科學(xué)思維視域下的“加速度”教學(xué)設(shè)計

牟喜悅 陳紅君

【摘要】科學(xué)思維是新課程標(biāo)準(zhǔn)改革的重點，也是教學(xué)實踐中教師的關(guān)注點及難點.同時“加速度”是高中物理力學(xué)中的重要概念，是聯(lián)系運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的橋梁.本文從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的角度出發(fā)，以問題提出、問題聚焦、問題探究、問題解決、問題延伸為主線，對人教版高中物理必修一“速度快慢的描述——加速度”一節(jié)的知識進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，希望能為教師提供一定的參考.

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維；高中物理；加速度

1 問題的提出

2020年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生要具有初步的科學(xué)推理能力、科學(xué)論證能力和質(zhì)疑創(chuàng)新的意識，能將所學(xué)物理知識與實際情境聯(lián)系起來，解決簡單的實際問題[1].而當(dāng)前的課堂教學(xué)大多處于低階科學(xué)思維的水平，存在一些問題，第一，學(xué)生死記硬背，缺少對于解決問題思路以及方法的歸納梳理，對于所學(xué)知識缺乏深層次的理解與思考；第二，多數(shù)學(xué)生的信息整合能力較差，對于比較零散、瑣碎的知識點記憶不清，容易混淆相似的知識點，知識在學(xué)生的頭腦中是碎片化呈現(xiàn)的，學(xué)生沒有根據(jù)歸納整理建構(gòu)出系統(tǒng)清晰的知識網(wǎng)絡(luò)，對于知識更多是簡單記憶與加工，因此，在解決較為復(fù)雜的實際問題時，難以提取出關(guān)鍵知識點，無法順利解決問題；第三，學(xué)生實踐創(chuàng)新意識不足，缺乏獨立思考，教師也習(xí)慣將所有重要的知識點羅列出來并“塞”給學(xué)生，接著通過習(xí)題進(jìn)行鞏固，從而掌握知識點和常規(guī)解法，形成思維的消極定勢，導(dǎo)致學(xué)生在解決新問題時便缺乏新思路，只能按照固有思維生搬硬套，缺乏實踐創(chuàng)新能力.因此，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是至關(guān)重要的.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力是物理課堂教學(xué)設(shè)計的核心目標(biāo)，與傳統(tǒng)的教學(xué)相比，融入科學(xué)思維的教學(xué)可以讓學(xué)生的思維得到充分的調(diào)動及運(yùn)用，學(xué)生可以更容易對知識進(jìn)行梳理，能夠更好掌握各知識之間的邏輯.

目前關(guān)于加速度的教學(xué)設(shè)計，主要采取講授式教學(xué)，這樣常規(guī)的教學(xué)模式規(guī)范性較強(qiáng)[2]，但由于抽象思維不足，導(dǎo)致學(xué)生容易混淆速度、速度變化量、加速度等概念，不利于學(xué)生形成科學(xué)思維，同時學(xué)生有關(guān)加速度概念知識的理解停留在淺層的知識表面，學(xué)生也難以想到運(yùn)用物理知識去解決生活中的實際問題，而在問題解決的過程中培養(yǎng)科學(xué)思維是有效途徑，科學(xué)思維在物理教學(xué)過程中具有關(guān)鍵性作用，是學(xué)生問題解決的“橋梁”[3].因此，教師有必要深入研究如何在物理教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

2 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

“問題”是思維的源泉，也是思維的動力， 學(xué)生在問題解決的過程中也是科學(xué)思維得以運(yùn)用和提升的過程.本研究結(jié)合“加速度”特點提出一種以問題提出、問題聚焦、問題探究、問題解決、問題延伸為主線的教學(xué)方法，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有效途徑.使學(xué)生在解決生活中的實際問題中學(xué)習(xí)物理知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與好奇心，引發(fā)學(xué)生主動探索知識的動機(jī)，使學(xué)生的思維得到喚醒、搭建、形成、運(yùn)用、發(fā)散、提升，并最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的目的.

