫曲线运动。描述物体位置的变化，只有轨迹距离是不够的，还需要指定方向。我们用一个新的物理量来描述，叫位移。

又是一个问题出来：如何科学表达位移的概念?

2.位移概念

引导回忆力、速度矢量的定义并做出迁移：位移也包含了大小和方向，是矢量，用来描述位置变化。

问题提出：俗话说“条条大路通罗马”，不同路径从温州到杭州，它们的运动轨迹和位移一样吗?应如何解决无数条问题?如何来表示位移矢量呢?

引发学生讨论比较事例，发现位移概念的惟一性特征(学生发现这一点很重要)，得出位移概念的描述是：用有向线段来表示位移矢量(板书)。

目标反馈(投影展示)：一小球从离地面5m高的地方自由落下，碰地后又弹起，在离地高3m处被接住，则碰地时位移的大小和路程分别是多少?整个过程的位移的大小和路程分别是多少?

(通过练习，用位移概念解决实际问题，丰富学生的程序性知识。)

3.位移与路程的异同

对上例变式探讨，只有物体做单向直线运动时，位移的大小才等于路程，进一步理解位移概念，比较出位移与路程的异同，用表格的形式通过投影进行展示：

路程	位移
质点运动轨迹的长度	描述质点位置变化的物理量标
标　量	量　矢
无数条	唯一性
只有单向直线运动时，位移的大小相等

教师言语目标测试题：在学校400米田径场举行1 000米中长跑，运动员跑完全程，位移是多少?1000米又是什么含义?

(让学生思考和讨论，进行形成性评价反馈。)

[学生小结，练习反馈]

让学生阅读教材并作一个小结，教师检查总结并评价，审度教学达成情况，查漏补缺。

七、教学媒体运用

采用教师言语、板书、教材、实物展示的传统媒体方法，采用投影、多媒体课件等现代教学媒体手段，并做到教学目标、教学事件与教学媒体的适当匹配。

八、教学反思

物理概念教学一直给人的印象是枯燥、沉闷，如何基于新课程理念下赋予一种新的生命，是我们教师必须加以思考的问题。课后表明，本设计有以下几个亮点：

1.对于质点、位移等概念，设计优秀的问题情景，设计教学过程的展开程序，使学生不仅知其然，更知其所以然，从中体会基本的研究方法;同时重视教学与学生生活、社会实践的联系，充分体现课程教学新思维。

2.本设计定位准确、全面、与课程改革十分密切，格式有别于以往的教学设计，属个人创新;依据现代学习论和教学论原理对本节内容进行任务分析，既有深厚的科学理论背景，又有实用的操作技术，涵盖了教学活动的全过程。

3.媒体辅助既保持传统的呈现方式，又充分利用多种教学素材(如图文、动画、歌曲等视听)，创设出生动有趣，诗情画意的教学情境，使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态，减少枯燥气氛。

4.教学效果评价针对目标导向设计，由于笔者设计的教学目标的陈述可以观察和测量，所以准确把握测试类型，同时采取多元的、发展性的评价方式，必要时及时进行补救教学。教无定法，贵在得法，什么样的教学设计适合课堂实践没有定论，但有一点是共识的──现代教学设计使教师的日常教学工作与先进教学理论学习紧密结合起来，加速教师专业的发展，促进课程改革的科学化。改变传统的备课方式寻找适合自己的最佳教学设计是人人都值得研究的课题。

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