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《匀变速直线运动的研究教材》分析 - 金坛研训


《匀变速直线运动的研究》教材分析 一、《全日制普通高级中学物理教学大纲》与《普通高中物理课程标准(实验)》比较 1.《全日制普通高级中学物理教学大纲》(以下简称《大纲》)的成功与不足   在《大纲》引领下,物理课由必修和选修"二一分段"改为"两类物理课",它首次体现 了"分类型"、"有选择性"的课程思

想,学生可以选择学习Ⅰ类物理课和Ⅱ类物理课。Ⅰ类 物理课是全体学生都要达到的标准,是高中毕业会考的依据;Ⅱ类物理课是较高要求的物 理课,是高考和大学选拔人材的重要依据。与过去的大纲相比,《大纲》中增加了"课题 研究",第一次提出了物理课程"在观念、态度领域的教育功能",第一次提出了物理课程 "要注意联系当前普遍关心的社会经济问题,如能源、环境等问题,使学生理解物理学与 技术进步、社会发展的关系,从更广阔的角度认识物理学的作用"。 限于当时的历史条件,《大纲》有一定的局限性。如《大纲》中明确写出"使学生学 习比较全面的物理知识"。使得物理课内容(尤其是Ⅰ类物理课)过于饱和,内容与学时的 矛盾突出,不可能也没有条件让学生进行探究式学习。同时也使数理能力较差的学生负担 过重,对物理产生畏难情绪。还有,经典力学的内容越挖越越深,占据了大部分教学时 间,使得近代的内容难以进入。更重要的是《大纲》没有涉及学生的学习方式,教学实践 中基本上仍是被动式的学习。 2.《普通高中物理课程标准(实验)教材》编写的思想研究 1.1讲背景,讲实验,讲理论 物理学的产生和发展,始终和人类社会的生产和生活实践相联系。任何一个物理概念 的引入,总有现实问题的解决和科学理论发展的需要。因此,我们观察到,教材中任何一 个新概念的引入,都特别强调它的现实背景、科学理论的发展背景和物理学发展史上的背 景。这样让学生感到知识的发展是水到渠成而不是强加于自己的,使得教材显得很亲切自 然,从而有助于学生认识物理学的本质和其应用价值。 物理课堂教学的载体是物理知识,其中包括科学思维、实验思想和科学方法。由于物 理知识的逻辑性和物理实验的实践性都很强,这就决定学生学习物理必须打好理论基础, 讲究动手能力,力求循序渐进。教材特别注意知识结构体系的合理性,保持科学思维方法 和实验实践能力的一致性,对那些核心的物理概念和重要物理方法和思想形成要呈现出螺 旋式上升的发展规律,并让学生反复接触,提高他们的科学思维素养,发展他们的应用意 识,从而培养学生的创新精神和实践能力。(理想模型、图象法、函数关系、比值法定义 概等、) 1.2讲历史,讲思想,讲文化   物理学是人类文明进步的重要推动力量。其简洁而又思辨的科学语言、完美而又对称 的形式结构,体现"真、善、美"的科学思想和思维方法对人类社会产生了直接推动作用。 因此,除对概念、公式、法则、定理等物理学"骨架知识"进行重点阐述之外,教材特别注 重通过展示物理学发展史、重要思想的产生背景和条件、物理学发展与人类社会发展之间 的关系,让学生了解物理学的思想体系和文化价值,让学生人文精神和科学精神达到高度 统一,逐步形成学生的正确世界观和价值观。(伽利略思想介绍) 1.3注重学习方式和教学方式的改革,讲究有效教学 学习物理的过程应当是一种创造性思维活动的过程。按照建构主义理论,学生应当 通过独立思考,搞清知识发展的来龙去脉,经过思维的"顺应"和"同化",物理知识才能内 化成为自己东西。因此,教材特别注意按照学生学习物理的认知规律和物理知识发生发展 规律来呈现内容,强调为学生的创造恰当的自主思维空间。教师在教学中也应遵循规律, 关注学生的个体差异,提倡多样化的学习方式,努力为学生创造自主探究、合作交流的空 间,为师生互动式教学提供民主的环境氛围,以实现学生健康的个性化成长。 1.4注重信息技术和数学工具与物理课程的整合,培养学生的创新精神 信息技术能够为学生进行自主探究提供强有力支撑平台,而数学工具则为学生能进

