“速度变化快慢的描述：加速度”教法研究及建议*

2020-08-26王治国

江苏教育 2020年51期

王治国

人教版高中物理必修1 第1 章第5 节“速度变化快慢的描述：加速度”是学生从初中进入高中接触到的第一个难点内容，其中包含着许多重要的物理思想方法，是进行物理思想方法教育和引导学生逐渐适应高中学习的好素材。“加速度”比较抽象，不像速度和速度的变化量那么容易感知，不少学生对速度变化快慢的认识仅停留在数据感知，缺乏亲身体验，对“加速度”这一概念的内涵认识模糊，难以理解加速度与速度、速度变化量的关系；对建立和理解加速度过程中蕴含的科学思想方法未能深刻领会。“如何做好初、高中物理教学的衔接，降低加速度学习过程中的台阶，帮助学生深刻理解加速度的概念，领会其中蕴含的科学思想方法”一直是广大物理教师研究的热点问题。本文试图通过对本节课教材、教法的分析，探究形成学生认知困难的主要原因以及探索在本节课中有效开展概念教学，培养学生核心素养的方法。

一、教材、教法分析

人教版教材把“加速度”安排在“时间与位移”“速度”“用打点计时器测速度”等内容之后来学习，这种安排遵循了人类认识运动的规律——从简单到复杂，从直观到抽象，体现了循序渐进的教学原则，有利于促进学生对加速度概念的形成和理解。

从教材内容来看，人教版采用的是“数据呈现现象”的方式，通过“思考与讨论”中的小型轿车和旅客列车起步数据的分析，让学生在理解“速度大、速度变化大、速度变化快”不同含义的基础上利用比值定义法来建立“加速度”的概念。这种呈现方式，有利于初、高中知识的衔接，符合从感性到理性的认知规律，但缺少生活中“速度变化快慢”感官体验（如急刹车时人的状态、汽车加速时的推背感等）的呈现，对引入加速度概念的必要性没有充分重视。

教材将“加速度方向与速度方向关系”与“从v-t图象看加速度”两部分作为认识和理解加速度概念的主要内容，并设置了“说一说”“思考与讨论”“科学漫步”等栏目，既突出了加速度教学中的重、难点，又促进了概念的内化，体现了教材的基础性和选择性。

在学习速度概念时，教材引入了平均速度和瞬时速度来描述变速运动的快慢，在描述速度变化快慢时，教材却没有引入平均加速度和瞬时加速度的概念，从逻辑上来看，这种安排反映了教材在加速度概念呈现上的不完整。

笔者曾多次参与“加速度”的观摩教学活动，关注了多位老师的处理方法，比较有代表性的是以下两种教法。

第一种教法对加速度概念的建构过程重视不够，只注重素材的呈现，认为素材越多、越新奇、越时尚越好，学生只要看了素材，就能领会其中的含义，把教学重点放在对概念的记忆和解题训练上，忽略了让学生在概念建立过程中理解加速度的内涵，表现在课堂上是“运算多，理解少；抽象多，体验少；结论多，探究少”。

第二种教法是突出探究教学作用，将探究教学贯穿在整个教学过程中，通过创设几组物理情景和数据，引导学生通过观察、比较获取感性认识，运用分析、归纳等思维活动来建立加速度概念；引导学生利用“作矢量图”的方法探究“加速度方向与速度方向关系”；利用实验课中的v-t图象，引导学生探究图象斜率的意义。

笔者研究发现，第一种教法，不注意素材的精选与深度挖掘，呈现给学生的是一大堆文字、图片、视频等素材，有些素材看起来很震撼、时尚，但脱离学生的实际生活，学生无法从中获得真实的体验和感受。同时，过多的相似或重复的素材，也冲淡了教学主题，降低了教学效率。

由于加速度的建构过程过于简略，学生对速度变化与速度变化快慢没有经过充分的比较和体验，也没有参与到分析、概括等思维活动中，对“比值法”等物理思想方法缺乏足够的认识，导致学生对加速度的概念认识模糊，难以理解加速度与速度变化的关系，也失去了一次很好的建构“运动观”、提升学生科学素养的机会。

