在“加速度” 概念教學中克服學習障礙的設計與策略

朱曉兵

(江蘇省白蒲高級中學 江蘇 南通 226511)

研究表明，概念是事物本質屬性的抽象和反映.物理概念，是通過觀察自然現象，創設科學實驗，運用科學方法加以分析、推理、演繹、歸納，經歷思維加工后從感性轉化為理性，進而抽象概括出來的某一現象、過程的本質屬性.物理概念既具備一般概念的特征，又具備物理學的學科特征.

(1)客觀性.物理概念起源于物理現象、物理過程，離不開觀察和科學實驗.

(2)抽象性.物理概念經歷了由現象到本質、由感性到理性的升華，是事物本質屬性的概括反映，超越于具體的現象和過程.

(3)可測性.物理概念有其嚴格的定義，有的可以用數學公式來描述，不僅有其豐富的內涵，而且可以計算、可以測量.

(4)發展性.物理概念隨著科技的進步、人類認識水平的提高，隨著物理問題研究的深入，而不斷豐富發展，如人們對“質量”這一概念的認知過程.

形成正確的物理概念，不僅是運用物理知識分析、解決物理問題的基礎，而且對學生學習物理的興趣、解決問題的思維方式都有著潛移默化的影響.不少教師在教學中不重視物理概念的引入、形成.那么，物理概念學習的障礙有哪些？我們應該采取什么樣的教學策略？本文試以“加速度”概念教學設計為例與大家一同探討.

1 物理概念學習的障礙

1.1 感性材料積累不足

物理概念來自于自然現象和過程，想要正確理解概念的內涵，必須積累豐富的感性材料.然而，由于應試教育的需要，學生把大量的寶貴時間都花在了補課和解題上了，缺乏應有的交往和活動，缺乏應有的生活經驗和觀察.加之有些抽象的概念在生活中少有接觸，如加速度、電場強度等，在缺乏感性知識的基礎上難以上升到理性認識，對概念的內涵只是機械地背誦，容易被一些干擾信息所迷惑，從而無法正確地分析物理過程.

1.2 學生認知能力的局限性

進入青春期以后，學生已經能夠有目的地進行觀察，而且能夠合理分配注意力.面對新概念、新知識也不再靠死記硬背，有的學生已經掌握了理解記憶的方法.但多數學生抽象邏輯思維能力還比較薄弱，他們習慣于根據日常經驗下結論，不習慣運用數學工具推理、判斷、解釋.他們的思維具備一定的批判性，但有時候喜歡鉆牛角尖，有時候浮于表面.他們的認知屬于“經驗型”.

1.3 經驗事實中的前概念

“前概念”是怎么產生的？心理學研究認為有4種途徑：

途徑一：日常生活經驗，如學生學習“重力”概念時常常與生活中的“重量”混淆；

途徑二：知識的負遷移，如高一學生學習“速度”概念時，往往會受到初中時“平均速率”的干擾；

途徑三：語詞帶來的誤解，如不少學生認為“勻變速圓周運動”就是“勻變速運動”；

途徑四：不當的類比，有些學生類比了“電場強度”和“磁感應強度”后，認為既然電場強度的方向與正電荷的受力方向一致，那么磁感應強度的方向也和電流元的受力方向一致.

1.4 教師教學理念的偏差

過去我們常常采用講授法授課，這樣能利用有限的資源讓更多的學生學習到更多的知識.其缺點也顯而易見，缺少了學生的主動參與，忽略了過程與方法,忽略了人文精神的培養.不少教師不重視概念的形成過程，講授物理概念往往直接給出定義，不注意探究概念的內涵，不注意豐富概念的外延，致使學生解題過于模式化、公式化、簡單化.還有些教師對科技前沿知識關注不夠，不注意物理概念的發展性，不注意將物理概念和科技發展聯系起來，不注意學生學習興趣的培養.

2 物理概念的教學策略

實踐表明，要形成正確的物理概念，一般要經歷3個階段：概念引入階段、概念形成階段、概念深化階段.那么，在這3個階段中如何優化教學策略，完善學生認知結構,培養學生能力呢？筆者試以“加速度”概念教學設計為例，談一談物理概念的教學策略.

策略1:創設情境，探究“加速度”概念的內涵

生活中運動的物體司空見慣，人們也常常用速度來比較運動的快慢.然而，雖然學生們也經常看到汽車的啟動、加速、剎車等現象，但他們從來沒有思考過“速度變化的快慢”問題.如果沒有豐富的感性材料，沒有科學的方法分析比較，學生是難以抽象概括出“加速度”概念的內涵和定義的.加之高一的學生還習慣于根據經驗下結論，比較害怕抽象的、理論性強的知識.基于加速度概念的客觀性、抽象性、學生認知的局限性，我們創設了以下兩個問題情境.

問題1：觀看2004年奧運會上劉翔110 m欄比賽錄像，你有什么發現？

問題2：為了提高比賽成績，教練組對劉翔的訓練過程進行了深入研究，測得了如表1所示數據.