行科学探究提供有效载体。。高中物理课程广泛引入了信息技术,让学生用计算机处理和 分析实验数据,用信息技术来改变学习方式,用网络技术来拓展学生的科学视野等,来培 养学生信息的收集、传递和处理技能。同时,高中物理课程还十分关注学生运用数学建构 物理概念和模型,认识物理现象的本质,建立物理运动方程以及分析和处理物理实验数据 等,实现信息技术和数学工具与物理课程内容的有机整合,从而帮助学生更好地理解物理 学的思维本质。 二、《匀变速直线运动的研究》章节研究与分析 1. 《大纲》与《标准》对"运动"这一章节的描述比较 1.1 《全日制普通高级中学物理教学大纲》(以下简称《大纲》) 直线运动 内容和要求演示参考系(A) 质点(A)位移和路程(A) 平均速度(A) 瞬时速度(A) 速率 (A) 加速度(B) 匀变速直线运动的规律(B)测定匀变速直线运动的加速度 初速度为零的匀加速直线运动的路程和时间的关系匀速直线运动的s-t图象和v-t图象(A) 匀变速直线运动的v-t图象(A)自由落体运动(A) 重力加速度(B)空气阻力很小时,不同 物体同时下落1.2 《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《标准》) 运动的描述 1. 内容标准 (1) 通过史实,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理发展的推动作用。 例1 了解亚里斯多德善于力与运动的主要观点和研究方法。 例2 了解伽利略的实验研究工作,认识伽利略有关实验的科学思想和方法。   (2)通过对质点的认识,了解物理学研究物理模型的特点,体会物理模型在探索自然 规律的作用。   例3 认识在哪些情况下,可以把物体看成质点。   (3)经历匀变速直线运动的实验研究过程,理解位移、速度和加速度,了解匀变速直 线运动的规律,体会实验在发现自然规律的作用。 例4 用打点计时器,频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动。 例5 通过史实,了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法。 (4)能用公式和图象描述匀变速直线运动,体会数学在研究物理问题中的重要性。 2. 活动建议 (1) 通过实验研究质量相同、大小不同的物体在空气中下落的情况,从中了解空气对落体 运动的影响。 (2) 通过查找资料等方式,了解并讨论伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步的 重大意义。 2.新教材编写精神在本章的体现 2.1强调生动活泼的呈现方式,激发学生的探索兴趣   《标准》中明确指出"发展好奇心和求知欲,发展科学探索兴趣",兴趣是最好的学习 动力,只有对学习内容感兴趣,学习者才能自主、用心地学习。本章选取了与运动密切相 关的、学生熟悉的典型素材,用生动活泼的语言体现物理学习情境,同时在科学探究和实 验探索之处,用"旁批"的方式与学生交流,增强了教材的"亲和力",有效地激发了学生的 探索欲望。   例如,无论是封面设计、颜色选择、章图构建、版式布局还是每章导入、栏目确定等 都力图让学生感受到物理学是美的,物理学是奇妙的,注重让学生感受物理学的内在价 值,强调物理学对人类文明做出了巨大的贡献。再如在讨论《伽利略对自由落体运动的研 究》中回顾了传说的"比萨斜塔实验"这段历史公案,介绍历史上关于自由落体运动的探索 历程以及相应的科学方法。从亚里斯多德的观点到伽利略科学思想,再用爱因斯坦的名言 来展现物理学的研究方法,强调伽利略的实验与逻辑推理相结合的思想方法对近代科学的 巨大推动作用,体现了教材的匠心安排。

