基于“問題解決”的物理概念教學探討
——以“加速度”為例

顧雅彥

(江蘇省宜興市第二高級中學，江蘇 宜興 214200)

基于“問題解決”的物理概念教學探討
——以“加速度”為例

顧雅彥

(江蘇省宜興市第二高級中學，江蘇 宜興 214200)

本文以“加速度”概念教學為例，探討了問題解決的教學模式。實踐表明：從學生的真實基礎出發，通過恰當的問題設計，在問題解決中逐步幫助學生建立相關概念是行之有效的教學方式。

概念教學；問題解決；加速度

1 引言

美國課程專家艾里克森指出：核心概念具有普遍的遷移功能，是學科教學價值的集中體現。任何教學活動的本質，都是以學科事實為基礎建構核心概念、發展學生的思維能力。因此，在教學中應重視學生概念的構建。在教學中發現學生學習過程中最薄弱環節就是物理概念的學習，學生在學習過程中常常出現“模棱兩可”“背誦概念”等不良的學習狀態和學習方法。究其原因有很多，但“過快的、不經歷學生自己思維過程的教學方式”和“概念過度抽象”是引發上述情況的主要原因。基于以上分析，筆者認為在概念教學中，可以嘗試采用“問題解決”的教學方式。該模式是在“問題”的驅動下，學生積極主動參與探究而獲得知識和掌握方法的一種教學方式，具體操作是：依據教學目標和要求，尋找到符合學生認知規律特點和思維能力的基準點，創設有效的問題情境，以“發現問題——探究問題——解決問題——實踐應用”為基本流程，利用問題引導的方式，引領課堂進行的方向，活躍課堂氣氛，激發學生學習興趣，幫助學生搭建思維上的“腳手架”，逐步引導學生從感性認知到理性思考，由淺入深，層層推進，逐步加深對概念的認識，促進學生思維的不斷發展、升華。下文就以“加速度”為例，闡述筆者的教學實踐。

2 “問題解決”方式的運用實踐

加速度是力學中的重要概念,是串接“運動”和“力”的橋梁。在日常的生活經驗中,人們往往被“跑得快慢”這一直觀的現象所吸引，少有主動涉及“速度變化快慢”的認知,因此，學生要正確感知加速度概念的物理意義還是十分困難的。同時對于概念的教學，應理清一個中心問題：為什么引入該概念？怎樣建立？如何理解？基于這樣的認識和學生實際情況，設計了如圖1所示的流程圖，具體操作如下。

圖1

小游戲(大家來找茬)：利用教室里的多媒體設備播放視頻，賽車和飛機同時啟動，觀察兩個交通工具的運動特點(如圖2)。進行小組討論，鼓勵學生表述出2個交通工具的運動特點。

圖2

設計意圖如下：(1) 在傳統的課堂中，針對以上情景，一般都會直接提出“誰的速度變化快”這樣“靶向”明確的問題，盡管該問題有利于課堂的順利進行，但該方式缺失了培養學生收集、處理信息等能力的良機；(2) 以游戲的形式引入，有利于在短時間內吸引學生的注意，讓學生的觀看有目的性，同時也有利于激發學生的學習熱情，拉近物理與學生的距離，使學生感到物理就在身邊；(3) 讓學生感知運動的物體不僅存在速度大小的區別，還有速度的變化及變化的快慢，從而進一步增強學生關于變化快慢的認知；(4) 鼓勵學生相互討論，這樣既可以培養學生的團隊合作精神，也在一定程度上培養了他們的語言組織、表達能力。

問題1：請學生完成表1，并回答：(1) 比較A和B，誰的末速度大，誰的速度改變量大？誰的速度改變快？你的判斷理由是什么？(2) 對“B和C”“A和C”作同樣的比較。

表1

設計意圖如下：(1) 通過對表格數據的分析過程，讓學生體會用比值定義法來定義加速度，樹立變化率的思想；(2) 從“定性感知(視頻)”到“定量分析(表格)”，進一步使學生明確“V大”“ΔV大”“V變化快”對應的不同情景，從而認識到必須引入一個新的物理量來描述物體速度變化的快慢。

