胡皓云

摘 要：物理概念是整個物理學科知識的基礎(chǔ)，也是物理思維的基礎(chǔ)。物理概念是核心素養(yǎng)中物理觀念的重要組成部分。本文通過以“加速度”概念教學為例，總結(jié)物理概念的教學模式以及概念教學中物理教學方法的應用分析，探討在物理概念教學中如何落實物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；物理概念；概念教學；加速度

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）10-0008-4

2014年3月30日《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》正式印發(fā)，該文件提出各學段學生發(fā)展的核心素養(yǎng)體系，明確學生應具備的適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強調(diào)個人修養(yǎng)、社會關(guān)愛、家國情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實踐[1]。核心素養(yǎng)的提出既回答了我們要培養(yǎng)什么樣的人，同樣也是新的課程標準制定的重要依據(jù)。

我們在認識世界過程中對客觀事物共同屬性和本質(zhì)特征的抽象形成了物理概念，物理概念反映物理事實中最本質(zhì)的東西，而物理規(guī)律本身就表達了有關(guān)物理概念之間的相互聯(lián)系與嚴格的數(shù)量依存關(guān)系[2]。從物理概念轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砹块_始，它利用種種數(shù)學表達手段為理論發(fā)展與實踐研究開辟道路，使物理學的結(jié)構(gòu)可以隨時加以嚴格檢驗。物理學發(fā)展過程也是人類認識世界的過程，在認識世界過程中對客觀事物共同屬性和本質(zhì)特征的抽象形成了物理概念，探索物理現(xiàn)象內(nèi)在聯(lián)系的過程中形成了物理原理和規(guī)律[3]。學生只有掌握好物理概念，才能理解物理事實，掌握物理規(guī)律，真正提升其核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)導向的物理概念教學更加要求注重科學研究方法的應用、關(guān)注學生真實的情感體驗、借助原始物理問題培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和意識[2]。

學生對物理概念的建立一般會經(jīng)歷情景感知、思維加工、順應生成、應用遷移、形成結(jié)構(gòu)這五個階段。下面以“加速度”概念為例具體闡述在各環(huán)節(jié)中如何培養(yǎng)相應物理學科核心素養(yǎng)以及如何設(shè)計出具體教學方案提升學生相應核心素養(yǎng)。進行教學設(shè)計時首要任務是要有明確的教學目標，對于加速度概念可從核心素養(yǎng)的四個方面來制定具體目標（如表1）。

1 情景感知

學生在形成概念過程中往往會出現(xiàn)感性認識不足的心理阻礙，這就要求老師創(chuàng)設(shè)真實的問題情景讓學生獲取豐富的感性認識。物理核心素養(yǎng)導向的教學要求教師為學生創(chuàng)設(shè)面對未知的、 “原始”的問題情境，這些原始問題可以是課堂生成的，也可以來自生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。學生像科學家那樣“獨立地嘗試用各種方法研究問題”，在不斷嘗試的過程中，開拓視野、發(fā)展能力，不僅獲得了知識，更重要的是體驗到了科學探究的樂趣和科學精神，形成良好的科學研究態(tài)度[4]。課前教師可以剪輯摩托車、動車、戰(zhàn)斗機加速的三段視頻，學生通過觀察視頻，對直觀材料進行信息提取，如表2。

在真實情景中引導學生自然而然地發(fā)現(xiàn)問題，提出問題。通過表2分析可看出三者速度的變化大小和變化快慢均不相同。那么，如何比較速度變化快慢呢？提示學生回顧描述位置變化快慢而引入速度概念的學習過程。學生通過類比學習，相互討論得出：速度變化相同只需要比較所用時間，所用時間越長，說明速度變化越慢；時間相同則只需要比較速度變化量，變化量越大則速度變化越快；速度變化與時間均不相同，則比較單位時間內(nèi)速度的變化量，單位時間內(nèi)速度變化量越大，速度變化越快。