2.2强调从生活走向物理,从物理走向社会 教材非常注重物理学与学生生活经验的联系,与生产实践的结合。教材选择的生活事 例非常贴近学生的生活,符合学生的心理认知规律,并努力通过探索物理现象,提示隐藏 其中的物理规律,并将其应用于生产生活实际,让学生感觉物理学应就在身边,以及物理 学对社会的巨大推动作用,同时也培养学生善于观察,乐于探究的问题意识和创新能力。   例如,教材在引出质点概念时,从学生的生活实际出发,讲述一些司空见惯的现象: 雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔,足球在绿茵场飞滚,地球绕太阳公转,火车在铁轨上行驶 等,并配以精致的彩图,来诱发学生对质点概念的思考。再如讲述自由落体运动内容时, 教材精心安排了利用直尺的自由落体运动来测同学们的反应时间,同时拓展学生对反应时 间对于战士和驾驶员等的重要性的认识。还介绍了如何利用频闪摄影来研究自由落体运 动,估测照相机的曝光时间等,都体现从物理走向社会的课程概念。 2.3强调课程的内在逻辑性,注重教学中的可操作性 教材强调了对以往教材的继承与发展,体现了课程在知识与技能、过程与方法、情感 态度价值观等三维价值目标。以物理概念的发展过程、逻辑关系组织教材的内容,以核心 概念与基本思想为贯穿整章教材的"灵魂",为教师的教学和学生的学习提供了方便,提升 了教材科学性和思想性,使本章教材具有极强的可操作性。   教材非常注重概念和规律发展逻辑性,例如在研究匀变速直线运动的规律时,先从小 车拖动纸带的实验研究,然后再利用图象和公式两种分析方法进行科学阐释,选出速度对 时间的关系。再通过实例探讨来深入研究匀变速直线运动的位移与时间的关系,体现高等 数学中"逐渐分割,无限逼近"的微积分思想等,这种循序渐进安排,讲究实验的实事求是 的作风,符合学生的心理认知规律,有助于教学三维目标的实现。 2.4强调知识的构建过程,注重物理实验和科学探究 教材非常注重学生实验和演示实验,从一些有趣的小实验和低成本的实验以及到运用 DIS技术数字化实验技术,无不涉及。目的是让学生学习物理知识和掌握物理实验技能, 体验科学探究的乐趣,学习科学探究方法,领悟科学的思想和精神。这充分体现《标准 》中"高中物理课程应促进学生自主学习,让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于 思考"的正确理念。   例如,教材在引入瞬时速度这一概念时,要求学生独立地使用打点计时器来测量自己 手拉纸带的速度,让同学在实验中体验平均速度与瞬时速度的区别,让学生在科学探究中 形成正确的概念。还设计了利用运动传感器和计算机系统,运用红外线脉冲和超声波脉冲 来测物体的运动速度,也介绍利用气垫导轨和数字计时器来测物体的速度等,让学生体会 信息技术在物理学中应用的同时,强调科学探究方法和物理实验在物理学研究中的重要 性。 2.5强调教学内容的弹性设计,注重课程的选择性和拓展性   教材努力开发了"演示"、"实验"、"说一说"、"做一做"、"思考与讨论"、"问题与练 习"等栏目内容,为学生提供一些具有探索性、拓展性和思想性内容,通过观察、设问、 留白等方式,引导学生进行探索活动,为学生自主学习留下空间,在保证基础的前提下为 不同的学生提供了个性化成长空间。 例如,教材在研究匀变速直线运动v-t图象之后,在"说一说"栏目中就描绘出加速度不断 变大的加速运动图象让同学分析,加深学生对v-t图象的理解。在推导出s-t公式之后,教 材在"做一做"栏目中就提出要求,让学生描绘和分析s-t图象,并对s-t图象不是直线要求 学生给出科学的解释。在用光电计时器研究自由落体运动时,要求学生作出正确的的 s-t图象,并合理推测位移与时间的函数关系等。这些都强烈的体现了教材的选择性和拓 展性。2.6强调因地制宜原则,注重课程资源开发和利用   我国幅员辽阔,沿海地区与内陆地区、城市地区与农村地区、重点中学与普通中学, 学生的生活视野,经验和学习条件相差很大。教材致力于差异性教学资源的开发,强调因 材施教、因地制宜,对于同样的内容主题,在教学程度、呈现方法,侧重点等方面做到不

