楊 亮

（杭州市余杭高級(jí)中學(xué) 浙江 杭州 311100）

物理概念是為了更詳盡、更準(zhǔn)確地描述、概括物理現(xiàn)象而建立起來的抽象產(chǎn)物，它源于對生活、實(shí)踐的觀察和理性的思考，經(jīng)過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)測量和分析判斷，以及抽象而嚴(yán)密的邏輯推理與數(shù)學(xué)表達(dá)而最后形成，具有抽象而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)科特點(diǎn).中學(xué)生的年齡、心智等條件決定了其抽象能力的欠缺，對身邊發(fā)生的物理現(xiàn)象缺少關(guān)注或思考，在理解和接受物理概念時(shí)常表現(xiàn)出力不從心.筆者在教學(xué)中，二次開發(fā)教材，通過實(shí)驗(yàn)選擇性地創(chuàng)設(shè) “物理情境”，還原、稀釋前人思維活動(dòng)的歷程，再現(xiàn)概念的形成過程，讓學(xué)生經(jīng)歷“用已有知識(shí)無法描述‘新’現(xiàn)象”的窘迫，認(rèn)識(shí)到建立“新”概念的必要性，并在分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上理解和接受概念.現(xiàn)以“瞬時(shí)速度”為例，談?wù)劰P者的做法.

1 教材分析

人教版高中教材《物理·必修1》中用兩節(jié)內(nèi)容完成對“瞬時(shí)速度”的教學(xué).第一節(jié)中先給出平均速度的概念，然后直接說明在“t＋Δt”中，若時(shí)間間隔Δt“非常非常小”，就表示瞬時(shí)速度.在下一節(jié)中通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解瞬時(shí)速度的概念.筆者認(rèn)為教材的這種編排雖有利于分解難點(diǎn)，卻難以讓學(xué)生形成完整的認(rèn)識(shí)；對于剛升入高中的學(xué)生而言，“非常非常小”的極限思想太過抽象，此時(shí)給出“瞬時(shí)速度”的概念太生硬而難以被接受；況且先給出概念再用實(shí)驗(yàn)說明，剝奪了學(xué)生探究和體驗(yàn)物理概念形成過程的機(jī)會(huì)，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)和持續(xù)發(fā)展.

筆者對教材二次開發(fā)，整合上述兩節(jié)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了教學(xué)過程.

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境 營造氛圍

對于高一學(xué)生而言，物理課上只接觸過勻速直線運(yùn)動(dòng)，缺乏對變速運(yùn)動(dòng)的觀察和思考，因而不理解為什么要建立瞬時(shí)速度的概念.在教學(xué)設(shè)計(jì)中，有必要讓學(xué)生知道對于變速運(yùn)動(dòng)的物體，僅僅用平均速度無法準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)的快慢.

片斷：播放2012年劉翔在“國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽尤金站110米欄”的比賽錄像，提醒學(xué)生注意解說員的解說（劉翔在本次比賽中成績?yōu)?2.87s，解說員的解說詞大意是：劉翔在前3個(gè)欄加速，中段保持速度，最后沖刺）.

師：解說員把劉翔的速度變化過程分3段描述，僅從運(yùn)動(dòng)快慢的角度說，為什么不直接說劉翔的速度是m／s＝8.5m／s？

生（哄笑）：太籠統(tǒng)，8.5m／s是平均速度，劉翔起跑時(shí)候要慢，沖刺時(shí)要快.

師：說明用平均速度不能準(zhǔn)確地描述劉翔在比賽中的速度變化情況，如果你是解說員，怎樣更生動(dòng)、更準(zhǔn)確地描述劉翔在比賽中速度變化的情況呢？

生：分更多段……

師：如果技術(shù)分析時(shí)需要測出每一次跨欄時(shí)的速度應(yīng)該怎么做？

生：……

通過這一環(huán)節(jié)，學(xué)生意識(shí)到對于變速運(yùn)動(dòng)，平均速度已經(jīng)不能準(zhǔn)確地描述運(yùn)動(dòng)物體的速度變化，而將運(yùn)動(dòng)過程細(xì)化成更多時(shí)間段是改進(jìn)的方向.但對求通過某一位置時(shí)的速度束手無策.

用學(xué)生喜聞樂見的體育運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)摹熬场?，讓學(xué)生感知已有知識(shí)的匱乏，激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的“情”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與物理環(huán)境的相互作用.這樣不僅能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)概念，而且能充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生對物理概念學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生由好奇轉(zhuǎn)變?yōu)榕d趣愛好，由興趣愛好轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ锢砀拍钪R(shí)的渴求，讓學(xué)生用輕松、愉快、新奇、積極的心態(tài)，積極主動(dòng)地參與到教學(xué)活動(dòng)中來.

2.2 建立物理模型 探尋規(guī)律

為了形象、簡捷地處理物理問題，人們經(jīng)常把復(fù)雜的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化成一定的容易接受的簡單的物理情境，突出主要問題，忽略次要問題，從而歸納出一定經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律，即建立物理模型.

圖1 光電門傳感器測速度

為了分析“劉翔跨欄瞬間的速度”問題，可建立如圖1所示的物理模型.圖為固定了遮光片（寬度為Δx）的小車沿傾斜的軌道滑下（遮光片前端與小車頭部對齊），并穿過光電門，光電門記下遮光片通過的時(shí)間（Δt）.實(shí)驗(yàn)時(shí)，改變遮光片的寬度，每次都在同一位置釋放小車，計(jì)算不同寬度的遮光片通過光電門時(shí)的平均速度，如表1.

