范霞　劉小兵　李明珠

【摘要】本文闡述優(yōu)化加速度這一物理概念教學(xué)的途徑，針對常規(guī)教學(xué)中存在的無法調(diào)動學(xué)生已有的經(jīng)驗、沒能引導(dǎo)學(xué)生遷移舊知、生硬地拋出新概念等問題，結(jié)合具體教學(xué)設(shè)計，提出調(diào)動學(xué)生已有經(jīng)驗、讓學(xué)生明白概念的來龍去脈等教學(xué)策略，旨在使學(xué)生更深入地理解概念的物理意義，強化學(xué)生遷移和運用比值定義法的能力。

【關(guān)鍵詞】物理概念 加速度 概念構(gòu)建 對比遷移

【中圖分類號】G63 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）08-0116-04

物理概念是物理學(xué)最重要的基石，是物理定律、原理、公式和定則等知識的基礎(chǔ)。掌握好物理概念是中學(xué)物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。如果不能形成正確的概念，不僅會影響學(xué)生對有關(guān)物理規(guī)律的理解、掌握，而且還會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)物理課程的質(zhì)量。如何使學(xué)生親歷概念的構(gòu)建過程，真正理解和掌握物理概念，進而掌握規(guī)律，并使他們的認知能力在這個過程中得到發(fā)展，獲得愉悅的情感體驗，是中學(xué)物理教學(xué)的核心問題。

物理概念教學(xué)不僅要讓學(xué)生知道并記住概念，更要讓學(xué)生知道建立新概念的必要性，并且在建立概念的過程中理解概念的物理意義，掌握建立概念的方法。概念教學(xué)模式多樣，概念引入的方式也很多，而在物理課堂上，大多教師往往采用生硬的、直接給出概念定義的方式引入概念。這樣教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)生認為：概念的出現(xiàn)是為了滿足老師講課的需要，而不是為了滿足解決問題的需要，更不是為了滿足自己在用已有經(jīng)驗無法達到目的時對方法與知識的進一步需要，不是為了滿足從經(jīng)驗上升到科學(xué)的需要。這種強行灌注的知識很難深入學(xué)生的心靈，學(xué)生難以進行遷移和應(yīng)用，這樣教授物理概念是低效的。反之，如果教師在引入物理概念的過程中給予學(xué)生一定的時間和活動機會，使學(xué)生在已有的知識、經(jīng)驗及能力的基礎(chǔ)上，經(jīng)由科學(xué)思維，更好地了解概念的來龍去脈，更深入地理解概念的物理意義并厘清新舊知識間的聯(lián)系，學(xué)生將更容易遷移和應(yīng)用知識，從而在概念教學(xué)中獲得實質(zhì)性的思維與能力提升，概念教學(xué)也將獲得預(yù)期的教學(xué)效果。

一、加速度概念常規(guī)教學(xué)設(shè)計以及存在的問題

（一）第一種加速度概念教學(xué)設(shè)計

1.引入新課

教師通過演示實驗引入新課：讓玩具小車分別從兩個坡度不同的斜面頂端由靜止開始下滑，觀察小車兩次下滑各做什么運動，運動情況有何不同？

學(xué)生回答，教師提示、點撥，得出小車兩次下滑時，速度改變的快慢是不一樣的。

2.新課教學(xué)

教師先讓學(xué)生回答與運動現(xiàn)象有關(guān)的問題，通過實驗和生活中的現(xiàn)象說明速度的改變是有快慢之分的。接著列出四種物體的運動情況，讓學(xué)生判斷誰的速度改變最快，誰的速度改變最慢，并提示可以采用如下方法進行判斷：方法一，甲、乙所用的時間相同，比較兩者的速度變化量；方法二，乙、丙的速度變化量相同，比較兩者所用的時間。

接著教師引出問題：甲、丙的速度變化不同，所用時間也不同，那么如何比較呢？

不等學(xué)生回答，教師便直接給出方法三：計算平均每秒速度的變化量。

3.構(gòu)建加速度概念

教師直接總結(jié)得出：速度的改變量除以所用的時間，可以反映出物體速度改變的快慢，我們將這個比值叫作加速度。

（二）第二種加速度概念教學(xué)設(shè)計

1.引入新課

教師展示兩幅v-t圖像，引導(dǎo)學(xué)生體會速度的變化有快有慢。接著教師直接告訴學(xué)生今天學(xué)習(xí)的“加速度”這一概念就是用來描述速度變化快慢的物理量。

2.新課教學(xué)

教師呈現(xiàn)情境一：對比自行車下坡與公共汽車出站的速度，設(shè)問誰的速度變化快？然后教師引導(dǎo)學(xué)生討論得出：要比較速度改變的快慢，必須要找到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