3 “速度快慢的描述——加速度”教學(xué)環(huán)節(jié)

3.1 問題提出，喚醒科學(xué)思維

教師通過播放視頻，引發(fā)學(xué)生思考，根據(jù)學(xué)生以往的生活經(jīng)驗，讓學(xué)生對前概念變速的運(yùn)動進(jìn)行充分感知.通過實際生活中的現(xiàn)象，使學(xué)生產(chǎn)生興趣并提出問題，進(jìn)而喚醒學(xué)生的科學(xué)思維，同時導(dǎo)入課題.

教師 播放小型轎車和旅行客車剎車和啟動的視頻，引發(fā)學(xué)生思考，視頻中物體運(yùn)動速度有何異同？

學(xué)生 小型轎車起步快，剎車也快.

教師 追問學(xué)生，汽車剎車中的急剎車和緩慢剎車，汽車的減速有什么不同？

學(xué)生 認(rèn)識到速度變化快慢并不相同.提出問題，速度變化的快慢該如何描述呢？

教師 同學(xué)們提出的問題非常好，那么這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)速度變化的快慢是如何描述的.

設(shè)計理念 通過生活中的實際問題進(jìn)行比較提問，經(jīng)過一系列邏輯嚴(yán)密的追問，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突出問題解決意識，喚醒學(xué)生的科學(xué)思維.引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并為解決問題奠定基礎(chǔ)[3].

3.2 問題聚焦，搭建科學(xué)思維

教師通過啟發(fā)引導(dǎo)將問題具體化，幫助學(xué)生建立科學(xué)思維框架.

教師 同學(xué)們，想要描述一個物體運(yùn)動快慢我們需要知道哪些相關(guān)的物理量呢？

學(xué)生 需要知道物體的初速度和末速度.

教師 那我們可以說初速度大的物體速度變化一定快嗎？

學(xué)生 不可以，還需要用到末速度，看變化的量.

教師 首先我們應(yīng)該用末速度減去初速度得到速度變化的量，那我們可以說速度變化的量大的物體速度變化一定快嗎？

學(xué)生 也不可以，速度變化大，但可能用了很長的時間，速度變化的快慢還和時間有關(guān).

教師 那接下來我們通過一些生活中具體的實例來簡單體會一下.

設(shè)計理念 通過小問題作為支架，降低學(xué)生學(xué)習(xí)臺階，易于學(xué)生對難點的理解.將生活中的問題聚焦為物理問題，將物理問題聚焦到具體的物理量和知識點，幫助學(xué)生細(xì)化問題，體會問題解決的必要性，加深對物理意義的理解，一步步幫助學(xué)生搭建科學(xué)思維框架.

3.3 問題探究，形成科學(xué)思維

教師展示問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，進(jìn)行科學(xué)推理，幫助學(xué)生形成科學(xué)思維.

教師 展示下列圖表，請同學(xué)們比較表1中物體速度變化的快慢，我們可以得到什么結(jié)論？

學(xué)生 戰(zhàn)斗機(jī)速度變化大，而且戰(zhàn)斗機(jī)速度變化時所用的時間較少.

學(xué)生 雖然摩托車的速度變化小，但是所用時間也少.

教師 那我們?nèi)绾尉唧w去比較兩物體速度變化的快慢呢？

學(xué)生 有兩種方法，一是比較相同變化量時所用的時間；二是比較相同時間的速度變化量.

學(xué)生 那我們可以類比速度的定義，用速度變化量與時間的比值來比較速度變化快慢.

教師 同學(xué)們回答得很好，那么我們接下來運(yùn)用比值定義法來學(xué)習(xí)加速度的概念.

設(shè)計理念 本小節(jié)是教學(xué)環(huán)節(jié)的重點，將抽象問題轉(zhuǎn)化為具體問題，是解決問題的前提.以驅(qū)動問題提問的方式來引導(dǎo)學(xué)生提出自己的觀點，通過類比法啟發(fā)學(xué)生，幫助學(xué)生逐步形成科學(xué)思維.

3.4 問題解決，運(yùn)用科學(xué)思維

教師引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)論證定義加速度，并結(jié)合加速度的知識運(yùn)用科學(xué)思維解決生活中的實際問題.

