高一物理教學(xué)中如何建立加速度概念

侯金俊

(江蘇省盱眙中學(xué) 江蘇 淮安 211700)

對物理情景的想象、概念的建立、過程的理解等構(gòu)成了高中物理教學(xué)中的諸多難點(diǎn)，而物理概念的建立既是物理教學(xué)的重點(diǎn)，更是難點(diǎn).如果教師在教學(xué)過程中能夠用生動的事例去啟發(fā)，有趣的實(shí)驗(yàn)去演示，科學(xué)的方法去分析，就可以很自然地突破這些重、難點(diǎn).筆者在一節(jié)市優(yōu)課評比中的一點(diǎn)做法效果不錯(cuò)，作簡單介紹.

1 教材分析

本節(jié)課是《物理·必修1》第一章第5節(jié)，課題“速度變化快慢的描述——加速度”[1].加速度是高一物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在高中物理教學(xué)中具有特殊地位.

第一，在知識上它是聯(lián)系動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)之間的橋梁，即力是通過加速度這個(gè)物理量與速度、位移建立了數(shù)量的關(guān)系.

第二，在方法上滲透著比值定義法， 通過對速度變化快慢的探究，讓學(xué)生再次體會比值定義法.因此，上好這節(jié)課，對學(xué)生能否建立加速度的概念，乃至后面力學(xué)知識的學(xué)習(xí)都至關(guān)重要.

2 學(xué)情分析

加速度的概念，對于剛上高中的學(xué)生太抽象了.首先在日常生活中，學(xué)生一般只涉及運(yùn)動多少路程、速度是多大的基本計(jì)算，很少碰到區(qū)分速度變化快慢的情景，可以說不學(xué)物理，在頭腦中是不會自發(fā)形成“加速度”的概念；其次，學(xué)生抽象思維能力不高，對于速度、速度的變化量、速度的變化率很難分清，對加速度的正負(fù)號、加速度的增減和速度的增減有無關(guān)系等更是一團(tuán)亂麻.

因此在幫助學(xué)生建立加速度概念的過程中，要充分挖掘素材，如視頻、圖像、表格、數(shù)據(jù)等，采用演示、類比、比喻等一切手段幫助學(xué)生理解加速度的概念、意義；調(diào)動學(xué)生參與教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣.

3 設(shè)計(jì)理念

新課程理念倡導(dǎo)“以學(xué)生為主體”，“物理課程必須倡導(dǎo)學(xué)習(xí)的自主性、探究性、合作性，讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，體驗(yàn)感悟科學(xué)探究的過程和方法”.本節(jié)課的重點(diǎn)是理解加速度的概念和物理意義，而加速度的方向則是本節(jié)課的難點(diǎn).本教學(xué)設(shè)計(jì)試圖從已有的物理知識和生活中的物理現(xiàn)象出發(fā)，通過類比、比值定義、比較推理和歸納與綜合等科學(xué)方法的滲透，構(gòu)建學(xué)生主動參與，積極探究的課堂氛圍，讓學(xué)生在彰顯科學(xué)方法中獲取物理知識，從而提高課堂教學(xué)的有效性[2].

4 教學(xué)過程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境引入課題

情境:小學(xué)生與姚明比一比誰長得快？如圖1所示.

圖1 我與姚明比一比

通過比較使學(xué)生認(rèn)識到個(gè)子高不一定長得快，注意到生活中的快慢.

設(shè)計(jì)意圖:

(1)利用姚明的名人效應(yīng)能較快集中學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生能立即投入到本節(jié)課的學(xué)習(xí)中來.

(2)利用學(xué)生身邊的事例讓學(xué)生明白個(gè)子高、變化大、長得快的區(qū)別，填補(bǔ)學(xué)生頭腦中關(guān)于變化快慢的認(rèn)知缺失，為新課的學(xué)習(xí)奠定認(rèn)知上的基礎(chǔ).

