《第一章 运动的描述》教学目标与重难点分析

  (一)学习目标:

  1.了解建立质点模型的抽象方法和质点模型的适用条件,能在特定情境下采用建构理想化模型的思想方法将物体抽象为质点。

  2.能运用比值定义的方法解释说明速度和加速度概念的建构过程,知道速度和加速度的测量方法,能用极限的思想和抽象思维的方法理解并说明平均速度和瞬时速度的区别与联系。

  3.会做“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验,正确使用打点计时器及其他器材进行“探究匀变速直线运动的特点”的实验,能正确获取实验数据,会分析处理数据得出结果,能通过讨论交流论证结果并进行表达。

  4.通过类比速度和加速度的定义过程理解变化率的概念,能用“变化率”的概念解释生活中各种相似的问题,能利用单位制量纲间的关系,分析对新物理量的推导过程是否正确。

  5.了解描述运动基本方式,能从定性与定量两个角度描述生活中的简单运动,能利用v-t图像描述物体的运动,分析v-t图像判断物体的运动情况。

  (二)重点和难点及分析:质点 瞬时速度 加速度

  1.结合教学内容分析和学情分析可知,质点模型是高中物理学提出的第一个理想化模型。建立理想化模型是突出研究对象的主要方面,忽略次要因素。这样不仅将千差万别的运动物体简化成简单对象模型质点,使描述和研究运动成为可能,同时为人们提供了把握事物的本质的基本思路和方法。通过建构质点模型的过程让学生体会建构物理模型的必要性,了解建构物理模型的思维方式,了解物理学研究中物理模型的特点,认识到理想化模型是未来物理学乃至其他科学研究的基础。质点模型的建立承载重要的科学思想方法,且其具有一定抽象思维能力要求,故被确定为本单元的重点和难点。

  2.瞬时速度概念是科学定量地描述生活中物体运动的重要概念,内容分析中已经指出,瞬时速度概念的建立过程渗透着极限的思想方法,这思想方法在进一步的物理学习中有着重要的意义。但是由于学生没有极限的概念,又因其抽象水平较高,难以理解,所以确定为本单元重点和难点。

  3.加速度概念在力学体系中有着重要的意义:从机械运动描述的角度看,加速度是描述速度变化快慢的物理量,从动力学的视角看,描述力对质点作用效果的物理量。因此加速度概念的引入既是对运动描述的深入与精确,也建立了质点机械运动与受力的关联,是发展学生力和运动的物理观念的重要概念,因此是教学的重点,又由于高度抽象的特征和学生现有的抽象思维能力不足的矛盾使其同时成为教学的难点。赵凯华教授曾经明确指出:“这是人类史上最难建立的概念之一,也是每个初学物理的人最不容易正确掌握的概念”。因为加速度概念涉及矢量变化量和变化率,这两个概念对学生来讲既是陌生的又是重要的,速度变化Δv为末速度和初速度的矢量差,学生对于矢量的认识刚刚开始,只知道矢量既有大小又有方向, 对于矢量的运算法则还不了解,矢量差的运算存在困难。另外加速度是描述“速度”的“变化率”对学生也是难以理解的,速度概念已经有些抽象,但学生对于速度快慢有一些生活经验,而速度变化量无法直接观察得到,速度变化快慢更是难以感知得到,加上学生现有的抽象思维能力水平较低,所以学习加速度存在很大困难。

  (三)重难点的突破策略:

  用认知冲突的教学策略纠正错误的前认知,类比的策略发展前认知中有利的概念,基于真实多样的物理情境,采取循序渐进、实验、归纳、演绎等教学策略建构新概念。

  1.通过设置问题序列引导学生思考:当时间逐渐缩短时,一个过程的平均速度越来越接近某个时刻(某个位置)对应的瞬时速度,培养学生逻辑推理能力和抽象思维能力。

  2.通过光电门实验技术,利用物体携带不同宽度的遮光片的方法,改变物体通过光电门的挡光时间,帮助学生理解在测量精度允许的范围内,挡光时间越短,测量得到的平均速度越接近瞬时速度。通过实验数据分析,归纳得出时间越来越短,平均速度越来越接近瞬时速度,帮助学生理解极限的思想方法,建构具体情境和抽象概念之间的联系,培养学生分析、归纳及推理能力。

  3.对于速度变化量的理解:首先通过大量的实例或视频说明速度是一个既有大小又有方向的物理量,让学生体验速度的矢量性,理解大小不变而方向变化时速度也发生了变化。进而对于速度的变化从方向不变大小增加开始讨论表达,到方向不变大小减小的情境,再到方向反向的情景,逐步深入理解矢量的一维运算,在一维运算的基础上可以利用类比位移矢量的方法,适当从一维拓展到二维的速度变化进行讨论,让学生逐步区分速度与速度变化两个概念的不同,理解速度变化的大小和方向的物理意义。

  4.对于加速度概念的建构流程如下:真实的问题情境讨论→加速度概念的物理意义→比值定义加速度→在具体情境中理解概念的内涵(大小和方向的物理意义)→从图像看加速度→拓展至跨学科概念“变化率”。具体过程是:首先以真实问题情境为基础展开速度变化快慢的讨论,让学生体会加速度概念建构的物理意义。具体建构过程如下:在理解并会计算一维速度变化的基础上,给出大量的具体情境讨论在一维条件下速度变化不同所用时间相同;速度变化相同所用时间不同;速度变化和所用时间均不同的各种情景引导学生讨论分析如何比较速度变化的快慢,并类比速度概念的建立过程,建立加速度概念。利用实际情景利用对比的方法讨论比较一维运动情况下加速度大小和方向的物理意义,然后在v-t图像中讨论加速度,最后在“科学漫步”中拓展至跨学科概念“变化率”。建议根据学生情况可适当提出如果加速度与速度方向不共线,物体将如何运动?引发学生讨论和思考拓展加速度概念外延,为后续学习埋下伏笔。


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