人教版《第一章運(yùn)動的描述》編寫說明

彭前程

摘 要：概括介紹新版人教版必修第一冊第一章的編寫說明，以使教師從核心素養(yǎng)的角度進(jìn)行教學(xué).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);編寫說明

文章編號：1008-4134（2019）15-0007? ? 中圖分類號：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 全章概述

這一章的主要內(nèi)容是從運(yùn)動學(xué)的角度對做直線運(yùn)動的物體進(jìn)行描述.研究一種物理現(xiàn)象，人們通常是先從可以直接觀察到的運(yùn)動學(xué)量的角度來進(jìn)行描述，從運(yùn)動學(xué)的角度描述物體，就是要在確定的時(shí)刻或時(shí)間內(nèi)明確做機(jī)械運(yùn)動的物體的位置、位移、速度和加速度.而要想準(zhǔn)確地描述這些物理量，就必須先學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系等內(nèi)容.本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容，既是下一章研究勻變速直線運(yùn)動的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)力學(xué)各章的基礎(chǔ).

本章共4節(jié)課文，其知識線索可分為四部分：第一是關(guān)于描述物體運(yùn)動的基礎(chǔ)鋪墊（第1節(jié)），明確描述的對象是什么（質(zhì)點(diǎn)），用什么樣的工具來描述（參考系）;第二是位移（第2節(jié)），從位置變化的角度認(rèn)識位移這一新的物理量，包括如何描述位置、位置的變化，以及什么時(shí)刻的位置、什么時(shí)間內(nèi)的位移等內(nèi)容;第三是速度（第3節(jié)），從位移變化率的角度認(rèn)識速度，包括大小和方向，以及如何測定速度;第四是加速度（第4節(jié)），從速度變化率的角度認(rèn)識加速度，包括大小和方向.

相對初中而言，高中物理在理性分析、邏輯思維、定量要求、數(shù)學(xué)計(jì)算、概念的嚴(yán)密性、實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性等方面都上了一個(gè)臺階.本章是高中物理的第一章，在很多方面對高中物理來說都起到奠定基礎(chǔ)的作用，學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理需要具備的基本素養(yǎng)很多都是第一次在本章中出現(xiàn).例如：第一次用較規(guī)范的理想模型的觀點(diǎn)來思考問題;第一次體會時(shí)刻、時(shí)間、位置、位移等概念的確切含義;第一次在物理問題中滲透極限的思想;第一次用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn);第一次抽象地領(lǐng)會物理學(xué)中“變化率”的含義等等.因此，教學(xué)中如何對待這些重要的“第一次”很重要.既要使學(xué)生扎扎實(shí)實(shí)地從這些第一次中獲得基本素養(yǎng)的提高，同時(shí)又要兼顧學(xué)生的可接受性，做到循序漸進(jìn)、不一步到位，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得成功的愉悅，這是在本章學(xué)習(xí)中需要特別注意的問題.

編者在編寫教材時(shí)，注意在學(xué)習(xí)概念、規(guī)律的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，教師也應(yīng)注意從核心素養(yǎng)的角度去進(jìn)行教學(xué).

（1）物理觀念.這一章關(guān)于物理觀念的學(xué)習(xí)，教材力圖讓學(xué)生清楚：世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動的，機(jī)械運(yùn)動中很重要的是要清楚物體在不同的時(shí)刻的位置、速度、加速度，及不同時(shí)間段的平均速度和位移等情況.為了加強(qiáng)相應(yīng)觀念的學(xué)習(xí)，教材特意在第15頁增加了“我們生活的客觀世界是物質(zhì)的，物質(zhì)由分子、原子等組成，我們所看到的物體是物質(zhì)的聚集狀態(tài).機(jī)械運(yùn)動描述的是物體位置隨時(shí)間變化的規(guī)律”的旁批.這一旁批的用意是讓學(xué)生從機(jī)械運(yùn)動這一特殊形式去認(rèn)識客觀世界的物質(zhì)性.

（2）科學(xué)思維.這一章關(guān)于思維的培養(yǎng)，教材主要突出抽象和概括思維的學(xué)習(xí).首先，通過不同情況下對物體進(jìn)行抽象的分析，最后概括得出質(zhì)點(diǎn)的模型，其中忽略次要因素、抓本質(zhì)的方法是模型建構(gòu)中最重要的思想.另外，在速度及加速度概念的建立過程中，也很好地體現(xiàn)了抽象概括的思維方法.在瞬時(shí)速度概念的建立過程中，通過對平均速度要想較準(zhǔn)確地表示某一時(shí)刻（或位置）的速度，就要取小時(shí)間段（或位移）的抽象分析，最后概括出瞬時(shí)速度的極限方法.這種化小、取微元的思想，在物理學(xué)習(xí)中非常重要.

