“学习进阶”视角下“加速度”概念教学的实践思考

汪海林 罗秋芳

摘 要：“加速度”这一重要概念的教学往往不是一次性能完成的，需要在不同的学习阶段逐步深入。从“学习进阶”的视角，从“创设问题情境，初步建构概念”“运用生动实例，理解概念内涵”“突出类比方法，辨析概念本质”“典型题例巩固，丰富概念表象”四环节阐述“加速度”概念教学的进阶过程，以实现“加速度”概念教学内容的有效重组和进阶整合。

关键词：学习进阶；加速度；概念教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）2-0010-4

1 引 言

众所周知，加速度是运动学中极为抽象的概念，“它是人类认识史上最难建立的概念之一，也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念。”对于这样一个抽象概念，不仅日常生活语言中没有与加速度对应的词语，而且在我们的感觉经验中，与它有关的现象也不多，因此我们很难利用日常的感觉经验来建立这个概念。另外，加速度作为速度矢量的变化率，需要用极限思想准确建立概念，这又增加了一层思维难度。因而，伽利略对加速度概念的首次提出有非同寻常的意义。著名哲学家罗素曾评价道：“加速度的基本重要性，也许是伽利略所有发现中最具有永久价值和最有效果的一个发现。”

2 学习进阶理论简介

近10年来，学习进阶（Learning Progressions）逐渐成为西方科学教育界的研究热点。美国国家研究理事会（NRC）将学习进阶定义为“学习进阶是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的假定描述。在一个适当的时间跨度下，学生学习和探究某一重要的知识或者实践领域时，思维方式逐渐进阶。”它主要有以下几个特点：

（1）围绕核心概念进行建构。比如“机械运动与相互作用”是物理学科的核心概念，位于学科的中心地位，而“加速度”是运动学的重要概念。

（2）依赖课程和教学，具有实证性。

（3）通过学习表现，呈现层级发展证据。

（4）进阶路径不是唯一的[1]。

根据学习进阶理论，学习进阶中间水平层次的学习往往代表学生的迷思概念，学生在此阶段的学习有可能仍存在对概念的错误理解。因此，教师在教学过程中要关注学生对概念理解的发展过程，通过选择合适的教学策略，促进学生完成概念转变。从教学目标的确立开始，既要考虑进阶终端，也要考虑进阶始端。学习进阶的始端即认知的起点，而终端则是认知的终点，即科学概念层次。从课程观的角度看，教师在一节课中不可能完成由始端到终端的全部任务，而往往是完成其中的某个或某几个阶[2]。像加速度这种重要概念的教学不是一次性能完成的，需要在不同的阶段不断地深入。因而，对加速度的教学应有意识地形成纵向的系统进程，帮助学生建构并完善其概念。

3 “加速度”概念教学的实践及思考

现行的人教版教材呈现“加速度”内容的顺序主要是依据知识的逻辑结构以及难度。教材首先在运动学部分提出了“加速度”的概念，后在力学部分再次呈现，这诚然有教材编写的固有特性的原因，但有间断的痕迹，知识内容不连贯。而基于学习进阶的教学内容组织采用“演进性模式”，以核心概念为主线，内容之间逐渐演进，更注重概念教学过程的整体性和连贯性。

本文遵循由浅入深、循序渐进的原则，根据学习进阶理论，以直线运动为情境，就“加速度”概念的建立和深化重组教学内容，以实现教学内容的进阶整合。

进阶1：创设问题情境，初步建构概念。

播放摩托车、汽车、飞机从静止开始启动的比赛视频。

师：通过观看视频，你们认为三者谁快？（学生看到的是一开始摩托车跑到前面，后来飞机飞在前面。）

生：飞机快！

师：但为什么一开始是摩托车跑到前面呢？

生：……（激发矛盾，引起认知冲突，促成后续思考。）

师：其实要回答谁快的问题，首先要搞清楚这里的“快”是指什么？如果指運动的“快”（速度），很显然最终是飞机。但开始摩托车跑在前面，又是什么快呢？那是摩托车速度变化得快，即加速得快。

师：用哪些方法能比较出谁加速得快？（可引导学生回忆以前比较两个物体运动快慢的两种方法。）

生：第一种方法是相同时间看谁加速的多？

第二种方法是加速相同速度看谁用的时间少？

师：汽车速度从2 m/s加速到14 m/s，用时3 s；摩托车速度从4 m/s加速到28 m/s，用时4 s；飞机速度从2 m/s加速到14 m/s，也用时4 s。比较三者速度的变化快慢。

学生讨论发现：汽车比飞机的速度变化快，摩托车也比飞机的速度变化快；但汽车与摩托车比，时间和速度增加量均不同，如何比较哪一个变化得快呢？学生讨论并总结。

生：可以看平均每1秒内谁的速度增加得多，类似于以前比较速度大小可以看单位时间内谁的位移大。

师：在物理学中，表达式Δv/Δt表示速度变化的快慢，叫做速度变化率，用一个通过比值定义的重要物理量——加速度a来表示它。（进而给出加速度的单位和物理意义等。）

虽然学生对“加速度”概念有了初步的了解，但还仅仅停留在感性认识层次上。在教学实践中要重视学生感性认识的发展，并且需要对概念进一步同化和顺应，以帮助学生进行抽象和理解概念。

进阶2：运用生动实例，理解概念内涵。

师：汽车都有一百公里加速时间的参数，请同学们看表1，说说它们的意义。

生：在速度变化量Δv相同的情况下，法拉利F430所需时间Δt最短，而红旗世纪星2.4L所需时间Δt最长，可见法拉利加速性能（以Δv/Δt体现）最好。

师：请同学们填好表2，并回答相应问题。

点评 “加速度”是联系运动学与动力学的重要纽带，是力学中的重要概念。通过上面两个例题可以看出，从概念的建立到运用蕴含了很多科学思维方法，如比值定义法、微元法、极限法、图像法及控制变量法等。因此，利用典型的例题教学促使学生带着概念走进问题情境中，在科学思维方法的引领下走出问题情境，从而丰富概念的表象。

4 结 语

学习进阶是符合学生思维发展规律，围绕核心概念由浅入深的进阶过程。表现为学生在学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径[3]。基于学习进阶理论，以“加速度”概念教学为例，着重概念的构建、生成与完善，注重科学思维方法，以概念学习为路径，促进概念教学的有效进阶。

参考文献：

[1]郑曼瑶，张军朋.“学习进阶”的研究及其在物理教学中的应用[J].物理通报，2014（12）：2-6.

[2]翟小铭，郭玉英，李敏. 构建学习进阶：本质问题与教学实践策略[J].教育科学，2015（2）：47-51.

[3]吕含吟，邵韬. 如何应用“学习进阶”改进高中物理教学设计[J].中学物理，2016（3）：68-69.

（栏目编辑 赵保钢）