“質(zhì)點參考系和坐標(biāo)系”的教學(xué)設(shè)計

1、“質(zhì)點參考系和坐標(biāo)系”的教學(xué)設(shè)計江蘇省前黃高級中學(xué)蔡衛(wèi)東（ 213161）教材 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書（人民教育出版社） ，物理 1 必修第一章第一節(jié)。教學(xué)時間一課時教學(xué)目標(biāo)1知識與技能：(1) 理解質(zhì)點的概念能明確物體在什么情況下可以看作質(zhì)點(2) 知道參考系的概念知道選取參考系時，要考慮到使運(yùn)動的描述盡可能簡單(3) 知道坐標(biāo)系的概念能夠用坐標(biāo)系描述物體的位置和位置的變化2過程與方法：(1)領(lǐng)悟質(zhì)點概念的提出和分析、建立的過程(2)了解物理學(xué)研究中物理模型的特點，初步掌握科學(xué)抽象這種研究方法(3)通過數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)中的作用3情感態(tài)度與價值觀：(1)通過學(xué)生的觀察、

2、探究體驗，使學(xué)生保持對科學(xué)的求知欲，樂于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)道理(2) 通過小組討論，培養(yǎng)學(xué)生相互合作、共同探索的團(tuán)隊精神，并使學(xué)生學(xué)會合作與交流，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度(3) 體驗物理學(xué)研究問題的方法科學(xué)抽象， 養(yǎng)成正確處理問題的方法， 學(xué)會在研究問題中突出主要矛盾的哲學(xué)價值觀教學(xué)重點、難點重點：質(zhì)點概念的理解、參考系的選取、坐標(biāo)系的建立。難點：理想化模型質(zhì)點的建立，及相應(yīng)的思想方法設(shè)計思路本節(jié)課以“創(chuàng)設(shè)情景，提出問題 觀察思考，自主探索 討論交流，總結(jié)歸納”為教學(xué)結(jié)構(gòu)，采用“交流 互動 ”的探究模式進(jìn)行教學(xué)充分開發(fā)和利用新課程資源，創(chuàng)設(shè)大量貼近實際學(xué)生生活的問題情景，激發(fā)出

3、學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和強(qiáng)烈的求知欲望，產(chǎn)生思維的積極活動與共鳴。同時，體現(xiàn)物理與社會、物理與技術(shù)、物理與生活等方面的密切聯(lián)系。充分運(yùn)用發(fā)揮多媒體教學(xué)功能，如音樂、 圖片、 視頻素材等，為學(xué)生提供了一個更具趣味性和啟發(fā)性的學(xué)習(xí)情境。營造寬松、 自主、合作的課堂氛圍， 幫助學(xué)生形成健康人格的。除了讓學(xué)生關(guān)注概念的靜態(tài)結(jié)果，更關(guān)注學(xué)生對概念的主動建構(gòu)，強(qiáng)調(diào)在問題中實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。教學(xué)資源1演示器材：乒乓拍、乒乓球2課件：飛機(jī)空投，地月系、太陽系運(yùn)行，地球公轉(zhuǎn)和四季變化，火車運(yùn)行的模擬動畫3音像文件：“神舟”號發(fā)射、運(yùn)行、返回過程；鴿子飛行；28 屆雅典奧運(yùn)會上張怡寧發(fā)球4. 圖片資料：學(xué)校平面圖，

4、神州五號發(fā)射控制中心，GPS定位器，汽車、火車過橋、火箭等圖片。5多媒體教學(xué)設(shè)備一套。教學(xué)過程教師活動引入新課呈現(xiàn) “神舟”號從發(fā)射到返回艙成功回收的主要階段。播放 神州五號發(fā)射升空過程的錄像。講述：飛船在茫茫太空遨游，如何描述它的運(yùn)動呢？文學(xué)家、藝術(shù)家采用形象的手法。 “凌云戲月游銀漢 ,轉(zhuǎn)瞬翔天過太空” ，短短一兩句話就勾勒出航天飛船的雄姿。世界萬物都在運(yùn)動，對于不同物體的運(yùn)動， 不同的人 （如文學(xué)家、藝術(shù)家等）有不同的描述，請舉例說明。那么科學(xué)家怎樣描述物體的運(yùn)動呢？著名物理學(xué)家海森伯曾說過：“為了理解現(xiàn)象， 首要條件就是引入適當(dāng)?shù)母拍?。只有借助于正確的概念，我們才能真正知道觀察到了什么

