姚彬

摘? ?要：加速度對于高一學生是一個全新的物理概念，該概念的引入非常重要。文章比較近三十年來人教版四個版本的高中物理教材中加速度概念的引入方式、編排位置、表述方式、實例分析等方面的異同，并對此給出具體的教學建議。

關鍵詞：教材;加速度;引入;比較研究;教學建議

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）6-0019-3

從八十年代初歷經(jīng)三十余年，高中物理教材也經(jīng)歷了數(shù)種版本的變化。通過比較人教版不同時期的四版本教材（如圖1），可以發(fā)現(xiàn)編者在引入物理概念時越來越重視學生的認知心理特點（本文對四版本教材分別簡稱為乙種本、必修本、試驗本、2010年版）。例如，高一加速度概念的引入。加速度是高中物理非常重要的核心概念，是學生學習物理的“分水嶺”。只有突破了加速度這一概念的教學，學生后續(xù)的物理學習才能順利進行。比較各版本教材對加速度的引入，可以對教學中突破該概念的教學難點提供很多有益的啟示。

1? ? 學生學習加速度常見的障礙

加速度是學生在高中物理學習中難度較大的物理概念。學生學習加速度概念時形成的各種錯誤理解歸納為以下幾點。

1.1? ? 對物理意義理解不夠深刻

學習加速度概念之后，先提問“為什么引入速度這個概念？”絕大部分學生都能回答是比較物體運動快慢的需要。再提問學生“為什么要引入加速度這個概念？”各種答案都有，有些學生說是速度有變化就需要加速度，有些說為了讓我們知道加速度的定義式，更多的是回答不了。運動快慢可以通過直觀觀察得出，在相同的時間里誰運動的距離長誰的速度就快，或者運動相同的距離誰用的時間短誰的速度就快。而速度變化快慢，在直觀觀察中無法進行比較，只能通過抽象的比值才能得出結(jié)論。概念抽象是學生對加速度概念的物理意義理解不到位的主要原因。

1.2? ? 對定義式理解不夠深刻

1.3? ? 對速度變化理解不夠深刻

剛接觸加速度概念時，很多學生顧名思義，覺得加速度就是指“增加的速度”。這種錯覺帶來的直接后果是無法接受勻減速運動還有加速度這一事實。另外，剛接觸加速度概念時常見的問題是如何準確辨識速度v、速度變化量Δv和速度變化率 。教學中一般采用舉例來幫助學生辨析這幾個概念。

1.4? ? 對瞬時加速度理解不夠深刻

由于教材和練習題中舉出的實例以勻變速直線運動居多，學生不自覺地將勻變速直線運動和加速度聯(lián)系在一起，認為只有在勻變速直線運動中才有加速度，其他的變速運動沒有加速度。因此，對瞬時加速度更加難以理解。其根源還是學生對時間和時刻的認識停留在日常生活經(jīng)驗的水平，還未具備極限或無窮小的思想。

2? ? 四版本教材的引入方式

針對學生學習加速度概念時出現(xiàn)的障礙，教學中采取什么方式引入加速度概念更顯重要。以下簡要概述四個版本教材在引入加速度時的處理方法。

乙種本教材先直接給出勻變速直線運動的定義，再通過一個勻加速和一個勻減速兩個實例來認識勻變速直線運動的一個基本特征：在每一秒內(nèi)速度變化是一樣的。再說明火車的啟動、炮彈的發(fā)射等運動可視為勻變速運動。比較不同的勻變速運動速度改變的快慢的不同，接著提出問題“怎樣來表示速度變化的快慢？”再通過分析火車和汽車加速時每一秒內(nèi)速度的變化值，從而引出加速度的概念[1]。

必修本教材對加速度概念的引入與乙種本教材大同小異。稍有不同之處是：用表格數(shù)據(jù)形式來說明火車加速和汽車減速兩個實例為勻變速直線運動[2]。

試驗本教材分析了勻速直線運動的速度-時間圖像后，引入勻變速直線運動的速度-時間圖像，強調(diào)了速度隨時間均勻增加的特點。在隨后第五節(jié)中用鉛球、炮彈的速度變化快慢為例來正式引入加速度概念[3]。這是一種與前兩個版本教材完全不同的引入方式。

2010年版教材研究汽車和列車在啟動過程中的加速問題，比較變化相同速度所用時間，得出“誰的速度增加的比較快？”再研究在啟動過程中“它們的速度平均1 s各增加多少？”由此抓住加速度的物理意義，引入加速度概念。而前一節(jié)速度-時間圖像中出現(xiàn)了勻變速直線運動的圖像，但教材并沒有像試驗本教材那樣引入勻變速直線運動的概念[4]。

3? ? 四版本教材的引入特點及教學啟示

四版本教材對加速度引入的處理方式呈現(xiàn)漸變的特點。80年代的乙種本教材和90年代的必修本教材是以勻變速直線運動為例引入，必修本教材用表格數(shù)據(jù)形式更好地反映速度均勻變化的特點。試驗本教材在前兩版教材的基礎上嘗試著突破。雖然仍是以勻變速直線運動為例，但并沒有直接導入加速度概念，而是讓學生從更為直觀的圖像開始形成速度變化和對應的變化時間這樣一種意識，再通過一些非勻變速的例子得出加速度概念?？梢哉f從試驗本教材開始，對加速度概念出現(xiàn)了完全不同的引入方式。2010年版教材沿用試驗本教材的引入方式，先由兩個非勻變速直線運動直接引入加速度概念，再引導學生區(qū)分平均加速度和瞬時加速度，而勻變速直線運動作為加速度恒定的特例放在概念形成之后引入。