（3）科學(xué)探究.這一章的科學(xué)探究主要體現(xiàn)在教材用啟發(fā)性的語言及問題，引導(dǎo)學(xué)生一步步地進(jìn)行分析、建立概念、掌握方法、訓(xùn)練思維.這些從教材開始提出的問題、行文中引導(dǎo)學(xué)生思考、設(shè)置專門的“思考與討論”等做法就能深刻地體會到.

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.這一章關(guān)于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，教材主要是通過引導(dǎo)學(xué)生主動思考問題、發(fā)表意見來展開，這就要求教師在課堂上一是要給學(xué)生留有時(shí)間讓學(xué)生思考、表達(dá)，二是要注意觀察學(xué)生是否積極地參與到共同學(xué)習(xí)、討論中來，要及時(shí)地給予表揚(yáng)或提醒.另外，這一章有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，要注意引導(dǎo)學(xué)生參與到測定時(shí)間和位移及速度的實(shí)驗(yàn)中來，并注意觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中是否愿意動手、是否實(shí)事求是地記錄數(shù)據(jù)、是否愿意交流和表達(dá)等.

由于修訂后的課程標(biāo)準(zhǔn)不再像以前允許選修物理的學(xué)生可以不學(xué)某一模塊，所以總體而言，選學(xué)物理的學(xué)生課程內(nèi)容增多了，這就要對原教材的節(jié)數(shù)重新整合.重新整合后，這一章教材的節(jié)數(shù)由原來的5節(jié)變?yōu)楝F(xiàn)在的4節(jié).

2 具體說明

（1）第1節(jié)“質(zhì)點(diǎn) 參考系”涉及質(zhì)點(diǎn)和參考系兩個(gè)最基本的概念.關(guān)于質(zhì)點(diǎn)概念的學(xué)習(xí)，教材一是分析通常情況下將物體看成點(diǎn)的必要性，即由于描述實(shí)際物體的復(fù)雜性，使得人們不得不進(jìn)行科學(xué)的抽象;二是從三個(gè)方面分析什么樣的物體可以看成質(zhì)點(diǎn);三是在旁批中特意點(diǎn)出了“在物理學(xué)中，突出問題的主要因素， 忽略次要因素， 建立理想化的物理模型，并將其作為研究對象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法. 質(zhì)點(diǎn)這一理想化模型就是這種方法的具體應(yīng)用.”強(qiáng)調(diào)了建立物理模型的一般原則，這種研究方法突出研究問題的主要方面，深刻地把握了事物的本質(zhì).可以說，物理學(xué)研究問題的精髓在于：用模型描述自然，用數(shù)學(xué)表達(dá)模型;用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?

這一節(jié)另一個(gè)重要的概念是“參考系”.在參考系的學(xué)習(xí)中，要讓學(xué)生認(rèn)識到，由于運(yùn)動的相對性，要描述物體的運(yùn)動，就一定要確定是在什么樣的參考系中來描述.參考系在運(yùn)動的描述中具有基礎(chǔ)性的意義.其實(shí)，任何物理問題的說明和分析實(shí)際上都離不開參考系.考慮到中學(xué)教學(xué)的實(shí)際，關(guān)于參考系的概念教材沒有給出嚴(yán)格的定義，而是說“用來做參考的物體稱為參考系”.這也是通常的一種說法，即不區(qū)分“參考物”和“參考系”，而強(qiáng)調(diào)“坐標(biāo)系是參考系的數(shù)學(xué)抽象”.在討論具體問題時(shí)，通常只給出坐標(biāo)系而不必具體地指出參考物或參考系.

關(guān)于參考系要結(jié)合下一節(jié)的坐標(biāo)系進(jìn)一步學(xué)習(xí).

（2）第2節(jié)新的概念比較多，有時(shí)刻、時(shí)間、坐標(biāo)系、位置、位移，另外還有位移-時(shí)間圖象及位移和時(shí)間的測量等內(nèi)容，要注意把控好教學(xué)的節(jié)奏.

考慮到坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)應(yīng)該和具體的位置、位移的數(shù)學(xué)表示緊密結(jié)合，所以將原來上一節(jié)坐標(biāo)系的內(nèi)容下放到了本節(jié).坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)要讓學(xué)生體會到：要定量地描述物體的運(yùn)動只指出參考物或參考系不行，必須要有坐標(biāo)系;另外，建立什么樣的坐標(biāo)系要視研究問題的需要和方便來確定，本章學(xué)習(xí)直線運(yùn)動，當(dāng)然只需建立一維直線坐標(biāo)系.