2 思維加工

學生對相關(guān)物理問題的感性材料進行科學抽象，得出結(jié)論后，怎樣才算形成了物理概念呢？首先要明確這個概念的物理意義，能說出這個概念是如何定義的，同時對于有定義式的物理量要記住它的定義式及單位，明確概念的適用范圍，還要特別注意相近概念之間的區(qū)別和聯(lián)系[4] 。

教師水到渠成地引導學生引入表征速度變化快慢的物理量，引出加速度的物理意義，鼓勵學生揭示概念本質(zhì)并用專業(yè)語言進行描述。

加速的物理意義：描述速度變化快慢的物理量。

加速度的定義：加速度是速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時間的比值。

計算公式：a==（1）

單位：m/s2。

矢量性：加速度的方向與速度的變化量的方向相同。

通過比較、分析、綜合等思維活動，抓住問題的本質(zhì)，抽象出加速度概念，學生在提出物理問題、解決物理問題等方面獲得具體的成果，體驗科學研究的方法。得到成功的體驗，這樣可以更好地激發(fā)學生學習的熱情。學習用比值法定義速度變化的快慢，接著可引導學生通過實驗探究測定物體的加速度。

問題1：要測出運動物體的加速度，至少需要測量哪些物理量？

問題2：我們已經(jīng)學過什么方法可以測物體的初速度、末速度和時間？

學生通過討論得出：要測量物體的加速度，需要先測量物體的初速度和末速度及對應過程中的運動時間。為了更快速和直觀地幫助學生理解加速度的實驗測量方法，本課創(chuàng)設(shè)用光電門和數(shù)字計時器在斜面上來進行實驗。引導學生討論設(shè)計出記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。（如表3）

教學實踐表明通過以上探究實驗可幫助學生理解加速度定義式中各物理量的準確含義。

3 順應生成

大量研究證明，傳統(tǒng)教學模式中，教與學之間存在距離。研究者認為，是因為學生在學習物理之前，大腦中已經(jīng)存在了一些來自于生活經(jīng)驗的對一般物理現(xiàn)象的直覺認識，通常被稱為前概念[5]。學習新概念時一些前概念會對學生思維造成很大的消極影響。比如，部分學生從字面上理解加速度就是物體運動中增加的速度，此時應及時通過問題引導學生利用現(xiàn)成的物理情景進行概念辨析，使學生明確概念的內(nèi)涵和外延。

問題1：如果給小車一個初速度，讓它沿著斜面往上滑，會出現(xiàn)什么情況？

問題2：用較小的末速度減去較大的初速度，得到的速度的變化量是一個負值，由此得到的加速度也是一個負值，那么這個負值表示什么意思？endprint

問題3：兩個加速度分別是4 m/s2和-8 m/s2，那么哪一個加速度更大？

問題4：我們剛才算出的加速度對應過程量還是狀態(tài)量？引出平均加速度的概念。引導學生認識到，當討論“平均加速度”時，必須說明是在哪一段時間內(nèi)，物體整個運動的平均加速度并不一定和運動中某一段時間的平均加速度相同。

問題5：如果我們要了解物體在每一個時刻的加速度情況，需要引入“瞬時加速度”這個概念，那么我們有什么辦法能測量一個物體的瞬時加速度？[6]

通過討論得出：物體有加速度并不一定表明物體速度就是增加的，加速度的方向與初速度的方向關(guān)系決定了物體做加速運動還是減速運動；同時對速度、速度的變化量和速度變化率概念進行區(qū)分；進一步明確加速度的矢量性，及矢量大小比較方法；復習學習速度概念時由平均速度定義式求瞬時速度的方法，類推瞬時加速度的求法，引導學生把極限思想遷移應用。根據(jù)加速度的定義式a==，可知如果當所取非常小的Δt時，此時算出的加速度可以近似地認為是某時刻的瞬時加速度。