4.2 創(chuàng)設(shè)情境理解 “速度大”“速度變化大”和“速度變化快”的不同之處

(1)生活中的物理情境

兩輛汽車同時(shí)起動，第一輛5 s內(nèi)速度由零均勻增到10 m/s后勻速；第二輛2 s內(nèi)速度由零均勻增到6 m/s后勻速.討論：

1)兩輛汽車最終速度哪個(gè)大；

2)從靜止到都勻速運(yùn)動哪個(gè)速度變化大；

3)第1 s內(nèi)，兩汽車速度變化各多大；

4)第1 s內(nèi)兩輛汽車哪個(gè)速度變化快.

請同學(xué)思考一下“速度大”“速度變化大”“速度變化快”這三種說法有什么不同，并以下表1實(shí)例說明它們的不同之處.

表1 物體運(yùn)動實(shí)例

學(xué)生思考：誰的速度大？誰的速度變化大？誰的速度變化快？

(2)視頻情景展示:摩托車、汽車、飛機(jī)的直線加速比賽，如圖2所示.

圖2 摩托車、汽車、飛機(jī)的直線加速比賽

引導(dǎo)學(xué)生分析：

1)為什么開始階段摩托車行駛在前面；

2)為什么最后階段飛機(jī)一直行駛在前面；

3)總的比賽過程中，誰的速度變化大.

(3)板書

一、區(qū)分“速度大”“速度變化大”“速度變化快”

“速度大”是指位置變化快 .

“速度變化大”是指末速度與初速度的差別大.

“速度變化快”是指單位時(shí)間內(nèi)速度變化大.

通過問題的分析和討論讓學(xué)生明確：

“速度大”、“速度變化大”、“速度變化快”所描述的情況是不同的.因此有必要引入一個(gè)物理量來描述物體速度變化快慢的不同，從而引入加速度的物理意義和概念.

設(shè)計(jì)意圖:

(1)通過對摩托車、汽車、飛機(jī)的直線加速比賽視頻展示，造成學(xué)生認(rèn)知上的沖突.通過表格分析，讓學(xué)生更好理解“速度大”、“速度變化大”、“速度變化快”所描述的情況是不同的；這些有利于引入加速度的概念.

(2)通過對表格數(shù)據(jù)的分析過程讓學(xué)生體會用比值定義法來定義加速度，樹立變化率的思想.

(3)先進(jìn)行表格分析，后進(jìn)行視頻展示，表格和視頻的統(tǒng)一，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對“速度大”、“速度變化大”、“速度變化快”的理解.

4.3 創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生理解加速度

高一學(xué)生第一次接觸到加速度概念，接受起來較為困難.根據(jù)筆者多年教學(xué)的體會，即使學(xué)完加速度這一概念之后，仍有很多同學(xué)認(rèn)為，速度大，那么加速度一定大.速度和加速度兩個(gè)概念總是區(qū)別不開.因此，教師處理這部分內(nèi)容要格外經(jīng)心，使學(xué)生順利通過這道關(guān)口.

(1)教師引導(dǎo)學(xué)生類比速度的建立過程，逐步得出加速度的物理意義、定義、公式和單位.

(2)板書

二、加速度

(1)物理意義：描述物體速度變化的“快慢”

(2)定義：速度變化量跟發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值.

(4)單位：m/s2

(3)小試牛刀

【例1】飛機(jī)起飛前在地面上滑行，可以在30s內(nèi)，速度由零增加到81m/s.那么，飛機(jī)起飛前的加速度為多少？

設(shè)計(jì)意圖:加速度的概念非常抽象，學(xué)生缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn).通過類比、比值定義等科學(xué)方法的參與，由淺入深，層層深入，順應(yīng)學(xué)生思維發(fā)展的規(guī)律，有效化解了教學(xué)中的難點(diǎn)內(nèi)容，使抽象的概念變得具體，學(xué)生建立加速度的概念也就順理成章，例1的加速度大小計(jì)算又為例2的講解做了鋪墊.

(4)加速度中的正負(fù)號

【例2】足球以8m/s的速度飛來，運(yùn)動員把它以12m/s的速度反向踢出，踢球的時(shí)間為0.2s.求足球在這段時(shí)間內(nèi)的加速度.