問題2：請大家回憶在建立速度概念時，怎樣描述位置的變化？又是怎樣描述位置變化的快慢？

設計意圖如下：比值定義法、類比法等思維方法的引入，逐步遞進，符合學生思維發展的規律和特點，使抽象概念具體化，從而將教學難點化解于無形中。

問題3：針對表1中的數據，求出三車的加速度。在此基礎上出示例題：一鋼球以6m/s的速度水平向右運動，碰到墻壁后仍以大小為6m/s的速度沿同一直線彈回，碰撞時間為0.01s。求鋼球在這段時間內的加速度。

對于上例的處理，學生先行嘗試，然后教師利用不同學生間存在的思維碰撞、不同解答，適時追問:(1) 速度發生變化了嗎？(2) 由于速度是矢量，在直線運動中如何表達它的方向？(3) 速度是矢量，故Δv也是矢量，在直線運動中，如何簡化矢量的運算？(4) 結合上述實例分析，請說明加速度的方向與哪個物理量方向相同？(5) 若規定末速度方向為正向，請解答。

例題解決后，還可以進一步延伸：依據上述分析，在直線運動中，若規定初速度方向為正向，當物體加速時，a的方向與初速度的方向的關系如何？當物體是減速時，a的方向與初速度的方向的關系如何？由此，在直線運動中，你能否判斷物體是在做加速運動還是減速運動？

設計意圖如下：(1) 在沒有直接告知“加速度是矢量”這一知識點的情況下，通過學生自身的“嘗試”，暴露出問題，然后抓住這種教育契機，層層設問，逐步引導，利用幾個小問題幫助學生搭建理解的“階梯”，讓錯誤變成寶貴的教學資源，直擊學生思維上的障礙和理解上的誤區；(2) 引導學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、速度變化方向之間的關系，使抽象的概念變得具體直觀。

問題4：對加速度大小的理解。請同學們思考以下3個問題：(1)a=1m/s2，在數值上有何意義？(2) 如何理解“改變”兩字？(3) 請舉出相應的實例，說明“速度大，加速度也一定大嗎？”“加速度大，速度也一定大嗎？”“速度變化量大，加速度也一定大嗎？”。

設計意圖如下：盡管通過前面幾個問題的討論，學生已對速度、速度的變化量、速度變化的快慢有了一個定性的了解，但學生對有一定難度的概念的認識是需要一個過程和反復的，問題4的設計目的就是依據學生在本概念的學習中可能產生的錯誤而設計，通過學生的討論、辨析，教師也可以回顧本節課開頭部分的表格加以佐證，進一步強化學生對加速度的理解，逐步由“感性”上升到“理性”。

問題5：總結與延伸。通過這節課的學習，你對加速度有何認識？本節課中運用了哪些物理方法？

設計意圖如下：通過學生歸納和總結，將對前面4個問題的認識由點狀構建成網絡狀，便于學生全面認識“加速度”，同時也再次強化物理方法的體悟。

3 教學反思

北大趙凱華教授指出：這(加速度)是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念。本教學設計從生活中的物理現象出發，讓學生感知：描述物體的運動不僅有速度，還有速度的變化量、速度變化的快慢等；通過比較不同交通工具速度變化快慢的情境，讓學生在感知中加工信息，在比較中進一步引發思考,感覺到必須引入一個新物理量來加以描述；通過類比、比值定義等科學方法的滲透，得出加速度的概念，理解其方向和大小的物理意義。本設計用一個中心問題統領全課，多個具體問題逐一展開，在“問題連續體”的框架下，構建學生主動參與、積極探究的課堂氛圍，讓學生在思考中前行，在彰顯科學方法中獲取、豐富、深化知識，促使學生的認知層次由事實水平向理論水平不斷遞進發展。

[1] 趙子瑩，張軍朋.基于“核心概念”的物理教學初探[J].物理教學探討，2015，(9).

[2] 王文清，郭玉英.物理概念的探究教學設計[J].物理之友，2014,(3).

[3] 侯金俊.高一物理教學中如何建立加速度概念[J].物理通報，2012,(5).

[4] 郭如松，居殿兵.物理“問題解決”教學模式構建與運用[J].中學物理，2014,(12).