人教版普通高中教科书物理必修第一册《第一章 运动的描述》内容与价值分析

《第一章运动的描述》内容与价值分析
（一）课标要求及解读
课标要求：
1.1.1 了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。

例1 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。

1.1.2 经历质点模型的建构过程，了解质点的含义。

知道将物体抽象为质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点。

体会建构物理模型的思维方式，认识物理模型在探索自然规律中的作用。

例2 通过质点模型、太阳系行星模型等实例，体会物理模型在物理学研究中的意义。

1.1.3 理解位移、速度和加速度。

通过实验，探究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动，理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法。

例3 结合瞬时速度概念的建构，体会研究物理问题的极限方法。

例4 结合加速度概念的建构，体会物理学中的抽象思维。

例5 用打点计时器、频闪照相或其他实验工具研究匀变速直线运动的规律。

1.1.4 通过实验，认识自由落体运动规律。

结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。

例6 查阅资料，了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法。

例7 查阅资料，了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。

活动建议
（1）观察质量相同、大小和形状不同的物体在空气中下落的现象，了解空气阻力对落体运动的影响。

（2）查阅资料，了解并讨论伽利略关于物体运动的实验研究对科学发展和人类进步的重大意义。

解读课标：本单元通过对描述机械运动的物理量和匀速直线运动等知识的学习和应用，重在培养学生的运动观念、模型建构，学习定性与定量的描述物体运动的方法，体会物理学研究问题的思想方法，了解人类认识和描述自然的方式，提升物理学科核心素养。

（二）学习内容分析
“不了解运动，就不了解自然。

”正如古希腊学者亚里士多德所说的那样，研究运动是物理学产生和发展的源头之一。

物体的空间位置随时间的改变是自然界最简单、最基本的运动形式，称之为机械运动。

在物理学中研究机械运动的分支就是力学，著名教育家和科学史家霍尔顿说：“无论从逻辑还是历史上讲，力学都是物理学的基础，也是物理学及其他学科的研究典范”。

下图呈现出中学物理运动学
必修部分的知识体系，从图中可知人们研究机械运动的思路是从最直观的运动轨迹开始研究位置和位置变化，逐渐深入研究其速度和加速度情况，并按照速度、加速度变与不变的思维路径进行分类和细化，从而深入和具体的进行研究，在图中可以看出速度，加速度概念在运动学体系中占据重要地位。

力学被称为科学研究的典范，不仅因为其知识体系逻辑清晰，结构简洁，更因为其体系蕴含着人类认识世界和自然的最基本的思路和典型的科学思想方法，现对本章蕴含的隐性知识分析如下：
1.本章对于运动的认识过程蕴含人类对事物认知的一般思路：
现象→感知→粗略（定性的描述）→精确（定量）的描述→确定各物理量之间的关系（匀变速直线运动规律）→研究事物的本质属性（力和运动关系）……这一程序性知识是分析物理问题基本且重要的思路。

这种研究思路，普遍用于力、电、热等问题的分析，是运动与相互作用观念的重要内容。

有助于学生的物理观念的形成和跨学科知识的融会贯通。

2.本章内容从多视角拓展了机械运动的内涵，有助于培养创新意识。

对于机械运动的认识和描述从原有概念路程转变为位移；从关注运动快慢（速率）升级为关注速度的大小和方向、速度变化多少、速度变化快慢（加速度）；对运动的描述从定性到定量；描述运动属性的物理概念从标量到矢量；描述运动的快慢可以用速率，也可以用速度，可以用平均速度也可以用瞬时速度；抽象物理概念（质点）可以用理想化模型的方法，也可以用比值定义（速度、加速度）的方法；物理概念的表达方式可以用语言文字、用数学表达式、也可以用图像；研究和解决问题的方式可以概括推理也可以实验探究等，都让学生逐渐认识物理知识建构过程和对事物的认知方式是如何多角度逐渐深入的。