教師 如表2所示，按照同學(xué)們所說計算出速度變化量Δv和速度變化量與時間的比值ΔvΔt，那我們可以得到什么結(jié)論呢？

學(xué)生 只需要比較速度變化量與時間比值的大小，就可以比較各物體速度變化的快慢.

教師 同學(xué)們回答得非常正確，在物理學(xué)中，我們就將速度變化量與時間的比值ΔvΔt命名為加速度，用a 表示.

教師 我們得出a=ΔvΔt，那加速度物理意義是什么呢？同學(xué)們思考一下加速度的單位該如何表示？

學(xué)生 加速度是描述速度變化快慢的物理量.速度的單位是 m/s，時間的單位是?s，所以加速度單位應(yīng)該是它們的比值m/s2.

教師 接下來請同學(xué)們運(yùn)用加速度比較一下表2中各物體速度變化的快慢.

學(xué)生 它們加速度的大小關(guān)系為 aE>aC>aA>aB>aD.

設(shè)計理念 運(yùn)用比值定義法發(fā)展學(xué)生的遷移能力， 引導(dǎo)學(xué)生得出加速度的概念， 讓科學(xué)思維得以運(yùn)用和發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生主動探索知識，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和歸納總結(jié)能力.

3.5 問題延伸，發(fā)散科學(xué)思維

學(xué)生主動提出疑問，將問題進(jìn)行延伸，發(fā)散學(xué)生的科學(xué)思維.

學(xué)生 老師我有一些疑惑，汽車在啟動時候的加速度和汽車剎車時候的加速度是一樣的嗎？它們有什么區(qū)別呢？

教師 我們知道速度是一個矢量，那么加速度是一個矢量嗎？如果是矢量，它的方向是什么呢？

學(xué)生 我覺得加速度是矢量，它的方向是速度的反方向.因為加速度就是速度變化量比時間，我們都知道速度是一個矢量，有方向，時間是一個標(biāo)量，沒有方向，那么加速度的方向應(yīng)該和速度變化量的方向保持一致.

教師 總結(jié)得非常到位.那在日常生活中哪些地方我們可以用到加速度的概念去解釋呢？

學(xué)生 跑車的百公里加速性能就可以用加速度知識進(jìn)行解釋.

學(xué)生 通過剎車痕跡判斷汽車是否超速，用到的也是加速度知識.

設(shè)計理念 物理源于生活，并應(yīng)用于生活，從科學(xué)的角度思考生活，這些實際問題都是提升學(xué)生科學(xué)思維能力的良好素材，可以幫助學(xué)生深刻領(lǐng)悟自然現(xiàn)象背后的規(guī)律，在解決問題的過程中，兼顧了課前的疑問，達(dá)到了前后呼應(yīng)，進(jìn)一步提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力.

4 結(jié)語

本研究以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點，以問題解決為主線，教師在教學(xué)過程中通過層層遞進(jìn)的問題引領(lǐng)，引發(fā)學(xué)生對未知領(lǐng)域的思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲[4] ，學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究和問題解決的過程，正是學(xué)生科學(xué)思維得以提升和發(fā)展的過程；學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度概念的過程中，通過科學(xué)推理以及科學(xué)論證得出了加速度的概念，積極主動地探索知識，通過質(zhì)疑創(chuàng)新引發(fā)新的問題與思考，使學(xué)生的思維得到喚醒、搭建、形成、運(yùn)用、發(fā)散、提升，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]穆艷宇，陳紅君，丁美予等.基于物理科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計—— 以“平面鏡成像”為例[J].中學(xué)物理，2021，39（16）：40-42.

[3]唐紅鷹.淺談“研究性學(xué)習(xí)”在物理實驗教學(xué)中的滲透[J].物理教學(xué)探討，2006（08）：7-8.

[4]李仁喜.確立核心素養(yǎng)培養(yǎng)關(guān)鍵能力—— 高中物理教學(xué)再思考[J].中學(xué)教學(xué)參考，2021（15）：42-44.