用“速度”建構(gòu)“加速度”——談“速度變化快慢的描述”教學(xué)設(shè)計(jì)

顧康清

（江蘇省石莊高級(jí)中學(xué)，江蘇 如皋 226531）

1 教材教法分析

“速度變化快慢的描述——加速度”是現(xiàn)行人教版高中物理新教材必修1第1章第5節(jié)的內(nèi)容.加速度是物理學(xué)中重要物理量之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理遇到的第一個(gè)相對(duì)抽象的物理量.如何幫助學(xué)生初步理解并接受加速度這個(gè)概念，筆者以為用“速度”建構(gòu)“加速度”，不失為一種行之有效的教學(xué)設(shè)計(jì).

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，認(rèn)知因素（認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知過(guò)程）是決定學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)結(jié)果的直接因素.學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程并非是簡(jiǎn)單地對(duì)所學(xué)材料的識(shí)別、加工和理解的過(guò)程，而是學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)知識(shí)和新學(xué)習(xí)內(nèi)容相互作用（同化），形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程.在加速度概念學(xué)習(xí)之前，學(xué)生對(duì)速度概念已經(jīng)熟悉了，跟速度概念的教學(xué)一樣，加速度概念的教學(xué)也是要讓學(xué)生掌握其物理意義、定義、定義式、單位及屬性等方面的內(nèi)容，而且這兩個(gè)概念同為變化快慢的描述量，在表達(dá)形式上也完全一樣——變化率.因此，以“速度”作為“加速度”的生長(zhǎng)點(diǎn)，亦即在速度概念的基礎(chǔ)上建構(gòu)起加速度的概念，將會(huì)降低學(xué)生在認(rèn)知上的難度，使教學(xué)變得較為輕松自如，從而巧妙地將加速度的概念植入到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中.

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）掌握加速度的物理意義、定義、定義式、單位及其矢量性.

（2）經(jīng)歷加速度概念的建立過(guò)程，體會(huì)比值定義法在科學(xué)研究中的應(yīng)用.

（3）培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，樹立學(xué)好物理的信心.

3 教學(xué)的重、難點(diǎn)

（1）重點(diǎn)：加速度的物理意義、定義及計(jì)算.

（2）難點(diǎn)：加速度概念的引入及矢量性.

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 復(fù)習(xí)“速度”

引導(dǎo)學(xué)生回憶速度的概念，填寫表1.

表1 速度概念的復(fù)習(xí)

續(xù)表

設(shè)計(jì)意圖：從5個(gè)方面復(fù)習(xí)速度的概念，為加速度概念的建構(gòu)做好“交會(huì)對(duì)接”的準(zhǔn)備，是教學(xué)一個(gè)物理量時(shí)必然要涉及到的一些基本內(nèi)容.

4.2 新課教學(xué)

（1）引入“加速度”.

讓學(xué)生列舉速度增大和減小的運(yùn)動(dòng)，從中選出兩個(gè)速度變化快慢相差明顯的實(shí)例，如子彈發(fā)射（中靶）、汽車啟動(dòng)（剎車），讓學(xué)生揣摩這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn)和不同點(diǎn).共同點(diǎn)是速度都發(fā)生了變化，不同點(diǎn)是速度增大或減小的快慢程度不一樣，子彈的速度變化快，汽車的速度變化慢.

師：你是根據(jù)什么作出這樣判斷的？

生：子彈的速度是急劇變化的，汽車的速度是逐漸變化的.

師：“急劇”、“逐漸”表明，比較速度變化的快慢需要考慮時(shí)間因素，僅僅考慮時(shí)間Δt就行了嗎？

生：不行，還得考慮速度變化的大小.

師：正確.物理學(xué)上用符號(hào)Δv表示速度的變化量，Δv＝v2－v1.顯然，對(duì)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，若 Δv相等，則 Δt小的速度變化快；若Δt相等，則Δv大的速度變化快.如果兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，Δv、Δt均不相等，如何比較速度變化的快慢呢？

師：有甲、乙、丙3種運(yùn)動(dòng)，已知，甲在t1＝0時(shí)v1＝0，t2＝8s時(shí)v2＝4m／s；乙在t1＝1s時(shí)v1＝5m／s，t2＝3s時(shí)v2＝10m／s；丙在t1＝2s時(shí)v1＝12m／s，t2＝3s時(shí)v2＝2m／s，試比較甲、乙、丙3種運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢情況.

師：速度變化的快慢是一個(gè)很有意義、很值得研究的問(wèn)題，有必要引入一個(gè)物理量來(lái)定義為此，物理學(xué)中引入了“加速度”這個(gè)概念，并定義“速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值叫做加速度”，加速度用字母a表示，其定義式為

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)加速度認(rèn)識(shí)的快慢，與如何引入加速度概念有著密切的關(guān)系.先讓學(xué)生從生活實(shí)例中定性地認(rèn)識(shí)到，不同的運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢可能不同，再啟發(fā)學(xué)生用已學(xué)的物理量定量地描述速度變化的快慢，最后定義一個(gè)新物理量——加速度.這樣的設(shè)計(jì)，從感性到理性，從定性到定量，體現(xiàn)了概念教學(xué)應(yīng)有的意境和韻味，凸現(xiàn)了“從生活走向物理”的新課程理念.

