讓質點“活”起來的“生活化”創新教學設計

夏有超 聶義友 周新雅

(江西師范大學物理與通信電子學院 江西 南昌 330022)

“質點”是人教版《高中物理·必修1》第一章第1節的內容，也是學生初入高中階段最先接觸的抽象概念，還是貫穿整個高中物理知識體系中的最基礎、最重要的概念之一，在培養學生的物理建模能力和科學思維能力等方面不可或缺.然而，一些物理教師在處理這一知識點時，只注重講解“質點”的定義和在什么情況下物體可以被看作“質點”的條件，而忽略創設相關情境進行教學，由此造成學生只能“囫圇吞棗”地機械式記住這一知識點，沒有真正理解“質點”的物理意義.在中學物理課堂教學過程中，創設有效的教學情境對激發學生問題意識、培養學生的創新精神和實踐能力具有十分重要的促進作用[1].特別是對于剛從初中進入高中階段的學生而言，如果“開場教學”效果不佳，會導致以后的物理學習困難重重.有鑒于此，筆者特針對“質點”嘗試開展讓質點“活”起來的“生活化”微設計，以期對這一部分內容的教學有所幫助.

1 “質點”生活化的教學設計

1.1 從生活走向物理 生活化的教學引入

PPT展示投籃、打排球和人在操場跑步的圖片.

師：請同學們在紙上分別畫出籃球在空中的軌跡、排球在空中的軌跡以及人繞操場跑一圈的運動軌跡.

讓學生先畫出運動軌跡模擬圖，教師再將學生所畫軌跡模擬圖投影在屏幕上,如圖1、圖2和圖3所示.

圖1 籃球的運動軌跡

圖2 排球的運動軌跡

圖3 人的運動軌跡

1.2 理解“點”的作用

問：3幅圖中，所畫的“點”代表什么？

生：分別代表籃球、排球以及人.

問：也就是說，“點”可以代表所要研究的物體.在數學中的點是沒有大小和形狀的，你們在畫這三者的軌跡時，為什么可以選擇用一個“點”來代替所要研究的物體呢？

生：因為在這3種情況下，物體的大小和形狀相對于物體運動的軌跡來說，可以忽略不計.

師：在某些情況下，比如在研究這些物體的運動軌跡時，因為物體的大小和形狀相對于物體的運動軌跡來說影響很小，可忽略不計.此時就可以把物體看成一個“點”，用一個“點”來代替物體，變研究物體的運動為研究該點的運動.

問：“點”運動到某一位置，說明了什么？

生：說明“點”所代表的物體運動到了哪里.

師：在日常生活中，可以通過研究“點”的運動情況來確定“點”所代表物體的運動情況.例如，在“手機百度地圖”(如圖4所示)中，用一個“點”代表我們，這個“點”在哪里，就知道自己現在的位置在哪里.

圖4 百度地圖

設計意圖：用學生所熟悉的“手機百度地圖”的實例，生動形象地展示“點”的作用，幫助學生更好地理解“點”，也讓學生初步認識物理模型在探索自然規律中的作用.

師：人類居住的地球在繞太陽公轉，同時又在自轉.因此，地球的各部分離太陽的遠近在不斷變化.但是，如果考慮到地球到太陽的距離長達1.5×108km,而地球的直徑只有1.3×104km，還不到它與太陽距離的萬分之一，那么，在研究地球公轉的時候，由地球的大小而引起的地球上各部分的運動差異就可以忽略不計了[2].也就是說，研究地球公轉時可以忽略地球的大小和形狀而把它看做“點”.同學們可以試著畫出地球公轉的軌跡(如圖5所示).

圖5 地球公轉軌跡圖

1.3 物體能被看成“點”的條件

問：如果要研究籃球和排球在空中的旋轉、人跑步的姿勢以及地球自轉等情況，還能不能把這些物體看成一個沒有大小和形狀的“點”呢？

生：不可以.在這些情況下，物體的大小和形狀均不可被忽略.

師：對，一個物體能否看成一個“點”是要依據所研究問題的具體性質來定的.

問：一列50 m長的火車在過隧道時，如圖6所示，可不可以用火車上面的一個“點”的運動來代替火車的整體運動？

圖6 火車過隧道

生：不可以，火車相對于常見的隧道來說很長，不可以忽略大小和形狀.

問：請問，把物體看成“點”的意圖是什么？

生：把物體看成“點”，意味著不需要關注物體的大小和形狀，用“點”的運動來代替物體的整體運動.

師：火車在過隧道時，當我們只關心火車的整體運動時，可以認為火車上各點的運動情況完全相同，因而可以用上面一個“點”的運動來表示火車的整體運動.例如，在火車前端取一A點，就可以用A點來代替火車的整體運動.當A點離隧道出口50 m時，就表明火車剛好全部出隧道.這個例子向我們說明，平動的物體可以看成一個“點”，用物體上面的一個“點”來代替物體整體的運動.