本節(jié)教材另外一個(gè)變化是明確區(qū)分位置和位移，將原來的二級標(biāo)題“路程和位移”改為“位置和位移”.質(zhì)點(diǎn)位置隨時(shí)間變化的規(guī)律是運(yùn)動學(xué)的核心問題，教材明確提出位置坐標(biāo)、研究質(zhì)點(diǎn)的位置坐標(biāo)隨時(shí)間變化的關(guān)系，以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性.教材指出應(yīng)在參考系上建立坐標(biāo)系，并且定量地描述質(zhì)點(diǎn)的位置.質(zhì)點(diǎn)沿直線運(yùn)動時(shí)，用x表示位置，用Δx表示位移.關(guān)于位移，國家《量和單位》中沒有給出這一物理量，以前教材中一般性的位移用s表示，但容易與弧長相混，現(xiàn)在用l來表示，取英文長度length的第一個(gè)字母.

位置和時(shí)刻是對應(yīng)物理狀態(tài)的物理量，時(shí)間和位移是對應(yīng)物理過程的物理量.物理學(xué)中的很多規(guī)律，有的是描述兩個(gè)狀態(tài)的物理量關(guān)系，例如后續(xù)將學(xué)到的機(jī)械能守恒定律;有的是描述過程跟狀態(tài)變化的關(guān)系，如動能定理.運(yùn)用機(jī)械能守恒定律和運(yùn)用動能定理解決問題的思路是不同的，其不同之處在于對狀態(tài)與過程的認(rèn)識.理解哪些是與狀態(tài)相對應(yīng)的物理量、哪些是與過程相對應(yīng)的物理量，這是學(xué)生正確運(yùn)用相關(guān)規(guī)律的基礎(chǔ).本教材的第一章就讓學(xué)生區(qū)分時(shí)刻和時(shí)間、區(qū)分位置和位移，滲透關(guān)于狀態(tài)和過程的思考，這對學(xué)生從一開始就形成一個(gè)正確的思路很有益處.為了加強(qiáng)對位置、位移這些基本物理概念的認(rèn)識，本節(jié)還增加了“位移-時(shí)間圖象”.

考慮到修訂后的總體課程內(nèi)容較多，本節(jié)將原教材“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”一節(jié)中的“認(rèn)識打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”部分放到了此處，而將“速度的測量”部分放在了下一節(jié).這樣整章既減少了一節(jié)的內(nèi)容，又在位移和時(shí)間概念學(xué)習(xí)過后，緊接著學(xué)習(xí)如何測量這些物理量，顯得更緊湊、順暢.

（3）第3節(jié)是“位置變化的快慢-速度”，從節(jié)的標(biāo)題可以看出較原教材“運(yùn)動快慢的描述-速度”有所變化，這主要是考慮現(xiàn)在的描述更有利于學(xué)生認(rèn)識速度的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)位置變化的快慢，而不是別的物理量變化的快慢.這和下一節(jié)“速度變化快慢的描述——加速度”的描述是一致的.

關(guān)于速度的學(xué)習(xí)，教材加強(qiáng)了變化率的教學(xué)，因?yàn)樗鞘挛镒兓浅Ｖ匾姆矫?任何事物的變化，包括物體位置的變化，總是伴隨著一個(gè)過程.在這一過程中，人們關(guān)心兩件事，一個(gè)是變化的多少，另一個(gè)是變化的快慢，后者就是變化率.以物體的直線運(yùn)動為例，位移Δx是變化的多少，速度v=Δx/Δt就是變化率.在研究物體的機(jī)械運(yùn)動中，作為描述物體運(yùn)動狀態(tài)的速度有時(shí)顯得更重要，對學(xué)生而言也更抽象，是學(xué)生學(xué)習(xí)中需要上的一個(gè)臺階.因?yàn)樗幌裎恢米兓亩嗌倌敲淳唧w，那么“看得見、摸得著”，教學(xué)中更應(yīng)多拿出時(shí)間來學(xué)習(xí).

瞬時(shí)速度的概念學(xué)生第一次接觸，也較難建立，是本節(jié)的難點(diǎn).通常而言，說物體在某一時(shí)刻或某一位置有確定的速度，學(xué)生是可以理解的，但是要學(xué)生說出如何用數(shù)學(xué)語言準(zhǔn)確地描述瞬時(shí)速度，多數(shù)學(xué)生都會感到比較困難.基于此，教材沒有采用類似“瞬時(shí)速度是物體在運(yùn)動時(shí)間趨于零時(shí)的平均速度”的說法.而是說，在要求不高時(shí)可以用平均速度代替這一時(shí)刻的瞬時(shí)速度，如果要求更準(zhǔn)確，就可以將時(shí)間間隔縮小，質(zhì)點(diǎn)在非常非常短的時(shí)間內(nèi)的平均速度，就可以看成它在此時(shí)刻的瞬時(shí)速度.這樣的說法既體現(xiàn)了極限的思想，又避免了過分的抽象，便于學(xué)生理解.

