基于教材“二次开发”的概念课教学设计＊——以“瞬时速度”概念教学为例

杨 亮

（杭州市余杭高级中学 浙江 杭州 311100）

物理概念是为了更详尽、更准确地描述、概括物理现象而建立起来的抽象产物，它源于对生活、实践的观察和理性的思考，经过科学的实验测量和分析判断，以及抽象而严密的逻辑推理与数学表达而最后形成，具有抽象而严谨的物理学科特点.中学生的年龄、心智等条件决定了其抽象能力的欠缺，对身边发生的物理现象缺少关注或思考，在理解和接受物理概念时常表现出力不从心.笔者在教学中，二次开发教材，通过实验选择性地创设 “物理情境”，还原、稀释前人思维活动的历程，再现概念的形成过程，让学生经历“用已有知识无法描述‘新’现象”的窘迫，认识到建立“新”概念的必要性，并在分析实验的基础上理解和接受概念.现以“瞬时速度”为例，谈谈笔者的做法.

1 教材分析

人教版高中教材《物理·必修1》中用两节内容完成对“瞬时速度”的教学.第一节中先给出平均速度的概念，然后直接说明在“t＋Δt”中，若时间间隔Δt“非常非常小”，就表示瞬时速度.在下一节中通过实验，进一步理解瞬时速度的概念.笔者认为教材的这种编排虽有利于分解难点，却难以让学生形成完整的认识；对于刚升入高中的学生而言，“非常非常小”的极限思想太过抽象，此时给出“瞬时速度”的概念太生硬而难以被接受；况且先给出概念再用实验说明，剥夺了学生探究和体验物理概念形成过程的机会，不利于学生能力的培养和持续发展.

笔者对教材二次开发，整合上述两节内容，在实验探究的基础上，重新设计了教学过程.

2 教学设计

2.1 创设问题情境 营造氛围

对于高一学生而言，物理课上只接触过匀速直线运动，缺乏对变速运动的观察和思考，因而不理解为什么要建立瞬时速度的概念.在教学设计中，有必要让学生知道对于变速运动的物体，仅仅用平均速度无法准确描述其运动的快慢.

片断：播放2012年刘翔在“国际田联钻石联赛尤金站110米栏”的比赛录像，提醒学生注意解说员的解说（刘翔在本次比赛中成绩为12.87s，解说员的解说词大意是：刘翔在前3个栏加速，中段保持速度，最后冲刺）.

师：解说员把刘翔的速度变化过程分3段描述，仅从运动快慢的角度说，为什么不直接说刘翔的速度是m／s＝8.5m／s？

生（哄笑）：太笼统，8.5m／s是平均速度，刘翔起跑时候要慢，冲刺时要快.

师：说明用平均速度不能准确地描述刘翔在比赛中的速度变化情况，如果你是解说员，怎样更生动、更准确地描述刘翔在比赛中速度变化的情况呢？

生：分更多段……

师：如果技术分析时需要测出每一次跨栏时的速度应该怎么做？

生：……

通过这一环节，学生意识到对于变速运动，平均速度已经不能准确地描述运动物体的速度变化，而将运动过程细化成更多时间段是改进的方向.但对求通过某一位置时的速度束手无策.

用学生喜闻乐见的体育运动，创设恰当的“境”，让学生感知已有知识的匮乏，激发学生探究知识的“情”，实现学生与物理环境的相互作用.这样不仅能帮助学生认识概念，而且能充分地调动学生对物理概念学习的积极性，使学生由好奇转变为兴趣爱好，由兴趣爱好转变为对物理概念知识的渴求，让学生用轻松、愉快、新奇、积极的心态，积极主动地参与到教学活动中来.

2.2 建立物理模型 探寻规律

为了形象、简捷地处理物理问题，人们经常把复杂的实际情况转化成一定的容易接受的简单的物理情境，突出主要问题，忽略次要问题，从而归纳出一定经验性的规律，即建立物理模型.

图1 光电门传感器测速度

为了分析“刘翔跨栏瞬间的速度”问题，可建立如图1所示的物理模型.图为固定了遮光片（宽度为Δx）的小车沿倾斜的轨道滑下（遮光片前端与小车头部对齐），并穿过光电门，光电门记下遮光片通过的时间（Δt）.实验时，改变遮光片的宽度，每次都在同一位置释放小车，计算不同宽度的遮光片通过光电门时的平均速度，如表1.