同要求,尽量做到满足不同背景下的学生对不同课程资源的需求。   例如教材探究小车随时间变化的规律的实验数据时,让全体同学利用直角坐标系来分 析实验结果,在误差范围内探寻实验规律,而对有条件的学校和学生,则要求有熟练掌握 信息技术的能力,能借助Excel等计算机软件处理实验数据,推导出实验规律。在研究自 由落体运动规律时,既安排了利用普通的打点计时器研究,也安排利用光电计时器来研究 等,都体现对不背景下学生不同教学资源的要求。 2.7注重时代性和应用性,强调经典与现代的融合   教材非常关注课程的时代性特征,在必修模块中体现了经典知识与现代科技的融合。 同时还十分注重现代科技有物理学的实际应用,选择具有时代气息的,反映改革开放建设 成就的素材创设情境,引导学生通过物理思维,抽象概括出物理模型和概念结论,并拓展 "问题与练习"的内容,深化物理规律的应用和实践功能,使习题成为引导学生进一步探索 研究的阵地,培养学生的创新精神和实践能力的重要平台。   例如教材在讲述速度概念时,不拘泥于学科本位,内容论古述今,纵横捭阖,论证了 城市规模与车速提高的关系,有力拓展学生的求异思维。在"问题和练习"中设置了丰富现 实科技内容,如京九铁路上列车运行问题,火车通过桥梁、隧道的减速问题,上海磁悬浮 列车、神舟五号载人飞船,航空母舰的舰载飞机等诸多实践问题都纳入了"问题与练习"之 中,让学生在运用物理解决问题的同时受到了良好的科学精神熏陶和培养。 3.《匀变速直线运动的研究》章节教学建议 3.1本章节教学概述。本章是为学习"相互作用和运动规律"、"抛体运动与圆周运动"等做 准备、打基础的一章。通过本章的学习,使学生知道描述运动的物理量,理解匀速直线运 动和匀变速直线运动的规律及其图象表述,并能应用运动规律求解有关问题。这些内容是 进一步学习动力学和比较复杂的运动规律的基础,也为学习电荷在电、磁场中的运动等内 容奠定基础。本章所用到的研究物理问题的思想、方法,对以后的学习有指导作用。   本章在教学内容的安排顺序上,既注意了科学系统,又注意了学生的认知规律,探究 问题从实践生活和物理实验出发。对同一个问题,运用公式和图象两种数学工具,以便学 生对比掌握,同时相对强调了图象的作用和要求。确实,在现代生产、生活中,图象的运 用随处可见,无论学生将来从事何种工作,掌握最基本的应用图象的知识,都是必须的。 课本强调图象的运用,这一章是开始。教材在处理"探究小车速度随时间变化的规律"实验 数据时,引入了运用计算机绘制v-t图象;教材在研究"匀变速直线运动的位移"时,渗透 了高等数学中的微积分思想;等等。凡此种种,都强调了学科间知识的渗透,突出教材的 时代性,增加了教材的灵活性,有利于教师因材施教。新教材还设有"旁批"、"留白"、 "思考与讨论"等内容,保留了引导学生动手的小实验和开阔眼界、增加知识的阅读材料, 突出了在传授物理知识的同时,加强物理学研究的科学方法的教育和思想教育,有助于培 养学生的创新精神和实践能力。 3.2教学单元划分。可分为三个教学单元,建议课堂教学7个课时。 第一单元(2课时):第一节(实验:探究小车速度随时间变化的规律)、第二节(匀变速直线 运动的速度与时间的关系),主要是探究匀变速直线运动的速度随时间变化的规律。 第二单元(2课时):第三节(匀变速直线运动的位移随与时间的关系) ,主要是探究匀变速 直线运动的位移随时间变化以及位移随速度变化的规律。 第三单元(2课时):第四节(自由落体运动)、第五节(伽利略对自由落体运动的研究),主 要是研究自由落体运动物体的规律,以及伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方 法,以及伽利略对物体运动的研究对物理学发展的历史深远意义。 章节复习课(1课时) 3.3对各单元教材分析和教法建议 3.3.1第一单元。   在"速度和时间的关系"一节中,教材设置了探究小车匀变速直线运动物理实验,要求 学生根据小车实际运动的数据,画出匀变速直线运动的v-t图象,要求知道它的基本特征