這一節(jié)有“測量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”的實(shí)驗(yàn)，在速度的概念建立后緊接著研究如何實(shí)現(xiàn)這一物理量的測量，也是比較自然、順暢的.這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)除讓學(xué)生考慮如何來測量相應(yīng)的物理量外，更重要的是讓學(xué)生考慮在實(shí)測中如何來確定Δt和Δx.教材舉例說明，如果要求得某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度，如圖1中E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，可以在紙帶上取包含E點(diǎn)在內(nèi)的一小段間隔，例如圖中的DF段， 那么用經(jīng)過D、F兩點(diǎn)所用的位移和時(shí)間算出的平均速度代表紙帶在E點(diǎn)的瞬時(shí)速度，就會比用D、G兩點(diǎn)算出的平均速度代表E點(diǎn)的瞬時(shí)速度精確一些.

對書中這樣選取點(diǎn)，可能有的學(xué)生會想：為什么不在E點(diǎn)的左右各取一個(gè)點(diǎn)，而是在左邊取了一個(gè)點(diǎn)，在右邊取了兩個(gè)點(diǎn)？其實(shí)，教材想傳達(dá)的意思不在于在包含E點(diǎn)的左右取幾個(gè)點(diǎn)，而是只要取包含E點(diǎn)在內(nèi)的一小段即可.如果有學(xué)生提出用DE區(qū)間的平均速度來代表E點(diǎn)的瞬時(shí)速度是否可以的問題，老師應(yīng)該給予肯定，說明他（她）對瞬時(shí)速度的理解是比較到位的.

另外，瞬時(shí)速度的學(xué)習(xí)應(yīng)該讓學(xué)生清楚：對于瞬時(shí)速度的概念，所取的位移及相應(yīng)的時(shí)間越小，用平均速度代替瞬時(shí)速度越精確，但是在測量上并不一定如此.所以教材特意增加了“D、F兩點(diǎn)間距離過小，測量誤差會增大.所以，實(shí)際測量中要根據(jù)需要及所用儀器的情況，在要測量的點(diǎn)附近選取合適的位移和時(shí)間.”的旁批.

（4）第4節(jié)加速度是物理學(xué)中非常重要的概念，也是比較抽象、難于理解和準(zhǔn)確建立的概念.為了加強(qiáng)加速度概念的學(xué)習(xí)，教材在開始部分結(jié)合實(shí)例增加了一段分析運(yùn)動的小汽車和飛機(jī)哪些情況說的是速度變化的大小，哪些情況說的是速度變化的快慢，并結(jié)合速度概念的學(xué)習(xí)，提出如何比較速度變化的快慢？進(jìn)而引出加速度的概念.

加速度概念的準(zhǔn)確理解除了從變化率的角度去分析，還有一個(gè)重要的方面就是從加速度的方向上去理解和把握，這也是學(xué)生常常感到比較難的地方.原因在于加速度中關(guān)鍵的量“速度的變化”不像位置、速度能直觀地觀察到，所以無論是速度的變化率，還是速度變化的方向，都應(yīng)結(jié)合實(shí)例仔細(xì)分析，逐步建立正確的概念.為了加強(qiáng)對加速度方向的理解，教材結(jié)合實(shí)例分析了小汽車在不同運(yùn)動情況下加速度的方向.教材的用意是：從運(yùn)動學(xué)的角度去分析物體加速度的方向，就是要認(rèn)定速度變化的方向，即教材所說“確定了Δv的方向，也就確定了加速度a的方向.”

（5）為了提高學(xué)生歸納、總結(jié)的能力，本章最后給出了“章小結(jié)示例”，這也是本套教材唯一給出章小結(jié)的一章.為什么只在第一章給出了章小結(jié)，而在其他章中沒有給出呢？這是因?yàn)檎滦〗Y(jié)會因每個(gè)人學(xué)習(xí)方法不同而有多種多樣的形式，如果每章都給出小結(jié)，有可能會束縛學(xué)生自主學(xué)習(xí)、總結(jié)的手腳，限制了學(xué)生廣闊的發(fā)展空間.所以后面的各章都沒有再給出章小結(jié)，希望老師們在每章的學(xué)習(xí)中能引導(dǎo)學(xué)生自主歸納、總結(jié)出有各自特點(diǎn)的小結(jié)來.