5、。 ”本章我們首先引入描述運(yùn)動的一些基本概念，進(jìn)而研究最簡單最基本的運(yùn)動形式：直線運(yùn)動。講授新課一、物體與質(zhì)點、播放 鴿子飛行的錄像。提問：(1)要準(zhǔn)確描述鴿子身上各點的位置隨時間的變化不是容易事，困難和麻煩出在哪兒呢？學(xué)生活動觀看錄像， 同時一位同學(xué)做現(xiàn)場播音員，解說發(fā)射過程：“20XX 年 10 月 15 日，一個令人驕傲的日子， 一個彪炳史冊的日子 ”小組討論后學(xué)生回答：詩人常用 “氣勢磅礴” ，“驚滔拍岸， 卷起千堆雪” ，“奔流凝激電，驚浪似浮霜” 等詩詞來描述江水的運(yùn)動；畫家則運(yùn)用簡筆畫加線條來描述汽車的運(yùn)動。學(xué)生觀察思考、討論后回答：(1) 主要由于它的身體在向前運(yùn)動的同時， 它

6、的翅膀還在上下運(yùn)動。也就是鴿子有一定的大點評創(chuàng)設(shè)“神舟”號的教學(xué)情景，不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且學(xué)生強(qiáng)烈的民族自豪感將油然而生，激發(fā)了學(xué)生的愛國主義熱情。開放性問題為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多發(fā)言機(jī)會，更快加入活動，活躍課堂氣氛。從不同視角采用不同方法描述運(yùn)動，引出對物理方法的思考。應(yīng)用名人名言不僅增強(qiáng)了說服力，而且也對學(xué)生進(jìn)行方法教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。將學(xué)生置身于一個真(2)如果我們研究它從家里出發(fā)到你親戚家送信，需要了解它各部分運(yùn)動的區(qū)別嗎？(3)如何才能較準(zhǔn)確地描述它的運(yùn)動呢？講述：有些時候為了便于分析，常常把物體簡化為一個點。呈現(xiàn)信息窗：“神舟”5號飛船載人艙長7.4m ，直徑

7、 2.8m, 用長 58m ，重達(dá)480t的“長征” 2 號火箭發(fā)射 。如科學(xué)家研究 “神舟 ”5 號飛船在空中的運(yùn)動位置、高度、速度等問題時就把它簡化為一個有質(zhì)量的點。播放 “神舟”號運(yùn)行時在指揮部熒光屏上的顯示為一個小小的光點。教師小結(jié)： 這樣，在某些情況下，我們可以把物體簡化為一個有質(zhì)量的點。物理學(xué)中，用來代替物體的有質(zhì)量的點叫質(zhì)點（ mass point）。信息快遞：在物理學(xué)中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，經(jīng)過科學(xué)抽象而建立理想化的 “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)點就是這種物理模型之一。、 提問：(1)研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)能否把地球視為一個點

8、呢？ 播放 太陽系運(yùn)行的模擬動畫。(2) 一列沿京滬鐵路運(yùn)動的火車，若研究它從上海到北京的運(yùn)動能否把它簡化為一個點？ 播放 火車運(yùn)行模擬動畫。(3)研究地球上各處的季節(jié)變化時，能否把它視為質(zhì)點呢？播放 地球公轉(zhuǎn)和四季變化的模擬動畫。(4)研究火車通過南京長江大橋的運(yùn)動時，能否把它簡化為一個質(zhì)小和形狀， 各部分的運(yùn)動情況不一樣。(2) 如果我們研究它長度飛行就不需要了解它各部分運(yùn)動的區(qū)別。(3) 如果忽略它的大小和形狀就可以了。學(xué)生學(xué)習(xí)體會科學(xué)研究的基本方法學(xué)生觀察思考， 小組討論后作出回答：(1) 研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)能把地球視為點； 因為日地距離遠(yuǎn)大于地球的直徑。(2) 同理研究火車從上海到

9、北京的運(yùn)動也能把它簡化為一個點；因為上海到北京的離遠(yuǎn)大于火車的長度。(3) 研究地球上各處的季節(jié)變化時， 不能把它視為質(zhì)點， 因為它的大小不能忽略。(4) 同理研究火車通過南京長江大橋的運(yùn)動時， 也不能把它視為質(zhì)點， 因為火車的長度可以與大橋長度相比擬。實的生活情景，然后設(shè)計一系列問題，讓學(xué)生進(jìn)行多方面的主體性探究活動，在親身體驗中獲得對知識的精髓的領(lǐng)會與感悟。為學(xué)生提供多樣化的信息來源，給學(xué)生提供探索機(jī)會。常用中英文對照，讓點？ 呈現(xiàn) 火車過橋的圖片。引導(dǎo)學(xué)生討論交流、 歸納總學(xué)生知道常用概念的意結(jié)：3、通過以上幾個問題請同學(xué)們(1) 同一物體能否看作質(zhì)點，義。要依據(jù)問題的具體情況決定。進(jìn)一