上述各版本教材在處理時呈現(xiàn)出漸變的特點，歸納起來主要是如何處理好兩個問題：一是如何處理勻變速直線運動和加速度在引入中的先后問題;二是用怎樣的實例以及怎樣的方式呈現(xiàn)才能更好地幫助學生理解加速度。

對于第一個問題其本質(zhì)是如何處理“一般”和“特殊”的關系。現(xiàn)代認知心理學認為，在人的認知過程中，前后關系很重要[5]。所有變速運動均存在加速度，而勻變速直線運動只是所有變速運動中的一個特例。兩者在教材中的先后位置可以說是從特殊到一般還是從一般到特殊的問題。

乙種本、必修本和試驗本教材均采用“從特殊到一般”的處理方式。這種處理方式極有可能會讓學生形成錯覺“只有勻變速直線運動才有加速度”，教材為了避免出現(xiàn)這種問題，直接用一大段文字說明“常見的變速運動都可以看作是勻變速運動”。如此處理是希望讀者意識到，變速運動可以劃分成無數(shù)個時間小段，在每個時間小段里可以視為勻變速直線運動。但這種說明會與后續(xù)的學習產(chǎn)生矛盾。因為我們將變速運動無限劃分后，實際每個無窮短的時間內(nèi)是視為勻速直線運動。而且此階段的學生尚未完全建立起無窮極限意識，所以結(jié)論“常見的變速運動都可以看作是勻變速運動”的給出確實有點突兀。

2010年版教材采用“從一般到特殊”的處理方式。先給出幾例變速運動，再直接提問“誰的速度變化快”，從而得出加速度的概念，隨后用簡短的文字來說明何為勻變速直線運動。當然，教材還專門開設一個章節(jié)來分析和探討勻變速直線運動的規(guī)律。

2010年版教材對加速度概念的引入簡明扼要，清晰地讓學生知道加速度就是用來比較速度變化快慢的物理量。而且避免了形成“只有勻變速直線運動才有加速度”的錯覺，使學生知道只要是速度變化就一定有加速度。

在說明何為勻變速直線運動時，2010年版教材描述為“加速度保持不變的運動叫做勻變速運動。在這種運動中，平均加速度與瞬時加速度相等”，明確提出平均加速度和瞬時加速度的概念。

第二個問題的關鍵是舉例不僅要切合實際，而且要符合學生的認知特點。乙種本教材和必修本教材先是用一個勻加速和一個勻減速的例子來說明什么是勻變速直線運動。兩個例子可以讓學生接受勻減速運動中也存在速度變化，但所舉的例子會讓學生形成錯覺“只要每秒速度變化相同就是勻變速運動”。隨后又分析火車加速和汽車加速兩個實例，引導學生觀察速度大小變化和變化時間的比值，通過比值大小來比較火車和汽車速度變化快慢，從而得出加速度的定義式。

通過觀察速度大小變化與時間的比值，可以讓學生很好地理解勻變速直線運動的特征，也可以讓學生理解加速度是通過比值法來定義的。這兩例都是加速運動，需要補充減速運動的實例來說明加速度。而且這兩例同樣存在“勻加速才有加速度”的錯覺問題。

試驗本教材先用表格形式給出汽車每隔5 s的瞬時速度，再在速度-時間圖像中畫出它的運動圖像。通過圖像來說明“在相等的時間內(nèi)，速度的改變是相等的”，最后給出勻變速直線運動的定義。然后再用一個速度-時間圖像說明什么是勻減速直線運動。再比較鉛球和炮彈加速度瞬時速度改變的快慢來引入加速度概念。

試驗本教材并沒有從勻變速運動引出加速度概念，而是用兩個瞬時加速的例子來引入，并且比較明確地提出“加速度是用來描述速度改變的快慢”。但是，在速度-時間圖像中就提出勻變速直線運動的概念，與后面的加速度概念沒有形成前后銜接。

2010年版教材則是比較轎車和列車加速到100 km/h所用的時間，來說明速度變化快慢。再引導學生舉出一些例子來說明“速度快”“速度變化大”“速度變化快”的不同。在引入加速度概念時，所舉的兩例均為加速運動，需要補充減速運動的實例加深對加速度的理解。

通過對四版本教材的比較分析，筆者覺得在加速度概念教學中采取如下方式引入可能會比較符合高一階段學生的認識心理：

（1）首先，通過幾個實例直接明了地引導學生比較速度變化快慢，得出加速度的概念和定義式。這樣能使學生清晰地認識到加速度的物理意義。

（2）所舉實例中應包含減速運動，可以讓學生認識到減速運動中也存在速度變化快慢，也存在加速度。

（3）得出不同實例的加速度后，引導學生認識到平均加速度和瞬時加速度的不同。

（4）最后再引出勻變速直線運動的基本特征是加速度不變。

參考文獻：

[1]劉克桓，邢蕙蘭，馬冬玲，等.高級中學課本（試用）物理（乙種本）上冊（第1版）[M].北京：人民教育出版社， 1983：57-59.

[2]人民教育出版社物理室. 高級中學課本物理第一冊（必修）（第2版）[M].北京：人民教育出版社，1995：56-57.

[3]人民教育出版社物理室. 全日制普通高級中學教科書（試驗修訂本·必修）物理第一冊（第2版） [M].北京：人民教育出版社， 2000：27-29.

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理 必修1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2010：25-26.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）