是在相等的时间内速度的变化相同。对于条件较好学校和程度较好学生,则要求能借助 Excel等计算机软件来迅速、准确的处理实验数据,从而总结出匀变速直线运动的规律。 这节的重点是对v-t图象的认识,知道它能表示速度随时间变化的规律,认识图象法在研 究物理问题中的作用。与数学公式相比,图象显得直观、形象、生动,让人一目了然,从 而使学生感受到图象法的直观美。 3.3.2第二单元。   教材把匀速直线运动的位移、匀变速直线运动的位移对时间的关系,匀变速直线运动 的位移与速度的关系合并到一节, 运用v-t图象中与横坐标轴正向包围的面积来直观拓展 学生对位移的认识,并通过"思考与讨论"中教学案例来激发学生的主动思维,从匀变速直 线运动的v-t图象出发,采用"无限分割,逐渐逼近"的方法用速度图象下面包围的面积来 推导位移公式。再次应用了"极限"思维的方法,潜移默化中渗透着高等数学中微积分的思 想。教材在《匀变速直线运动位移与速度关系》一节后添加了"做一做"栏目,利用光电计 时器研究自由落体运动的规律,再次明确提出了用函数关系来表达图象研究结果,全面关 注在物理学中要培养学生用数学知识解决问题的能力。在"问题与练习"中,将"上海磁悬 浮列车"、"神舟五号载人飞船"、"舰载飞机在航空母舰跑道上加速问题"都纳入了习题, 充满了浓厚的时代气息,体现物理与社会生活相联系的思想。这样安排有利于对匀变速直 线运动的规律的整体把握和认识,同时也突出了图象法和数学工具在物理学中重要应用。   教材在处理匀变速直线运动的位移与速度的关系时,从速度公式和位移公式导出 s-v关系式。教学中教师要引导学生明确:上述三个公式中只有两个是独立的,对于每一 段选定的运动只能列出两个独立的方程,所以描述在每一段运动的v0、vt、a、t、 s 中,只有给出三个已知量,才能解出另外两个量。没有涉及平均速度公式,也没有把 初速为零的匀加速直线运动规律进行总结,体现了教材编写的选择性,增加了教材的灵活 性,教师可根据学生的情况,灵活处理.,因材施教,既可在讲授给学生,也可供学有余 力的自主总结。从这一节开始有较多的公式运算,教师要培养学生用代数的方法求解未知 量的能力,一开始养成习惯,对以后的学习很有帮助。和总结了求解物理问题的一般方法 是先进行文字运算,得出未知量和已知量的关系式后,再代入数值进行计算的规范化解 法,要引导学生学习和掌握。计算的题目不要过于繁琐,应引导学生着重分析其物理意 义,防止只将公式变来换去而忽略了对物理意义的理解。 3.3.3第三单元   在自由落体运动的规律研究中,要让学生相信不同物体在同一地点自由下落时的加速 度相同。为了纠正学生中普遍存在的重的物体下落快,轻的物体下落慢的错误认识,必须 做好演示实验。"牛顿管"的实验一定要做成功,不能让学生产生疑问。除了"牛顿管"的实 验以外,教师还可以增加一些简单易行的小实验,如让两张相同的纸,一张搓成纸团,一 张仍是纸片让其从同一高度下落。使学生明确认识,日常见到的所谓"重的物体下落快, 轻的物体下落慢"的现象,是因为下落物体受空气阻力影响的缘故。通过这些实验使学生 对"如果物体只受重力作用,不同物体在同一地点下落的加速度相同"有深刻的印象。   在探究自由落体运动的实验中,除用光电计时器研究外,还可以运用打点计时器、频 闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动的规律。本节后面的小实验"测定反应时间", 要引导学生都动手做一做,巩固学生对自由落体运动的规律的理解。教材在"做一做"、 "问题与练习"中安排了照相机曝光时间与频闪摄影的问题研究,有条件的学校可安排学生 亲历研究,要很好利用,可激发学生兴趣,能有效培养学生的创新精神和实践能力。


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