1)向?qū)W生介紹解題的注意點(diǎn)：在運(yùn)算中必須規(guī)定正方向，Δv=v2-v1一定是末速度v2減去初速度v1，分析計(jì)算結(jié)果中的正、負(fù)符號的物理意義.

2)師生共同完成解題過程.

解：以初速度方向?yàn)檎较颍瑒t

教師引導(dǎo)學(xué)生類比速度中負(fù)號的含義，得出加速度中負(fù)號表示與所選正方向相反.

3)分析解題過程，得出加速度的方向.

從解題過程可以看出，加速度的方向與速度變化量的方向相同

教師進(jìn)一步利用汽車速度增加和減小的例子說明.如圖3所示，加速度的方向與速度變化量的方向相同，與速度的方向無關(guān).

圖3

4)對比分析，得出加速度中正負(fù)號的意義.

思考討論：若取初速度相反的方向?yàn)檎较颍?jì)算結(jié)果如何？

兩學(xué)生分別取初速度的方向?yàn)檎较蚝腿∧┧俣鹊姆较驗(yàn)檎较蜻M(jìn)行計(jì)算.

學(xué)生甲：以初速度方向?yàn)檎较颍?/p>

加速度中負(fù)號表示與所選正方向相反，即加速度方向與初速度方向相反.

學(xué)生乙：以末速度方向?yàn)檎较颍?/p>

加速度方向與末速度方向相同.

引導(dǎo)學(xué)生分析：這是同一個(gè)物理過程，所以加速度是一定的，為什么會有不一樣的表達(dá)形式呢？查找出現(xiàn)的原因，學(xué)生自然會想到是因?yàn)檎较虻倪x取不一樣.

共同得出：加速度計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的正、負(fù)號僅與正方向的選取有關(guān).

(5)板書

(5)矢量性：

1)加速度的正、負(fù)號僅與正方向的選取有關(guān)

2)加速度的方向與速度變化量的方向相同.

設(shè)計(jì)意圖:

1)加速度是矢量.由于還沒有學(xué)習(xí)牛頓第二定律，學(xué)生很難理解它的方向.由于前面講解了Δv的方向，很容易由定義式來尋找出加速度的方向.再通過動畫演示汽車加速過程、汽車減速過程，引導(dǎo)學(xué)生用圖示法分析加速度的方向，理解加速度的方向與速度方向、速度變化的方向之間的關(guān)系.使抽象的概念變得具體，學(xué)生理解和掌握物理知識也就順理成章.

2)筆者在多年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生沒有理解加速度中正負(fù)號的意義，把它當(dāng)成加速度的方向了，甚至有些教師也是這樣教的.通過一個(gè)物理過程——將飛來的足球踢飛，選定兩種不同的正方向，解出的結(jié)果進(jìn)行比較，讓學(xué)生親身感受到加速度的正、負(fù)號僅與正方向的選取有關(guān).

5 教學(xué)反思

(1)本節(jié)課從數(shù)據(jù)入手，通過科學(xué)方法的滲透，構(gòu)建學(xué)生主動探究的科學(xué)氛圍，讓學(xué)生親自參與了概念的得出過程，體現(xiàn)了新課改的精神，培養(yǎng)了學(xué)生抽象思維的能力、數(shù)據(jù)處理能力、總結(jié)和概括能力.

(2)每一個(gè)環(huán)節(jié)都通過學(xué)生積極思考、主動參與來完成，并設(shè)置問題情境，調(diào)節(jié)課堂氣氛，增強(qiáng)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)的興趣.

(3)果斷地處理教材，把平均加速度、瞬時(shí)加速度和速度時(shí)間圖像都放到第二課時(shí)處理，突出了本節(jié)課的重點(diǎn)，更有利于突破本節(jié)課的難點(diǎn).

參考文獻(xiàn)

1 人民教育出版社物理室.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理·必修1.北京：人民教育出版社，2010

2 姚維貴.注重科學(xué)方法滲透 引導(dǎo)學(xué)生自主探究 “速度變化快慢——加速度”教學(xué)設(shè)計(jì).中學(xué)物理教學(xué)參考，2011(4)