10、步討論：(1)物體是否在所有的情況下都(2) 物體看作質(zhì)點的條件是：物體的形狀和大小對所研究的能看作質(zhì)點？(2) 物體看作質(zhì)點的條件是什問題影響很小時。(3) 相同點是都無大小和形么？(3)物理中的“質(zhì)點”跟幾何學(xué)狀，不同點是一個有質(zhì)量， 一個無質(zhì)量。中的點有什么相同和不同的地方？(4) 物體能否看成質(zhì)點， 與物(4) 大的物體一定不能看成質(zhì)體本身的大小無關(guān)。大的物體，點？小的物體隨時都看成質(zhì)點嗎？如月球、飛船也可以看成質(zhì)點，播放 地月系運(yùn)行模擬動畫， 28小的物體， 如乒乓球在發(fā)球時要屆雅典奧運(yùn)會上張怡寧發(fā)球錄像?？紤]旋轉(zhuǎn)，不能看成質(zhì)點。演示 乒乓球發(fā)球情況。給學(xué)生一定的時間和空間，盡可能拓

11、展學(xué)生思維，使學(xué)生主動交流，加強(qiáng)合作，讓學(xué)生在短暫的爭論中自主找到解決問題的辦法，體驗交流與合作的樂趣。動畫、圖片、文字、音樂組合從不同感官提高學(xué)生認(rèn)知能力。歸納探究時教師要注意調(diào)空，既要放得開，又要收得攏。要及時充分肯二、參考系1、設(shè)想一下， 你和你的同桌正在太空站里一邊喝咖啡一邊聊天。在“地球人”看來，你們隨太空站以很大的速度繞地球運(yùn)動。提問：你和你的同桌能感到自己在高速運(yùn)動嗎？為什么？呈現(xiàn) 太空站的圖片。教師小結(jié)： 物體的運(yùn)動和靜止是相對的。為描述物體的運(yùn)動，需要另外選取一個物體作為標(biāo)準(zhǔn)，否則無法判斷。這個作為標(biāo)準(zhǔn)的物體叫做參考系（ reference frame） .提問：有一首唐代流

12、傳下來的詩詞：“滿眼風(fēng)波多閃灼，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動是船行?！弊髡邽槭裁磿?“山迎 ”、 “船行 ”這樣兩種不同的感覺？、播放 飛機(jī)空投的模擬動畫。提問：選擇不同的參考系觀察結(jié)果如何？從中你有什么發(fā)現(xiàn)呢？、 提問：參考系的選擇是任學(xué)生自由回答： 雖然我們沒有到過太空站， 但地球上的生活經(jīng)驗告訴我們， 我和我的同桌都會認(rèn)為自己是靜靜地坐著。因為這與參照物的選取有關(guān)。學(xué)生自由回答：“山迎 ”的感覺是由于選船作為參考系， “船行 ”是選山作為參考系。學(xué)生觀察思考， 小組討論后回答：以飛機(jī)為參考系，看到投下的物資沿直線豎直下落， 地面上的人以地面為參考系， 看到物體是沿曲線下落的。我們發(fā)現(xiàn)

13、： 選擇不同的參考系來觀察同一運(yùn)動， 觀察的結(jié)果會有不同。定每一位學(xué)生的發(fā)言，以激發(fā)學(xué)生的積極性。通過四個問題的思考，領(lǐng)會質(zhì)點的真實意義，理解科學(xué)抽象的含義，學(xué)會獨立分析，排除機(jī)械記憶?！皠?chuàng)設(shè)情景，提出問題，觀察思考，自主探索，討論交流，總結(jié)歸納”是每一個概念建立的基本教學(xué)程序。用他們學(xué)過的物理知識去欣賞、鑒別前人的作品，對于激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)廣泛的學(xué)生興趣，意的。但怎樣選擇比較好呢？播放 地月系、太陽系運(yùn)行的模擬動畫 （幾何畫板制作） ，請同學(xué)觀察思考研究月球的運(yùn)動選什么參考系較好？由此你得出的結(jié)論如何？教師小結(jié)： 參考系的選擇應(yīng)以對運(yùn)動的描述簡單、方便為原則。要注意的是：若無特別說明，

14、通常是以地面或相對地面靜止的物體為參考系 三、坐標(biāo)系1、假設(shè)你在學(xué)校攀登樓前廣場上，沿東西方向筆直地奔跑，如果要問你到了哪里，我們會怎樣表示呢？（ 呈現(xiàn)學(xué)校平面圖）對我們可以選擇大家所熟悉的標(biāo)志作為參考，說明你的位置。那么能否借助數(shù)學(xué)方法呢？教師小結(jié)：一般說來，為了定量地描述物體的位置變化 , 需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系（ coordinate system）。用坐標(biāo)值來表示物體的位置。提問：如何選擇坐標(biāo)軸和正方向？如何選坐標(biāo)原點？如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值？學(xué)生觀察思考，自由回答：以地球為參考系比較好， 因為此時研究月球的運(yùn)動比較簡單。 而以太陽為參考系研究月球的運(yùn)動比較復(fù)雜。因此我們認(rèn)為