表1 遮光片通过光电门时的平均速度与遮光片宽度的关系

师：第一组实验得到的速度比车头速度大还是小？

生：大.因为0.368m／s是遮光片前端和后端的平均，而后端通过时的速度大.

师：表中4组实验得到的速度呈现出什么规律？如何解释？

生甲：变小.因为遮光片窄了，遮光片后端通过光电门时速度就小了，平均速度就小了.

生乙：趋向于某一个固定值.因为小车每次从同一位置释放，车头经过光电门时的速度都相同，遮光片越窄，平均速度与车头经过光电门时的速度就越接近.

教师组织学生讨论两个学生的观点，在得到大部分学生认可后，问：猜一下车头通过光电门时的速度约是多少？

生：略小于0.327m／s.

师：怎样精确测定车头通过光电门时的速度？

生：换一个更窄的遮光片.

生：第2，3，4组都可以.

师：由此可得出什么结论？

生：在一定的精确度内，可以用运动物体在一段很小时间内的平均速度表示物体通过某一位置时候的速度.

这一环节中，通过建立物理模型，从学生熟悉的“平均速度”入手，通过对实验数据的分析，学生逐渐认识到“当Δt非常非常小时，平均速度接近于某一个定值，在一定的精确度内，就可以用该数值表示通过某一位置的速度”.在此基础上建立了“瞬时速度”的概念，学生接受概念的同时，也掌握了计算瞬时速度的方法，收到良好的教学效果.

把生活中的物理问题抽象成物理模型，让学生在这种特定的情境中，沿着前人思维活动的进程，重温物理概念的产生与发展过程.通过实验数据的测量与分析，归纳物理规律最终形成概念，学生在潜移默化中掌握了物理问题研究的方法.

2.3 应用物理概念 分析问题

概念教学不应满足于概念的得到，必须给学生提供一个定量应用概念的物理情境，借助于具体的问题，让学生在解决问题过程中内化知识，提升分析问题、解决问题的能力.实验室常用记录“很小时间间隔”的器材有打点计时器、频闪照相机等.为了巩固学生对瞬时速度的理解，设计了打点计时器实验.

师：实验室中通常还可以用打点计时器记录物体运动的时间.（教师介绍打点计时器的计时原理，并接通打点计时器，直接用手拉动穿过打点计时器的纸带，用刻度尺测量纸带上两点间的距离，投影到黑板如图2所示）

图2 用打点计时器计算瞬时速度

师：纸带上两点之间的距离表示什么意义？

生：表示手拉纸带在0.02s内通过的位移.

师：如何计算打下C点瞬间，纸带运动的速度.

师：生甲的计算结果理论上最精确，生乙与生甲的结果差距最大，但相对误差仅是2.9%.所以，3组数据都可以表示C点瞬时速度.实际应用中，Δt越小，位移测量的相对误差就大，所以要根据实验精确度要求，选择恰当的时间间隔.

师：课后讨论如何计算刘翔跨栏时的瞬时速度？

这一环节，学生体验到应用瞬时速度概念分析不同问题的成就感，又通过“计算刘翔跨栏时的瞬时速度”这一开放式的问题，使教学从课堂延伸到课外.

3 结束语

在许多领域中，常常出现“二度创作”的理念和实施.经“二度创作”，不仅可使原创增色不少，甚至成为经典，这样的例子很多.

在我们的物理教学中，有意识地选择一些知识点，打破教材编排的顺序，在探究实验的基础上，重新设计合理的教学过程，有利于提高学生的科学素质和能力.从提出问题到对极限情形的思考与讨论的过程中，学生可能一开始对所学内容不太清楚，甚至被动地被“带入”特定的问题情境中，但在对设置问题不断思考的过程中，已经一点一滴学到了很多东西.这种重视学生对知识的“体悟”的教学方式，能有效促进学生独立思考，培养学生的创新能力.

1 赵凯华，张维善.新概念高中物理读本.北京：人民教育出版社，2010

2 姜民.浅谈高中物理的概念转变教学.教育实践与研究，2013（9）

3 俞红珍.教材的二次开发：涵义和本质.课程·教材·教法，2005（12）