王云

摘 要：教材在編寫過程中充分考慮了各個概念及規(guī)律彼此間的邏輯關(guān)系，設(shè)置合理的線索，創(chuàng)建通俗易懂的物理背景。本文以人教版物理必修1的第一章《運(yùn)動的描述》為例，理清教材線索，確定各概念建立的背景，同時展現(xiàn)科學(xué)思想。

關(guān)鍵詞：教材線索；科學(xué)思想；科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）3-0019-2

物理學(xué)的各個概念、規(guī)律相互聯(lián)系，前后之間有著密切的因果關(guān)系，各知識點(diǎn)構(gòu)建一個“鏈條”式的知識結(jié)構(gòu)體系。教材在編寫過程中充分考慮了邏輯性，緊緊圍繞線索逐層展開，層層推進(jìn)。同時，在編寫過程中巧妙地把物理學(xué)思想和方法貫穿其中，從而潤物細(xì)無聲地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

本文以人教版物理必修1的第一章《運(yùn)動的描述》為例，理清教材線索，展現(xiàn)科學(xué)思想。

第一章的核心問題是如何定量描述物體的機(jī)械運(yùn)動。教材以亞里士多德的名言“不了解運(yùn)動，就不了解自然”激發(fā)學(xué)生探究自然的興趣，構(gòu)建了解運(yùn)動的動機(jī)。通過我們周圍可以看到的物體運(yùn)動：汽車在公路上飛馳，江水在咆哮著奔向遠(yuǎn)方，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動……連我們腳下的地球，也在不停地自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)。這些運(yùn)動的共同點(diǎn)是物體的空間位置隨時間的變化。從而引發(fā)學(xué)生思考以下問題：

1.研究什么物體的空間位置隨時間的變化？

2.如何定量表達(dá)物體的空間位置？

3.如何判斷物體的空間位置是否變化？

4.如何從時間、空間角度分析物體的空間位置的變化？

5.物體的空間位置隨時間的變化有怎樣的定量關(guān)系？

6.物體的空間位置變化的快慢怎么研究？

物體的空間位置是否變化可以通過研究對象與另外一個物體的距離是否變化加以判斷。為了測量的距離具有統(tǒng)一性，可以忽略物體本身的形狀和大小，把物體簡化為一個點(diǎn)。為了凸顯物體的客觀存在性還需要考慮物體本身的質(zhì)量，建立質(zhì)點(diǎn)這個理想化模型。此過程體現(xiàn)了基本的科學(xué)方法，抓住主要因素，忽略次要因素，構(gòu)建理想化模型的科學(xué)思想。另外一個物體作為判斷研究對象的空間位置是否變化的依據(jù)，所以需要假定不動，建立了參考系的概念。質(zhì)點(diǎn)概念的建立，參考系的選擇均體現(xiàn)了物理學(xué)的核心思想——相對思想。

研究對象的空間位置變化多少以及怎么變化需要進(jìn)行定量研究，從而建立坐標(biāo)系的概念。研究對象的運(yùn)動過程，有的做直線運(yùn)動，建立一維坐標(biāo)系；有的在平面內(nèi)做曲線運(yùn)動，建立二維坐標(biāo)系；有的在空間內(nèi)運(yùn)動，建立三維坐標(biāo)系。一門學(xué)科能否成為一門獨(dú)立的科學(xué)，評價標(biāo)準(zhǔn)之一就是能否進(jìn)行定量研究。所以，第1節(jié)安排了質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系三個概念。對教材線索進(jìn)行分析，有利于學(xué)生了解這三個概念建立的背景、概念之間的邏輯以及應(yīng)用條件和范圍。

教材利用第13頁的圖1.2-2分析通過不同路線從北京到重慶，引導(dǎo)學(xué)生思考不同路線的共同點(diǎn)和區(qū)別。共同點(diǎn)是位置的變化是一樣的，即位置的移動（變動）是一樣的。區(qū)別是不同路線運(yùn)動的軌跡是不一樣的。共同點(diǎn)的研究建立了位移的概念。教材這樣安排體現(xiàn)了科學(xué)的辯證邏輯思維。教材第13頁的“思考與討論”引發(fā)學(xué)生對位移運(yùn)算法則的思考，為建立矢量概念創(chuàng)建了背景和應(yīng)用前景。教材利用不同的交通工具從北京到重慶引入位移的概念，還為建立時刻和時間間隔的概念進(jìn)行鋪墊。教師可以構(gòu)建一列動車幾點(diǎn)從北京出發(fā)，幾點(diǎn)到達(dá)重慶，歷經(jīng)多長時間的情景引入時刻和時間間隔的概念。教材在編寫過程中體現(xiàn)了空間和時間是物理學(xué)經(jīng)久不衰的兩大研究主題。