第二种采用探究式教学的处理方法，学生学习的主动性和积极性有了一定的提高，对速度变化快慢也有一定的感知，但是在探究过程中只注重数据分析，不关注学生的亲身体验，常常是把教师的思维强加给学生，为了探究而探究，忽视了物理概念建立方法的引导，科学思维的培养没有凸显出来，从而失去一次方法教育的良机。

二、教学建议

1.强化感官体验，循序渐进地构建概念。

大多数高一学生还不习惯抽象的、理论性强的问题，对现象的观察、分析、概括等抽象思维能力还未形成，他们容易理解“路程、位移、速度”等物理量，但对加速度概念（速度变化率）的认知有困难。形成这个困难的症结是对“速度、速度的变化”及“速度变化快慢”没有真正地领会，虽然他们有日常生活中“速度变化”和“速度变化快慢”的经历，但对这种“经历”缺乏指向性的感悟（体验）。因此，在教学时要注重创设学生熟悉的、具有鲜明特征的物理情境，以丰富学生的感性认识，引导学生通过观察、比较、分析、归纳等思维过程，由浅入深、循序渐进地构建加速度的概念。

例如，在教学过程中，笔者分三个环节引导学生来感知“速度、速度的变化”及“速度变化快慢”。

（1）以“身体”感知速度变化和速度变化快慢。引导学生对生活中汽车起动和刹车的分析，体会速度变化的存在，通过生活中小汽车加速时的推背感强烈程度和公交车正常进入车站和突发情况时的紧急刹车的身体感受，领会到生活中“速度变化快慢”的真实存在，领会引入加速度概念的必要性。

（2）以“数据”感知速度变化和速度变化快慢。通过记录以下几种交通工具速度变化的数据（见表1），引导学生分析讨论：①最终哪个运动最快？②哪个速度变化最大？③哪个速度变化最快？

表1 几种交通工具的速度变化

（3）用“图示”来感知速度变化大小Δv及其方向。引导学生画出上表中各个交通工具速度及变化的矢量图（见图1），让学生学会“如何表示速度变化量的大小和方向”“怎样从速度与速度变化量的方向关系中判断加速或减速”。

通过创设源于学生实际生活的物理情景，引导学生从“身体感知”到“数据感知”，再到“图示感知”，从直观的体验到抽象的深层次理解，学生对速度变化和速度变化快慢的认识循序渐进、逐级抬高，学习加速度也就顺理成章。这样的做法既深度挖掘了加速度概念的含义，又激发了学生学习的主动性和积极性。

图1 速度矢量图示例

2.精选教学素材，强化深度分析。

加速度概念抽象，如果没有特定的引导，学生很难感受到加速度的存在，更不会自发形成加速度概念。要构建加速度概念，必须要有相应感性认识为基础，学生只有在对相关教学素材的分析、归纳、总结等思维活动基础上才能逐步形成“描述速度变化快慢”表象，进而理解加速度的本质属性，因此教学素材的选择起着至关重要的作用。

笔者认为，教学素材的选择应当源于学生的实际生活，凸显问题的本质，有利于唤醒学生的生活体验，能有效激发学生的求知欲，使之能够为概念构建酝酿认知情境，进而更直观地得出教学观点，宜少不宜多，宜精不宜杂。还要对选用的教学素材进行深度挖掘，引导学生参与到分析、概括等思维活动中，让学生的认知由感性逐步上升至理性的高度，最终达成概念的建立。

基于上述认识，笔者在教学过程中，精心选用了生活中最常见4 种交通工具的起动和刹车过程中一组数据（见表1），并将这组数据应用教学的各个环节。在引入加速度概念时，通过表1 中的数据构建问题情景，让学生在问题讨论分析中，寻找描述速度变化快慢的方法。