表1 遮光片通過光電門時(shí)的平均速度與遮光片寬度的關(guān)系

師：第一組實(shí)驗(yàn)得到的速度比車頭速度大還是??？

生：大.因?yàn)?.368m／s是遮光片前端和后端的平均，而后端通過時(shí)的速度大.

師：表中4組實(shí)驗(yàn)得到的速度呈現(xiàn)出什么規(guī)律？如何解釋？

生甲：變小.因?yàn)檎诠馄耍诠馄蠖送ㄟ^光電門時(shí)速度就小了，平均速度就小了.

生乙：趨向于某一個(gè)固定值.因?yàn)樾≤嚸看螐耐晃恢冕尫?，車頭經(jīng)過光電門時(shí)的速度都相同，遮光片越窄，平均速度與車頭經(jīng)過光電門時(shí)的速度就越接近.

教師組織學(xué)生討論兩個(gè)學(xué)生的觀點(diǎn)，在得到大部分學(xué)生認(rèn)可后，問：猜一下車頭通過光電門時(shí)的速度約是多少？

生：略小于0.327m／s.

師：怎樣精確測定車頭通過光電門時(shí)的速度？

生：換一個(gè)更窄的遮光片.

生：第2，3，4組都可以.

師：由此可得出什么結(jié)論？

生：在一定的精確度內(nèi)，可以用運(yùn)動(dòng)物體在一段很小時(shí)間內(nèi)的平均速度表示物體通過某一位置時(shí)候的速度.

這一環(huán)節(jié)中，通過建立物理模型，從學(xué)生熟悉的“平均速度”入手，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到“當(dāng)Δt非常非常小時(shí)，平均速度接近于某一個(gè)定值，在一定的精確度內(nèi)，就可以用該數(shù)值表示通過某一位置的速度”.在此基礎(chǔ)上建立了“瞬時(shí)速度”的概念，學(xué)生接受概念的同時(shí)，也掌握了計(jì)算瞬時(shí)速度的方法，收到良好的教學(xué)效果.

把生活中的物理問題抽象成物理模型，讓學(xué)生在這種特定的情境中，沿著前人思維活動(dòng)的進(jìn)程，重溫物理概念的產(chǎn)生與發(fā)展過程.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量與分析，歸納物理規(guī)律最終形成概念，學(xué)生在潛移默化中掌握了物理問題研究的方法.

2.3 應(yīng)用物理概念 分析問題

概念教學(xué)不應(yīng)滿足于概念的得到，必須給學(xué)生提供一個(gè)定量應(yīng)用概念的物理情境，借助于具體的問題，讓學(xué)生在解決問題過程中內(nèi)化知識(shí)，提升分析問題、解決問題的能力.實(shí)驗(yàn)室常用記錄“很小時(shí)間間隔”的器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照相機(jī)等.為了鞏固學(xué)生對瞬時(shí)速度的理解，設(shè)計(jì)了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn).

師：實(shí)驗(yàn)室中通常還可以用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.（教師介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理，并接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，直接用手拉動(dòng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，用刻度尺測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，投影到黑板如圖2所示）

圖2 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算瞬時(shí)速度

師：紙帶上兩點(diǎn)之間的距離表示什么意義？

生：表示手拉紙帶在0.02s內(nèi)通過的位移.

師：如何計(jì)算打下C點(diǎn)瞬間，紙帶運(yùn)動(dòng)的速度.

師：生甲的計(jì)算結(jié)果理論上最精確，生乙與生甲的結(jié)果差距最大，但相對誤差僅是2.9%.所以，3組數(shù)據(jù)都可以表示C點(diǎn)瞬時(shí)速度.實(shí)際應(yīng)用中，Δt越小，位移測量的相對誤差就大，所以要根據(jù)實(shí)驗(yàn)精確度要求，選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔.

師：課后討論如何計(jì)算劉翔跨欄時(shí)的瞬時(shí)速度？

這一環(huán)節(jié)，學(xué)生體驗(yàn)到應(yīng)用瞬時(shí)速度概念分析不同問題的成就感，又通過“計(jì)算劉翔跨欄時(shí)的瞬時(shí)速度”這一開放式的問題，使教學(xué)從課堂延伸到課外.

3 結(jié)束語

在許多領(lǐng)域中，常常出現(xiàn)“二度創(chuàng)作”的理念和實(shí)施.經(jīng)“二度創(chuàng)作”，不僅可使原創(chuàng)增色不少，甚至成為經(jīng)典，這樣的例子很多.

在我們的物理教學(xué)中，有意識(shí)地選擇一些知識(shí)點(diǎn)，打破教材編排的順序，在探究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)合理的教學(xué)過程，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和能力.從提出問題到對極限情形的思考與討論的過程中，學(xué)生可能一開始對所學(xué)內(nèi)容不太清楚，甚至被動(dòng)地被“帶入”特定的問題情境中，但在對設(shè)置問題不斷思考的過程中，已經(jīng)一點(diǎn)一滴學(xué)到了很多東西.這種重視學(xué)生對知識(shí)的“體悟”的教學(xué)方式，能有效促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

1 趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本.北京：人民教育出版社，2010

2 姜民.淺談高中物理的概念轉(zhuǎn)變教學(xué).教育實(shí)踐與研究，2013（9）

3 俞紅珍.教材的二次開發(fā)：涵義和本質(zhì).課程·教材·教法，2005（12）