接下來教師呈現(xiàn)情境二：出示轎車啟動、5噸貨車啟動、10噸貨車啟動時的初速度、末速度和所用時間的數(shù)據(jù)，設(shè)問如何表示速度變化的快慢？

學(xué)生交流討論后得出：若在速度改變相同的情況下，可以比較時間的長短。

之后教師呈現(xiàn)情境三：出示自行車下坡、公共汽車出站、火車出站、飛機飛行的初速度、末速度和所用時間的數(shù)據(jù)，設(shè)問該如何表示速度變化快慢？

教師分析數(shù)據(jù)，總結(jié)得出這幾個運動的速度的改變量不同，速度改變的快慢也不同，且速度增加量大的不一定就增加得快。

3.構(gòu)建加速度概念

教師在學(xué)生分析三個情境后，直接告訴學(xué)生：為了描述物體運動中速度變化的快慢，人們引入了加速度的概念，加速度是用來描述速度變化快慢的物理量。

（三）以上兩種教學(xué)設(shè)計存在的問題

首先，兩個教學(xué)設(shè)計都無法調(diào)動學(xué)生已有的經(jīng)驗。兩個教學(xué)設(shè)計都是通過實例直接拋出速度的改變有快有慢這一觀點，忽略了學(xué)生已有的關(guān)于描述物體運動的相關(guān)知識。其次，兩個教學(xué)設(shè)計都沒能引導(dǎo)學(xué)生將已掌握的方法遷移至新知識的學(xué)習(xí)中。學(xué)生在構(gòu)建速度這一概念時已經(jīng)初步體會用比值定義物理量的方法，他們對位置變化快慢可以表示物體運動快慢已經(jīng)有了感性認識，而加速度的概念也可以用類似的方法進行構(gòu)建，但這兩個教學(xué)設(shè)計都沒有引導(dǎo)學(xué)生將構(gòu)建速度這一概念的方法遷移到構(gòu)建加速度概念中去，這就給學(xué)生理解加速度概念帶來了困難。再次，這兩個教學(xué)設(shè)計都是比較直接、生硬地拋出知識。雖然學(xué)生很容易就能夠利用控制變量法比較當(dāng)所用時間相同或速度變化相同時的速度變化快慢，但是他們難以比較在所用時間不同、初末速度也不同時的速度變化快慢，而這兩個教學(xué)設(shè)計在此問題上都是直接拋出比較方法，生硬地定義加速度。最后，這兩個教學(xué)設(shè)計所列舉的實例不夠全面，只考慮了不同物體加速啟動過程的速度變化，而沒有讓學(xué)生分析不同的物體減速過程的速度變化，也沒有從中抽象出這兩種變速運動的共同特征。

二、加速度概念教學(xué)新思路

學(xué)生獲得物理知識的途徑包括從實驗事實出發(fā)，借助科學(xué)方法形成物理知識。將前面建構(gòu)速度概念的方法遷移到加速度概念的學(xué)習(xí)中，對學(xué)生構(gòu)建新的概念和加深對科學(xué)方法的理解，都能起到很好的作用。教師要理解并掌握物理概念教學(xué)的要求、一般過程，在教學(xué)中要注意調(diào)動學(xué)生已有經(jīng)驗、知識和能力，并在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生知道概念的來龍去脈以及新舊概念間的聯(lián)系，從而幫助學(xué)生有效構(gòu)建物理概念。

基于此，加速度概念教學(xué)應(yīng)達到如下目標(biāo)：進一步明確“描述物體的運動情況”是運動學(xué)的主要目的；知道引入加速度可以更簡潔、更準(zhǔn)確地描述物體的變速運動情況；理解加速度的概念；知道加速度是表示速度變化快慢的物理量；知道加速度的定義、公式、符號和單位；能區(qū)分速度、速度變化（量）、速度變化快慢及加速度。

學(xué)生通過本課的學(xué)習(xí)應(yīng)明確：物體運動有勻速、變速之分；不同的變速運動是有區(qū)別的，既有由小到大的情況（如加速啟動過程），也有由大到小的情況（如減速停止過程），不同的物體（如小車和火車）速度的變化（加速啟動或減速停止）過程又有所不同；這些不同不能用速度、速度變化（量）完全描述清楚；速度變化有快有慢，可以用速度變化（量）與所用時間的比值加以區(qū)分；這個比值是有物理意義的，可以定義為一個新的物理量。