在加速度方向的学习中，引导学生对表中的数据分析：“为什么会出现负的加速度呢？”“负号有什么意义？”“从表中你能发现什么？”从而得出“加速度作为一个矢量，其正负号表示加速度方向与速度方向关系”的结论。

在加速度概念理解中，引导学生从表1 数据中感知加速度与速度和速度变化量的关系：速度大加速度不一定大，速度变化量大，加速度也不一定大。

在“从v-t图象看加速度”教学中，通过作出表1 中的四种交通工具的v-t图象，引导学生分析讨论，教会学生如何根据v-t图象比较加速度大小。

3.重视概念构建过程，促进科学运动观的培育。

不少教师只注重概念的灌输，忽略了概念本身的内化，对加速度概念的构建过程缺乏足够的重视，试图通过习题的解答来巩固概念，导致学生被动地接受，对加速度的认识仅停留在文字表述层面，难以理解加速度的内在含义，不会从运动的角度去分析解决问题，更谈不上建立科学运动观。笔者认为，在加速度教学中，要注重培养学生获取知识的能力，通过创设物理情境，还原概念建立的过程，把课堂还给学生，放手让学生参与到概念构建过程中，让学生在现象的分析中获取感性认识、明确概念的来源，经历加速度的构建过程，理解加速度的构建方法及物理意义，辨析加速度与速度的区别与联系，逐步将概念构建的方法和思想内化为清晰、系统的运动观念。

笔者在教学中，通过引导学生对“生活中小汽车加速时推背感的强烈程度”和“公交车正常进入车站和突发情况的紧急刹车的身体感受”的体验，领会到生活中物体的“速度变化有快慢”，明确“为什么要引入加速度”；接着再引导学生分析、感知不同交通工具在起动和刹车过程中的数据，让学生经历“探究加速度概念”的认知过程，体会“如何构建加速度的概念”。

在“如何理解加速度”教学中，引导学生分析表中的数据，从数据角度感知加速度与速度和速度变化量的关系：速度大，加速度不一定大，速度变化量大，加速度也不一定大。接着引导学生从“比值定义法”角度分析讨论a与v、Δv、Δt各量之间的关系以及加速度概念的内涵；再通过分析表2 所示的数据，发现赛车在起动过程中加速度发生变化，引导学生理解并建立平均加速度和瞬时加速度的概念。

表2 某赛车行驶过程中的速度变化

这种还原概念构建过程的教学方法，使学生在探究中感知到了加速度概念引入的意义、体验了加速度概念形成的过程，既激发了学生认知需求，又完善了加速度概念的认知结构，更重要的是将概念建构过程中的方法和思想内化为具有清晰、系统的“运动观”，让学生能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，灵活应用所学的物理知识解决实际问题。

4.注重科学方法渗透，培养学生科学思维能力。

在加速度概念的形成过程中蕴含了许多的科学方法：加速度概念的引入运用了类比法，加速度概念的建立用了比值定义法，形成瞬时加速度概念时用到了极限法，平均加速度的概念体现了物理中理想化处理方法。在教学过程中，教师应注重渗透这些科学方法教育并把它们显化，将加速度概念形成过程中的每一步以合理的科学方法为支撑并铺展开来，帮助学生理解加速度的概念及其内涵，学会构建物理概念的方法，形成科学的思维能力。

例如，在加速度概念的引入中，可类比速度概念建立的方法展开思考：不同的物体在运动中，位置变化有快有慢，为了描述物体位置变化快慢，我们引入了“速度”概念，同样，物体运动速度变化快慢也不相同，我们也可以引入新的物理量——“加速度”来描述速度变化快慢。在平均加速度、瞬时加速度概念的教学中，引导学生类比平均速度、瞬时速度来理解概念：实际运动中，物体的位置改变常常是非均匀的，可用平均速度、瞬时速度来粗略和详尽地描述物体的运动快慢；同样，物体速度的变化通常也是非均匀的，所以也可以用平均加速度和瞬时加速度来描述变速度运动中的物体速度的变化快慢。