表1 各階段的測量數據

(1)參考以上數據，劉翔在哪一時刻運動最快？

(2)哪個階段速度變化量最大？

(3)哪個階段速度變化最快？如何比較速度變化的快慢？

這樣，通過觀看劉翔的比賽錄像，激發了學生的愛國熱情，激發了其學習興趣.然后從比較運動的快慢過渡到比較速度變化量的大小，最后自然過渡到比較“速度變化快慢”的問題.通過創設情境，層層設疑，通過鮮活的事例、具體的數據，學生從感性到理性，逐漸感悟出“不僅運動有快有慢，速度的變化也有快有慢，有必要引入一個物理量來描述速度變化的快慢”.接下來，通過引導學生類比比較位移變化快慢的方法，學生很自然地就理解了加速度的內涵——反映運動物體速度變化快慢的物理量，加速度的定義也就水到渠成.

策略2：拓展提升，豐富“加速度”概念的外延

物理概念不僅有其深刻的內涵，還有其豐富的外延，一般包括概念的適用范圍、概念的分類等.通過前面的探究，學生知道了加速度反映了一段時間內速度變化的快慢.為了更準確地描述物體在某一時刻的運動情況，運用極限思想，我們有必要在“平均加速度”的基礎上引入“瞬時加速度”的概念.然而，極限思想又再次向學生的抽象邏輯思維提出了挑戰，如何優化這一過程呢？我們設計了這樣一道題.

問題3：一質點沿某一直線運動，它離開原點的速度v隨時間的變化關系為v=t2+t,求：

(1)在t=1 s至t=1.1 s內，質點的加速度的大小為多少；

(2)在t=1 s至t=1.01 s內，質點的加速度的大小為多少；

(3)在t=1 s至t=1.001 s內，質點的加速度的大小為多少；

(4)比較(1)、(2)、(3)的計算結果，你有什么發現.

教師創設問題情境，學生通過自主計算，小組討論、交流，對極限思想有了感性認識，這時教師因勢利導歸納總結，類比瞬時速度得出“瞬時加速度”的概念，豐富了加速度概念的外延，學生對加速度概念的理解逐漸變得深刻、豐富.當然，隨著學習的深入，我們還會碰到“重力加速度”、“向心加速度”，教師在講課時應注意到適時豐富概念的外延.

策略3：區分“加速度”和“速度”，構建知識網絡

學習加速度時有個問題學生一直難以弄清：一個質點做直線運動，速度為零時，加速度可能并不為零.究其原因，是速度這個前概念對加速度概念產生了干擾.如果教師只強調“加速度反映了速度變化的快慢，與速度的大小沒有必然的聯系”，這樣講解太抽象，學生依然迷惑不解，此時我們進行了這樣的設計.

問題4：如圖1所示為一物體做勻變速直線運動的速度圖像，則

(1)物體在第2 s時的速度是多大？

(2)物體在第2 s至第3 s內的加速度是多大？

(3)物體在第2 s至第2.01 s內的加速度是多大？

(4)物體在第2 s時的加速度是多大？

(5)速度為零時，加速度一定為零嗎？

圖1

教師引導學生區分速度與加速度的異同：速度反映的是位置變化的快慢，其大小由位移和時間共同決定；加速度反映的是速度增加或減小的快慢程度，其大小由速度的變化量和時間共同決定，與速度的大小、速度變化量的大小沒有必然的聯系.并將加速度與v-t圖像的斜率統一起來，通過圖像進一步區分速度和加速度的不同，從不同角度豐富了學生的感知.通過分析比較，不僅消除了前概念的負遷移，還將速度、速度的變化量、加速度構成了知識網絡，再次鞏固了加速度概念的內涵.

策略4:測量“加速度”，深化“加速度”概念

學生形成加速度概念之后，對概念的內涵、外延的理解往往并不透徹、并不深刻、并不全面，需要在實際運用中進一步鞏固、深化.在引導學生經歷了從具體到抽象之后，還有必要引導學生再經歷從抽象到具體的過程，也就是運用加速度概念分析解決實際問題，才能進一步深化對加速度概念的理解.實驗是物理學分析問題、解決問題的基本方法和途徑，它不僅有助于學生探究物理規律，對概念的形成、概念的鞏固也有特殊的意義.實驗不僅是為了培養學生的操作能力，還要讓學生經歷過程，學習方法，體驗成功.在“加速度”概念的鞏固環節，我們設計了一組實驗.

分組實驗：給你下列器材：打點計時器,紙帶,鐵夾,小鐵球,鐵架臺,棉線等，思考：

(1)你能利用這些器材設計出一種加速運動的模型嗎？

(2)你能利用打點計時器測量這一運動模型中某一時刻的瞬時速度嗎？

(3)你能利用這些器材測量出這一運動模型中某一段時間內的加速度嗎？

學生積極動腦動手，積極討論交流，積極推理、探究，課堂學習氣氛濃厚.通過實驗，豐富了學生的的創造力，激發了學生的學習興趣，更重要的是鞏固、深化了加速度的概念.

形成正確的物理概念，是進一步探究物理規律，深入分析問題、解決問題的基礎.所以物理概念教學是廣大物理教師肩負的重要使命，它直接左右著學生學習物理的興趣,分析、解決問題的方法和思維方式,運用物理知識解決實際問題的能力.多年來，不少物理教師致力于物理概念教學的探索和創新，總結出不少好的想法和做法，筆者通過長期的學習和實踐，取長補短，總結出物理概念學習的障礙與教學策略，但愿能對大家的教學有一些啟發.

參考文獻

1 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學方法論.杭州：浙江教育出版社，2007

2 徐將二.淺談速度概念教學中的過程設計.中學物理教學參考，2013(7):20～21