教師可以通過如下策略達到上述教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生回憶已學(xué)的用于描述物體運動的物理量，如位置、位置變化、位移、速度等；用多種手段（包括真實實驗、動畫、視頻）演示或讓學(xué)生回顧生活中常見的與新概念有關(guān)的實例（如物體做不同變速運動）；讓學(xué)生找出這些例子中不同運動的相同點與不同點；讓學(xué)生思考這些例子中不同點的本質(zhì)特征；讓學(xué)生思考如何定量地揭示這種本質(zhì)特征？如何用已有物理量描述這種特征？為了使描述更為簡潔，從而引出新的物理量——加速度。

三、加速度概念教學(xué)新設(shè)計

（一）引入新課

活動一：讓學(xué)生觀察兩名學(xué)生的兩次運動（盡可能勻速，且兩者快慢不同）。

師：（提問）兩位同學(xué)的這兩次運動情況相同嗎？

生1：有相同之處，位置都隨時間發(fā)生改變。

生2：不相同。一個從A點運動到B點，一個從C點運動到D點。

生3：不相同。位置改變的快慢不同，一個改變快些，一個改變慢些。

【設(shè)計意圖】學(xué)生用自己的語言描述物體的運動，強化學(xué)以致用的意識。

（二）新課教學(xué)

師：怎樣才能把兩位同學(xué)這兩次運動快慢的不同描述清楚呢？

（教師出示表1，并引導(dǎo)學(xué)生利用表格分析兩位同學(xué)的運動）

生：僅利用位置改變不能把這兩次運動描述清楚；位移與時間的比值小，位置改變慢，運動慢，速度小；位移與時間的比值大，位置改變快，運動快，速度大。

【設(shè)計意圖】激活學(xué)生已有的知識：用速度描述物體運動快慢的方法——比值定義法，為之后學(xué)生構(gòu)建加速度概念奠定基礎(chǔ)。

活動二：讓學(xué)生觀察電單車的兩次運動（速度都在變化，且兩次變化不同）。

師：（提問）電單車的這兩次運動的情況相同嗎？

生4：有相同之處，速度都隨時間發(fā)生改變。

生5：速度改變量不同。一輛車的速度從5 km/h增加到35 km/h，一輛車的速度從10 km/h增加到30 km/h。

生6：感覺速度改變的快慢不同。一輛車在6 s內(nèi)速度從5 km/h增加到35 km/h，速度改變慢些；一輛車在2 s內(nèi)速度從10 km/h增加到30 km/h，速度改變快些。

師：（提問）怎樣才能把電單車這兩次速度改變快慢的不同描述清楚呢？

（教師引導(dǎo)學(xué)生回顧利用表1分析兩位同學(xué)運動情況的方法，利用表2分析電單車的運動情況）

（學(xué)生對比觀察表1和表2，得出結(jié)論）

生：用速度、速度變化量不能把這兩次運動描述清楚；速度改變（量）與時間比值小，速度改變慢；速度改變（量）與時間比值大，速度改變快。

【設(shè)計意圖】教師給出“把電單車這兩次速度改變快慢的不同描述清楚”“分析電單車的運動情況”等任務(wù)，并引導(dǎo)學(xué)生對比觀察表1和表2。學(xué)生根據(jù)已有的知識可以完成“分析電單車的運動情況”這一任務(wù)，但在完成“把電單車這兩次速度改變快慢的不同描述清楚”這一任務(wù)時卻遇到了困難，他們由此產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要和動機。接下來教師引入新概念也就順理成章了，學(xué)生將對新概念的來龍去脈也有清晰的認知。與此同時，這一教學(xué)活動將本課的難點進行了分解：區(qū)別速度、速度變化（量）、速度變化快慢（加速度）；對比這兩次運動的不同，隱含了加速度的物理意義，為之后構(gòu)建概念鋪墊。

師：請同學(xué)們列舉生活中其他的速度改變的快慢不同的例子。

（學(xué)生思考并作答，有學(xué)生提到如下實例）

生7：汽車剎車時速度在變小。

（教師據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生得出如下觀點）

生：汽車剎車時，速度在減小——有速度的改變；不同的剎車情況，速度改變的快慢也是不同的，急剎車時速度減小得快，而慢剎車時速度減小得慢。

【設(shè)計意圖】聯(lián)系生活實際讓學(xué)生自己進一步比較速度、速度變化（量）、速度變化快慢（加速度）等幾個量的區(qū)別。接著引出速度改變快慢的另一種情形：速度減小的快慢也有不同，使學(xué)生意識到這種情形也具有速度變化的本質(zhì)特征。