通過實驗探究，發(fā)現(xiàn)問題，分析綜合、歸納演繹等方法，辨析相近概念的區(qū)別與聯(lián)系，排除相關(guān)概念的干擾，揭示概念的本質(zhì)。在教師設(shè)置的具體問題情景中幫助學生順應生成新的物理概念。

4 應用遷移

當新概念建立后應及時激發(fā)學生思維，提出適合學生水平的實際問題。教師介紹死亡加速度：在很多國家，交通管理部門特制定了死亡加速度5 000 m/s2這一數(shù)值，以醒世人。意思是如果行車加速度超過此值，就有生命危險。那么大的加速度，一般情況下車輛是達不到的，但如果發(fā)生碰撞等交通事故時，將會達到這一數(shù)值，因為通常車輛碰撞的時間很短，大多為毫秒級。假如一輛汽車以90 km/h（25 m/s）的速度行駛，因發(fā)生事故與高速公路隔離護欄發(fā)生碰撞，碰撞時間為0.004 s，碰撞后速度即變?yōu)榱?，那么在碰撞過程中的汽車加速度有多大？[6]

通過問題分析，讓學生在減速運動中應用加速度定義式，學生得出a=-6 250 m/s2。同時讓學生加深對瞬時加速度的理解，即一般物體的速度不一定大，但是其瞬時加速度可能很大。通過分析再次引導學生分析速度大小、速度的變化量和速度的變化快慢之間在數(shù)量上沒有必然的關(guān)系，從而有效地消除前概念對新概念建立的消極影響。同時喚起學生對交通安全的重視意識，體會到安全帶、安全氣囊和公路限速對交通安全的意義。

人的一生中科學素養(yǎng)都在不斷發(fā)展和深入，早期的科學教育將對一個人科學素養(yǎng)的形成產(chǎn)生決定性的作用。學生通過物理課程的學習，不僅要能夠解析 “模型化”的物理試題，更要有解釋生活中物理現(xiàn)象的意識，并具有利用科學知識和方法去解決學習、生活和工作中遇到的問題的能力 。

5 形成結(jié)構(gòu)

學習的過程就是在已有知識基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題，用已有知識解決新問題的過程。位移、速度等概念的學習為加速度概念的建立提供了必要的知識準備和方法引領(lǐng)，隨著學生學習的深入，他們會理解加速度概念的引入是研究運動學規(guī)律的必要組成部分。加速度概念建立過程如圖1所示。

實施核心素養(yǎng)導向的物理教學，要教師轉(zhuǎn)變教學的價值觀念，認識到物理教學的目的不在于對物理知識的記憶和再現(xiàn)，而在于知識和方法的應用，在解決問題過程中逐步形成物理學科核心素養(yǎng)[2]。事實是認識的基礎(chǔ)，人的認識從感性認識開始，最終要上升到理性認識。在物理概念教學中，就要求教師重視情景的創(chuàng)設(shè)，引導學生觀察、比較、思考，掌握分析綜合、抽象概括等科學思維，經(jīng)歷充分的思維碰撞后進行總結(jié)歸納，上升到理性認識，最終形成正確的物理概念。

參考文獻：

[1]吳菲菲.獨立學院大學生自主學習能力的現(xiàn)狀與培養(yǎng)研究[J].教科文匯，2015（2）：175-176.

[2]林欽，陳峰，宋靜.關(guān)于核心素養(yǎng)導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法，2015（12）：90-95.

[3]高志文.基于生本視域的物理核心素養(yǎng)模型構(gòu)建[J].教育科學論壇，2016（8）：19-21.

[4]邢紅軍，清梅.論高考物理能力理論與命題導向[J].課程·教材·教法，2007（11）：63-68.

[5]黎洪波.高中物理核心概念教學研究[J].教師教學能力發(fā)展研究，總課題組科研成果集（第二卷），552.

[6]蔡錦曦.關(guān)于“速度變化快慢的描述——加速度”的教學設(shè)計[J].物理教師，2008，29（8）：9-12.

（欄目編輯 趙保鋼）endprint