有助于发展学生思维能力，培养学生创新意识和能力，以及对科学本质的理解。

3.在知识形成过程中突出物理学重要的思想方法——理想化模型的建立。

物体运动的复杂性对人类描述运动提出了挑战，智慧的人类提出“理想化模型”的思想方法，突出研究对象和所研究问题的主要方面，忽略次要因素，将理想化模型“质点”作为研究对象，不仅为描述和研究运动奠定基础，更能深刻地把握事物的本质，为人类研究复杂事物提供了科学的思想方法。

理想化模型是感知和思维的产物，它源于具体事物，又高于具体事物。

它既具有普遍意义，更是科学研究的典范。

教材在建立质点模型时从如何处理实际物体运动的复杂性出发，在实际情景中引导学生思考如果把物体看做只有质量，没有大小的点，问题就可以解决了，进而讨论在什么情况下能够把物体看做质点……这样的处理避免了学生机械记忆质点概念，有助于学生体验理想化模型的抽象过程，理解理想化模型的科学思维方法，培养和发展科学思维能力，同时也能让学生体会事物的表象具有多样性和复杂性，其本质可能存在同一性，激发探寻科学本质的愿望和兴趣。

4.在概念的建构过程蕴含比值定义物理量的思想方法和跨学科概念——变化率。

本章内容在建构描述运动的概念体系整个过程，隐含了人类观察认识事物的思维路径，即从研究位置到位置变化。

人类对事物的变化的思考大多关心两个层面上的问题，一是变化了多少，二是变化快慢即变化率。

在直线运动的描述中位移Δx表示位置变化的多少，而速度表示位置变化快慢，即用变化率来描述物体运动的快慢；当物体速度变化时自然会沿用这样的思考方式：用Δv表示速度变化的多少，表示速度的变化率即速度变化的快慢—加速度。

速度和加速度概念的建立过程让学生认识到用比值定义新的物理量的方法，这一方法在描述事物属性时经常用到，后续加速度、摩擦因数、劲度系数等概念的建立都沿用这一方法。

本章重点概念速度和加速度的建立过程使学生认识到变化率这一跨学科概念在描述各种变化过程中起着非常重要的作用，本套教材关于“变化率”这一跨学科概念采取系统化、循序渐进的方式逐渐深入进行学习。

在力学部分后续将进一步学习力是动量的变化率；电流是通过截面的电荷量的变化率；感应电动势等于磁通量的变化率、电势随距离的变化率等。

变化率是高中物理的重要概念，也是重要的跨学科概念，学习和理解变化率概念对于更加精确和深入地认识和描述事物属性有重要意义。

5.在概念理解过程采用多样性的方法渗透极限的思想方法。

瞬时速度和瞬时加速度概念的理解渗透极限的思想方法。

平均速度与真实的位置变化过程相联系的，是真实的一段位移与真实的时间间隔的比值；在此基础上为能更能精确地描述物体运动的快慢程度。

从这一事实出发让学生理解到时间间隔Δt越小，平均速度越接近某一瞬间的瞬时速度，对运动的描述越精确，进而给出了一个推断和认定，当Δt→0时，就说是物体在时刻的瞬时速度，这是第一次采用理论分析的方式渗透极限思想方法；第二次通过实验的方式渗透极限思想，在“测速度”实验中，把纸带上相邻两个计数点之间的时间间隔取得小一些，两点之间的位移Δx与时间间隔Δt的比值算
出的平均速度就可以代表中间计数点的瞬时速度；第三次是在用v - t 图象推出匀变速运动的位移公式；第四次是在“通过石子在砖墙上照片的轨迹长度估算曝光时间”的习题中渗透极限思想。

在本章拓展环节还分别设置了讨论非匀变速直线运动瞬时加速度概念也再次渗透极限思想。

在后续学习中进一步拓展这一思想方法如求解变力做功、变力冲量等，不断深化这一重要思想方法的理解和应用。

极限的思想方法是研究物理量瞬间变化与过程积累的基本思想方法，实际就是微积分思想的初步，对于理解瞬时变化率和变量的积累都有着有重要意义。