基于物理核心素养的“速度变化的快慢——加速度”教学设计

赵真真　张树东

摘要：以“加速度”一节为例进行教学设计，教学过程包含概念引入、概念形成、概念应用、概念反馈四个阶段。从Dislab传感器实验入手，运用了类比、推理、综合分析、归纳总结等多种科学探究方法，旨在让学生深刻的理解并牢固掌握加速度这一重要概念，培养其物理学科核心素养，为学生的终生发展奠定基础。

关键词：核心素养;加速度;教学设计;探究

中图分类号：G633.7     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）13-0177-02

核心素养是2017年版课程标准中提出的新概念，如何在中学教学中体现这一新概念，完成对学生学科核心素养的培养目标，成为教学设计的热点之一。

一、概念引入：基于先行組织者和最近发展区，创设物理情景，引起学生的学习兴趣

教师：据调查，车速从0加速到100 km/h，普通汽车用时5.6s，跑车用时4.4s。哪种车的性能好呢？

学生：跑车。

教师：为什么呢？它们的速度变化不是一样的吗？

学生：速度变化相等，但是加速所需要的时间不同。

教师：那么我们是不是可以用一个物理量来衡量车的加速性能的好坏呢？首先我们回顾一下上节课所学的内容，速度是描述物体运动快慢的物理量，那速度的变化快慢用什么来描述呢？

学生：加速度。

二、概念形成：实验探究和理论探究相结合，促使学生形成概念

1.实验探究：基于物理学核心思想和方法，引导学生设计并完成探究实验，强调过程的逻辑性和严谨性，促成学生合作学习。

教师：如何通过实验来寻找匀变速运动中的“不变量”呢？

学生：设计实验。

实验装置：小车、Dislab力学轨道、位移传感器、数据采集器、笔记本电脑。

实验原理：类比速度的特点，猜想匀变速运动中Δυ/Δt不变，即■=■=■=…=■。

实验数据处理与结论：在实验误差允许的范围内，匀变速运动中的Δυ/Δt不变。

教师充分发挥主导性作用，引导学生自主提出猜想，设计实验，相互合作操作实验，通过分析处理，找到不变量，验证了猜想的正确性。他们亲手经历了整个过程，肯定了自己的猜想，这可以增强其自信心，大大激发学生的求知欲和积极性。通过对所学知识的灵活运用，用科学的思想和方法来进行实验探究，这才是真正的科学探究过程。

2.理论探究：“加速度”的物理意义。

（1）充分利用课堂资源，将学生所做实验得到的数据做成图表。表1是利用Dislab传感器测得运动小车的速度—时间关系实验数据。通过图表的比较分析，感受“加速度”的物理意义。

教师引导学生观察并分析数据，进行思考：①小车运动的变化趋势不同，有加速和减速，但其变化的方式相同。每一次实验的小车运动速度都是保持着一个“不变量”在变化。②由表1数据可得出三次小车运动中的不变量分别是0.35、0.06、0.32，即小车的速度在单位时间内的变化分别是0.35 m/s、0.06 m/s、0.32 m/s。

对学生实验数据进行细致分析和比较，设计提问，引导学生进行思考。即使在运动状态不同的情况下，小车各自保持着自身的“不变量”而以相同的方式变化着。通过此过程，既可以培养学生处理问题的能力和分析、比较的能力，又可以让学生对“加速度”这个概念有更加深刻、细致的体会。

（2）将学生所做实验得到的数据进行图像模拟，如图1的x-t图像和图2的υ-t图像所示，通过图像的类比分析，得到“加速度”的物理意义。

x-t图像：图像的斜率为Δx/Δt，即速度υ的物理意义是描述物体运动的快慢。υ-t图像：图像的斜率为Δυ/Δt，可以得到速度的变化量恒定，即图像的斜率就是我们一直寻找的匀变速运动中的加速度。通过类比，大胆猜想υ-t图像的斜率就是加速度，运用实验数据处理最常用的一种方法——图像法来处理学生得到的实验数据，以此验证猜想，进而探究加速度的物理意义，帮助其更加直观、理性的体会加速度的物理意义。在整个探究过程中，经过综合分析、逻辑推理、类比分析的思维过程，学生从简单到复杂、从抽象到具体、由浅到深、从感性到理性的认识过程，充分运用了高中物理的各种知识点，锻炼了学生的科学思维能力和科学探究能力，学以致用，灵活运用所学知识。学生不仅记住了加速度的公式，还加深了对加速度的理解。

三、概念应用：通过处理实际问题，深层次的理解了加速度的物理意义

题一：某物体做匀减速直线运动，10s内速度由20 m/s减为10 m/s，问10s内物体的速度变化和加速度。

题二：某物体做匀加速直线运动，10s内速度由0增加到100 m/s，问10s内物体的速度变化和加速度。

题三：小球以2 m/s的初速度向右匀速运动，碰到障碍物反弹回来，期间经过0.1s，小球以1 m/s的速度向左运动。问小球的速度变化和加速度。

教师引导学生分析提干，得出表2所示的数据。

参照表2的数据进行如下思考辨析：

思考1：速度大的，速度变化量一定大吗？速度小的，速度变化量一定小吗？

思考2：速度大的，加速度一定大吗？速度小的，加速度一定小吗？

思考3：速度变化量大的，加速度一定大吗？速度变化量小的，加速度一定小吗？

思考4：速度变化率大的，加速度一定大吗？

思考5：加速度大，速度变化得越快吗？

思考6：速度方向、速度变化量方向和加速度方向之间存在着什么样的关系呢？

利用生活中的实际问题，层层设问。学生通过解决问题，应用得到的结果处理生活中的实际问题，一方面加深学生对知识的理解，使学生对概念的理解由感性的认知到理性的建构，再由理性的建构到具体的深化，真正完成概念的内化过程。

四、概念反馈

基于建构主义所提出的学习共同体的理论，让学生进行小组讨论的教学反馈，在以讨论的教学反馈的方式中实现对新概念的内化与升华

1.在日常生活中，哪些情况下能亲身体验加速度？试举例说明。

2.西方国家交通管理部门为了交通安全，特制定了死亡加速度500g（g为重力加速度）这一数值，以醒世人。意思是如果行车加速度超过此值，将會有生命危险。为什么临界值会是500g而不是其他值呢？

3.有兴趣的同学可以课下搜索下，还有哪些方面用到了加速度。

通过学生之间、学生和教师之间的双向互动，让学生们从不同视角、不同侧面去进一步完善对概念的建构。学生感受到课堂上所学的知识原来这么贴近生活，达到学以致用的学习目标。

参考文献：

[1]居殿兵，郭如松.PCK理论指导下的“速度变化快慢的描述——加速度”教学设计[J].物理教学探讨，2016，34（12）：66-69.

[2]姜志超.应用DIS实验与传统实验的比较研究及教学实践[D].桂林：广西师范大学，2017.

Teaching Design of "Speed and Slow-acceleration" Based on Physics Core Literacy

ZHAO Zhen-zhen，ZHANG Shu-dong

（School of Physical Engineering，Qufu Normal University，Qufu，Shandong 273165，China）

Abstract：Taking "acceleration" as an example，the teaching process includes four stages：concept introduction，concept formation，concept application and concept feedback.Starting with the experiment of Dislab sensor，this paper uses many scientific inquiry methods，such as analogy，reasoning，comprehensive analysis，summing up and so on，in order to enable students to deeply understand and firmly grasp the important concept of acceleration，and to cultivate their core accomplishment in physics.Lay the foundation for the students' lifelong development.

Key words：core accomplishment;acceleration;instructional design;inquiry