15、： 參考系的選擇應(yīng)以對運(yùn)動的描述越簡單越好。學(xué)生回答： 可以說在廣場上旗桿東面或西面幾米處。學(xué)生思考， 討論后回答： 可以建立坐標(biāo)系來描述物體的物質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生回答： 對質(zhì)點的直線運(yùn)動， 一般選質(zhì)點運(yùn)動軌跡為坐標(biāo)軸， 質(zhì)點運(yùn)動的方向為坐標(biāo)軸正方向， 選取質(zhì)點經(jīng)過坐標(biāo)軸原點的時刻為時間的起點。強(qiáng)化物理概念，提高教學(xué)效果還是大有益處的。多媒體技術(shù)的應(yīng)用，變抽象為具體 ,使教學(xué)更加形象、直觀，便于學(xué)生理解和掌握；以動態(tài)地、對比地演示一些物理現(xiàn)象，便于學(xué)生觀察和思維。如果我們以廣場上旗桿作為坐標(biāo)原點， x=5m,x=-10m 表示什么意思？正負(fù)號表示什么意思？2、如果你在學(xué)校里從前校門到后校門，對于

16、這種平面運(yùn)動，要描述你的位置或位置的變化，應(yīng)該建立怎樣的坐標(biāo)系？如果我們要研究“神舟”號這種三維運(yùn)行呢？3、請同學(xué)們閱讀課本第頁“科學(xué)漫步” ，并回答： 此 GPS定位器此刻處于我國哪個城市？從顯示學(xué)生回答： x=5m, 表示在廣場上旗桿東面米處， x=-10m表示在廣場上旗桿西面 10 米處。正負(fù)號表示方向。學(xué)生回答：對于平面運(yùn)動，我們可以建立平面直角坐標(biāo)系描述位置或位置的變化；對于“神舟” 號可以建立三維坐標(biāo)系研究它的運(yùn)動。學(xué)生回答： 顯示屏上的北緯運(yùn)用貼近學(xué)生生活的實際例子，從“最近發(fā)展區(qū)”開始教學(xué)，喚起學(xué)生心理上的激發(fā)狀態(tài)使學(xué)生始終保持在一個旺盛求屏中你還能獲得哪些信息？老師解釋：顯示

17、屏上第 1 行的“西”和第 2 行的航向 267°其含義。39°55451 、東經(jīng) 116 °23504 知的氛圍中，并從解決實是北京所處的經(jīng)度和緯度。 還可以知道時間， 航向、航速、航程。際問題的過程中，得到成請同學(xué)舉例說明它的還有哪些用途。本課小結(jié)這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系等概念，它們是運(yùn)動學(xué)乃至整個力學(xué)的最基本最重要的概念。要描述物體的運(yùn)動，首先要對實際物體建立一個物理模型，最簡單的是質(zhì)點模型。由于運(yùn)動的相對性，描述質(zhì)點的運(yùn)動時必須明確所選擇的參考系。為了準(zhǔn)確地、定量地描述質(zhì)點的運(yùn)動，還要建立坐標(biāo)學(xué)生回答： GPS應(yīng)用領(lǐng)域有交通管理、測量、實時導(dǎo)航

18、、精確定位、資源開發(fā)等。功的快樂，能夠使學(xué)生保持持久的學(xué)習(xí)興趣。同時激發(fā)學(xué)生仔細(xì)觀察身邊事物的科學(xué)態(tài)度和習(xí)慣。在練習(xí)中鞏固物體位置的表示方法，弄清正負(fù)號的物理意義，為下面的教學(xué)打下基礎(chǔ)。數(shù)形結(jié)合，加深理解對概念的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。在物理教學(xué)中努力滲透“科學(xué)、技術(shù)、社會”（ STS）教育思想， 重視物理學(xué)科與其他學(xué)科、現(xiàn)代科技、社會生活的聯(lián)系，不但擴(kuò)充學(xué)生的知識面，開擴(kuò)學(xué)生的眼界，而且培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力和科學(xué)的價值觀。反思小結(jié)為學(xué)生提供這節(jié)內(nèi)容的知識框架，這不僅有利于知識的鞏固，更有利于學(xué)生良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的形成。系。除了以上知識，你還學(xué)到了什么方法？學(xué)生回答： 物理學(xué)研究問題的基本方法建立物理模型。六 課后反思本節(jié)課主要學(xué)習(xí)描述物體運(yùn)動的幾個基本概念。盡管這些概念都比較抽象，但我們老師把這堂課上得有聲有色，收到了較好的教學(xué)效果。本節(jié)課主要有以下幾個特