（2）認(rèn)識(shí)“加速度”.

在前面表格的右側(cè)加一欄“加速度”，以左側(cè)“速度”為生長(zhǎng)點(diǎn)，完成加速度對(duì)應(yīng)內(nèi)容的教學(xué)，最終形成表2.

表2 加速度和速度的比較

設(shè)計(jì)意圖：本段設(shè)計(jì)凸顯了用“速度”建構(gòu)“加速度”的教學(xué)特色，有速度概念做“培養(yǎng)基”，加速度概念就很容易“生長(zhǎng)”出來(lái).加速度的矢量性要結(jié)合圖示講解清楚，特別要強(qiáng)調(diào)，加速度的正、負(fù)表示加速度的方向，不表示加速度的大小.

（3）圖解“加速度”.

引導(dǎo)學(xué)生自主研究本節(jié)的第2個(gè)“思考與討論”欄目，知道v－t圖像的傾斜程度反映了加速度的大小，并完成下列練習(xí)：圖1中的3條直線描述了A、B、C3個(gè)物體的運(yùn)動(dòng).通過(guò)目測(cè)判斷哪個(gè)物體的加速度最小，并說(shuō)出理由，然后根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)計(jì)算它們的加速度，并說(shuō)明加速度的方向.

圖1

設(shè)計(jì)意圖：用圖像分析處理物理問(wèn)題是高中物理區(qū)別于初中物理的顯著標(biāo)志之一，體現(xiàn)了高中物理對(duì)數(shù)學(xué)的要求.“從v－t圖像看加速度”開始了高中物理真正意義上的圖像教學(xué)，考慮到三角函數(shù)的正切、圖像的斜率這兩個(gè)概念數(shù)學(xué)中尚未學(xué)習(xí)，在此特意安排了一道練習(xí)題，以利通過(guò)數(shù)形結(jié)合的訓(xùn)練，讓學(xué)生具體地感受到圖像的直觀性.

4.3 小結(jié)鞏固

表3 v、Δv、的比較

表3 v、Δv、的比較

物理量 符號(hào) 物理意義速 度 v 表示運(yùn)動(dòng)的快慢速度的變化量 Δv 表示速度變化的大小速度的變化率（加速度）Δv Δt 表示速度變化的快慢

然后，提出下列3個(gè)問(wèn)題，供學(xué)生討論：（1）速度大，加速度小，有可能嗎？（2）速度變化量小，加速度大，有可能嗎？（3）加速度大，速度小，有可能嗎？

設(shè)計(jì)意圖：3個(gè)物理量的名稱中均有“速度”二字，表示符號(hào)中均有字母“v”，然而三者大相徑庭.列表比較，一目了然，不易混淆，以利學(xué)生形成清晰的知識(shí)鏈.對(duì)3個(gè)問(wèn)題的討論，可引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際的事例和概念的含義兩個(gè)維度展開，即通常所說(shuō)的“擺事實(shí)、講道理”.這樣設(shè)計(jì)的目的有兩個(gè)，一是通過(guò)辨析讓學(xué)生進(jìn)一步弄清3個(gè)物理量的關(guān)系和區(qū)別，二是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思辨的能力，盡管學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題不容易回答清楚.

5 教學(xué)效果

加速度是個(gè)有一定教學(xué)難度的概念，采用上述以“速度”建構(gòu)“加速度”的教學(xué)設(shè)計(jì)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，降低了學(xué)生接受的難度.教學(xué)中，學(xué)生思維活躍，建構(gòu)主動(dòng)積極，在活潑輕松的氛圍下，突出了重點(diǎn)，突破了難點(diǎn)，順利完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)成預(yù)期教學(xué)目標(biāo).

6 結(jié)語(yǔ)

加速度是運(yùn)動(dòng)學(xué)中極為抽象的概念，趙凱華和羅蔚茵教授在《新概念物理教程·力學(xué)》中明確指出：“這是人類認(rèn)識(shí)史上最難建立的概念之一，也是每個(gè)初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念.”因此，本節(jié)課僅僅定位于加速度概念的啟蒙教學(xué)，隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生對(duì)加速度這一概念的認(rèn)識(shí)會(huì)漸漸豐富、豐滿、豐厚起來(lái).

1 課程教材研究所.物理（必修1）教師教學(xué)用書.北京：人民教育出版社，2010.

2 顧康清.論物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其教學(xué)構(gòu)建.中學(xué)物理教學(xué)參考，2003（6）.