第2節(jié)分別從空間和時間的角度描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，第3節(jié)自然聯(lián)想到綜合考慮空間和時間描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動。從實際情況出發(fā)構(gòu)建物理背景，自行車在30 min內(nèi)行駛8 km，汽車在相同時間內(nèi)行駛50 km。在相同時間內(nèi)，比較物體運(yùn)動位移的大小，位移大，運(yùn)動得快，所以汽車比自行車快。另一種是位移相同，比較所用時間的長短，時間短，運(yùn)動得快，例如百米賽跑。引發(fā)學(xué)生思考，如何比較汽車和百米賽跑運(yùn)動員的快慢？科學(xué)的比較方法必須要建立統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，從而利用比值法建立速度的概念。這樣的編寫也體現(xiàn)了速度是連接空間和時間的紐帶。

如圖1，利用速度的公式計算A到B的速度，但不能精細(xì)化地描述A到B各點(diǎn)的運(yùn)動快慢，只能粗略地描述運(yùn)動的快慢，這樣構(gòu)建平均速度的概念。同時引發(fā)學(xué)生思考如何更加精細(xì)化地研究各點(diǎn)的運(yùn)動快慢。從空間角度思考，如果A、B兩點(diǎn)無限接近，從時間角度出發(fā)，A到B的時間越小，運(yùn)動的描述就越精確。這樣就自然地利用極限思想構(gòu)建了瞬時速度的概念。

極限思想是從粗放型研究向精細(xì)化研究的必由科學(xué)之路。為了加強(qiáng)學(xué)生對瞬時速度這個全新概念的理解，教材安排了圖1.3-2中的汽車速度計顯示的速度可以看作瞬時速度，以及圖1.3-3的“說一說”。體現(xiàn)了科學(xué)源于實際、服務(wù)實踐的原則。

明確了速度的概念以后，學(xué)生必然思考如何測定速度的大小。教材第4節(jié)安排“實驗：用打點(diǎn)計時器測速度”。利用打點(diǎn)計時器測速度有著明顯的局限性，教材特意安排了“做一做：借助傳感器用計算機(jī)測速度”。方案一用圖1.4-7的方法測定速度，但是實際應(yīng)用時把紅外線發(fā)射器和超聲波發(fā)射器安裝在運(yùn)動的物體上不太方便。為此，方案二的圖1.4-9為升級版，超聲波發(fā)射器和接收器均固定在一個不動的物體上。借助傳感器用計算機(jī)很方便地獲取了運(yùn)動物體的速度隨時間的變化規(guī)律，建立了圖1.4-8的速度-時間圖像。這樣安排讓各知識點(diǎn)的呈現(xiàn)順理成章，沒有任何突兀的感覺。本節(jié)充分體現(xiàn)了物理是一門實驗科學(xué)，一門科學(xué)是否嚴(yán)謹(jǐn)必須能經(jīng)受實驗的檢驗。

結(jié)合圖2的v-t圖分析發(fā)現(xiàn)，相同的速度變化，需要不同的時間，可見速度變化的快慢不一樣。如何定量比較速度變化的快慢？教材第25頁利用“思考與討論”構(gòu)建加速度的背景，加強(qiáng)對此概念的理解。教材為了學(xué)生便于形成加速度的直觀認(rèn)識，多次采用類比速度的思維方法，同時注意與速度的區(qū)別。為了加強(qiáng)學(xué)生對比值法的理解，在第28頁安排了“科學(xué)漫步：變化率”。

編者在編寫教材過程中以如何定量描述物體的運(yùn)動為線索逐層展開，構(gòu)建概念的物理背景，設(shè)置合理的知識、能力臺階。各個概念形成一個完整的“鏈條”式知識結(jié)構(gòu)，方便學(xué)生理解各個概念之間的邏輯關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2007.