1.4 讓“點”活起來

問：如果自然界的物體，包括我們每一個人，都是一些沒有大小和形狀的“點”，這樣的世界豈不過于單調乏味？為了讓“點”有意思，現在你有一個機會，給這個“點”賦予物體的某種屬性，你會將物體的哪種屬性賦予這個“點”？

適宜性分值銜接了空間開發限制性與建設用地空間管制[15]，即適宜性等級評價中最適宜區為非強限制區與較強限制區，得分最高的疊加區域，該區域宜劃入適建區；特別不適宜區分布在強限制區內，該區域應劃入禁建區；不適宜區處于非強限制區與較強限制區得分最低的區域，該區域宜劃入限建區；基本適宜區雖然不在強限制區內但適宜性分值并不高，可根據具體情況將分別劃入適建區、限建區。

學生交流討論，教師適當引導，將物體的質量賦予這個“點”.

師：因為我們將物體的質量賦予了這個“點”，這個“點”就變成了一個有質量的“點”.為了突出這個“點”是有質量的，物理學中把這個“點”叫做“質點”.所以，“質點”中的“質”代表的是所研究物體的質量.

質點的定義：用來代替物體的有質量的點，是一個理想化的模型.(板書)

師：如果給你兩個“質點”，你能判斷出這兩個“長得一樣”的點所代表的物體是什么嗎？比如黑板上，代表人的“質點”和代表地球的“質點”.

生：不好區分.

師：現實生活中，為了讓“質點”有意思，也為了更加方便地研究物體，會將研究物體的大致輪廓畫出來(如圖7和圖8所示)，但是，在分析某些問題時，依然要把物體當作一個“質點”來分析.通過將物體的質量賦予“點”和畫出物體的輪廓這兩種方式，使得“點”從此不再那么單調乏味，變得“活”起來.

圖7 人繞操場跑步軌跡

圖8 地球公轉軌跡圖

設計意圖：通過設計讓“點”活起來這一環節，一方面可以有效調動學生的學習積極性，使其對“質點”的理解更加深刻；另一方面，讓“質點”教學與學生頭腦中已有的知識聯系起來，使學生在原有的知識基礎上生長出新的知識.有趣的教學環節，在培養學生物理學習興趣的同時，也踐行了“從生活走向物理，從物理走向生活”的教學理念.

1.5 從物理走向生活 學以致用

演示：教師用球拍上下擊打乒乓球(如圖9所示).

圖9 用球拍打乒乓球

問：在什么情況下，可以將乒乓球看成“質點”？什么情況下，不可以將乒乓球看成“質點”？

生：在研究乒乓球上下運動軌跡的時候，乒乓球可以看成“質點”；在研究乒乓球在空中旋轉的情況時，乒乓球不可以看成“質點”.

師：球拍可不可以看成“質點”呢？

生：不可以.它不滿足看成“質點”的條件.

師：可不可以創設出讓球拍能被看成一個“質點”的情境呢？

生甲：拿著球拍在教室轉一圈，研究它的運動軌跡的時候，就可以把球拍看成一個“質點”.

生乙：讓球拍做平動，就可以把球拍看成一個“質點”.

設計意圖：通過“用球拍上下拍打乒乓球”的實例將物理知識與學生的實際生活聯系起來，可以加深學生對“質點”概念的理解，鍛煉其解決實際問題的能力，也為“參考系”的講解做好鋪墊.

1.6 順其自然 銜接“參考系”

演示：教師拿著球拍平動，球拍在做平動的時候，可以把它看成一個“質點”；教師拿著球拍在教室中走動，研究球拍運動的軌跡時，可以將球拍看成一個“質點”.

問：教師拿著球拍在教室走動，球拍現在是不是運動的？相對誰是運動的？

生：是運動的，相對于地面是運動的.

問：那球拍相對于老師，是不是運動的呢？

生：不是.相對老師來說，球拍是靜止的.

師：也就是說，選擇不同的參考系，物體的運動情況可能不同.

2 教學反思

良好的開端是成事之半，學生剛從初中進入高中，還習慣于以前的形象思維，對于較為抽象的“質點”模型理解起來存在一定的困難，如果不能幫助其準確地掌握，就會對后續的物理學習造成不利影響.因此，設計將“質點”拆開來講，即先講清楚“點”，后講清楚“質”.這樣做的好處是，既可以使“質點”的教學不再顯得那么生硬，又能使整個教學活動符合學生的認知規律和心理特點.

在新課教學時采用生活實例引入、并將生活中的元素融入教學過程中的好處便是，既能充分調動起學生的學習積極性，又使得抽象的“質點”變得豐滿起來，同時也有利于踐行“從生活走向物理，從物理走向生活”的教學理念.最后，用一個教師拿著球拍運動的實例，自然而然地過渡到了下一個知識點，巧妙地實現了知識點間的銜接.

總之，物理教師在教學過程中，要時刻注意將物理與生活聯系起來，用生活之水來激“活”物理之水，使物理能永葆青春.