（三）構(gòu)建加速度的概念

師：（總結(jié)）所以，要清晰地描述不同的變速運動，只看它們的速度，或只看它們速度的改變（量）通常是不行的，必須同時考慮速度的改變（量）及其所用的時間，也就是要用速度改變的快慢來描述。而速度改變的快慢取決于兩個因素：一是速度的改變量，Δv=v_a-v_b；二是發(fā)生這一改變所用的時間Δt。因此，物理學(xué)中用一個新的物理量來表示速度改變的快慢——加速度，用符號a表示，公式為a=（v_t-v₀）/t，單位是m/s²。運用這一物理量可以更直接、更簡便地描述不同的變速運動的運動情況。

師：（引出新的問題）我們知道了速度增大、速度減小的變速運動都具有加速度，下面，我們進一步討論速度增加、速度減小與加速度的關(guān)系……

【設(shè)計意圖】對比之后，歸納總結(jié)出速度改變快慢的兩個決定因素——Δv和Δt，引出加速度的概念，計算公式及其物理意義的學(xué)習(xí)也就水到渠成了。接著，教師引出新的問題，激起學(xué)生更深入地了解加速度的熱情。

乍一看，該教學(xué)設(shè)計需要約20分鐘才引入加速度這一新概念，有引入環(huán)節(jié)用時過長和教學(xué)效率低等弊端。實則不然，本教學(xué)設(shè)計巧妙運用對比學(xué)習(xí)法，調(diào)動學(xué)生主動遷移的能力，使其親歷加速度概念的構(gòu)建過程，在加速度概念出現(xiàn)之前，學(xué)生就已經(jīng)清晰了解了本節(jié)課的新物理量——加速度的物理意義，并且明晰了通常需要大量練習(xí)都難以區(qū)分清楚的速度、速度變化量、速度變化率、加速度這些物理量之間的關(guān)系，學(xué)生經(jīng)歷的是高效率的學(xué)習(xí)。同時，這樣的教學(xué)過程是通過一系列的問題解決活動，使學(xué)生經(jīng)歷“根據(jù)已有的知識和能力可以解決一部分問題，但會被另外一部分問題難住，要解決這些問題，就必須超越已有的經(jīng)驗認識”的問題解決過程，而“超越已有的經(jīng)驗認識”則是新概念形成的必要因素。新概念的建立是物理教學(xué)實實在在的需要，本教學(xué)設(shè)計不僅滿足了物理新概念的教學(xué)需要，更讓學(xué)生體驗到了比值定義法的新的用武之地，加深了學(xué)生對將這一方法用于建構(gòu)概念的意義和具體做法的理解。

與傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)、“題?！睉?zhàn)術(shù)所形成的短時概念記憶相比，本教學(xué)設(shè)計用真問題驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生整合多種學(xué)習(xí)元素，在頭腦中構(gòu)建出屬于自己的加速度概念。這樣的教學(xué)能夠使學(xué)生對概念的理解更深刻、更全面、更持久，具體表現(xiàn)為無論是傳統(tǒng)的紙筆測驗，還是教師課堂上追問加速度易錯點的思辨問題，學(xué)生的正確率都較高，如“物體的速度方向改變，但加速度的方向不一定改變”是學(xué)生比較難以理解的有關(guān)加速度概念的一個常見易錯點，針對這一易錯點，常規(guī)習(xí)題教學(xué)中教師往往是讓學(xué)生記住一個反例：平拋運動——速度改變而加速度的方向始終豎直向下，但是這對初學(xué)者來說是非常難以理解的，加速度概念是必修1第一章的內(nèi)容，而平拋運動卻是必修2曲線運動的內(nèi)容，學(xué)生還沒有學(xué)過平拋運動，導(dǎo)致很多學(xué)生只能先記住結(jié)論或記住題目，他們對這一命題的理解是不深刻的，而經(jīng)歷本教學(xué)過程的學(xué)生，則能夠從加速度的方向的決定因素——速度變化量Δv出發(fā)，結(jié)合三角形定則推理出Δv方向不變的情況，從而得出正確答案。

依據(jù)物理概念內(nèi)涵，遵循學(xué)生認知規(guī)律，基于學(xué)生已有經(jīng)驗層層遞進地驅(qū)動他們參與超越經(jīng)驗的解決問題的活動，不僅能夠促進學(xué)生高效地形成正確的科學(xué)概念，還有利于調(diào)動學(xué)生積極、主動地投入學(xué)習(xí)，有利于發(fā)展中學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻

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作者簡介：范霞（1979— ），山東菏澤人，碩士研究生，講師，主要研究方向為物理、科學(xué)教育；劉小兵（1967— ），通訊作者，廣西陽朔人，副教授，主要研究方向為物理、科學(xué)教育；李明珠（1994— ），廣東湛江人，碩士研究生，主要研究方向為基礎(chǔ)教育。

（責(zé)編 劉小瑗）