在对比迁移中巧妙构建加速度概念

范霞　刘小兵　李明珠

【摘要】本文阐述优化加速度这一物理概念教学的途径，针对常规教学中存在的无法调动学生已有的经验、没能引导学生迁移旧知、生硬地抛出新概念等问题，结合具体教学设计，提出调动学生已有经验、让学生明白概念的来龙去脉等教学策略，旨在使学生更深入地理解概念的物理意义，强化学生迁移和运用比值定义法的能力。

【關键词】物理概念 加速度 概念构建 对比迁移

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2023）08-0116-04

物理概念是物理学最重要的基石，是物理定律、原理、公式和定则等知识的基础。掌握好物理概念是中学物理学习的关键。如果不能形成正确的概念，不仅会影响学生对有关物理规律的理解、掌握，而且还会直接影响学生学习物理课程的质量。如何使学生亲历概念的构建过程，真正理解和掌握物理概念，进而掌握规律，并使他们的认知能力在这个过程中得到发展，获得愉悦的情感体验，是中学物理教学的核心问题。

物理概念教学不仅要让学生知道并记住概念，更要让学生知道建立新概念的必要性，并且在建立概念的过程中理解概念的物理意义，掌握建立概念的方法。概念教学模式多样，概念引入的方式也很多，而在物理课堂上，大多教师往往采用生硬的、直接给出概念定义的方式引入概念。这样教学容易导致学生认为：概念的出现是为了满足老师讲课的需要，而不是为了满足解决问题的需要，更不是为了满足自己在用已有经验无法达到目的时对方法与知识的进一步需要，不是为了满足从经验上升到科学的需要。这种强行灌注的知识很难深入学生的心灵，学生难以进行迁移和应用，这样教授物理概念是低效的。反之，如果教师在引入物理概念的过程中给予学生一定的时间和活动机会，使学生在已有的知识、经验及能力的基础上，经由科学思维，更好地了解概念的来龙去脉，更深入地理解概念的物理意义并厘清新旧知识间的联系，学生将更容易迁移和应用知识，从而在概念教学中获得实质性的思维与能力提升，概念教学也将获得预期的教学效果。

一、加速度概念常规教学设计以及存在的问题

（一）第一种加速度概念教学设计

1.引入新课

教师通过演示实验引入新课：让玩具小车分别从两个坡度不同的斜面顶端由静止开始下滑，观察小车两次下滑各做什么运动，运动情况有何不同？

学生回答，教师提示、点拨，得出小车两次下滑时，速度改变的快慢是不一样的。

2.新课教学

教师先让学生回答与运动现象有关的问题，通过实验和生活中的现象说明速度的改变是有快慢之分的。接着列出四种物体的运动情况，让学生判断谁的速度改变最快，谁的速度改变最慢，并提示可以采用如下方法进行判断：方法一，甲、乙所用的时间相同，比较两者的速度变化量；方法二，乙、丙的速度变化量相同，比较两者所用的时间。

接着教师引出问题：甲、丙的速度变化不同，所用时间也不同，那么如何比较呢？

不等学生回答，教师便直接给出方法三：计算平均每秒速度的变化量。

3.构建加速度概念

教师直接总结得出：速度的改变量除以所用的时间，可以反映出物体速度改变的快慢，我们将这个比值叫作加速度。

（二）第二种加速度概念教学设计

1.引入新课

教师展示两幅v-t图像，引导学生体会速度的变化有快有慢。接着教师直接告诉学生今天学习的“加速度”这一概念就是用来描述速度变化快慢的物理量。

2.新课教学

教师呈现情境一：对比自行车下坡与公共汽车出站的速度，设问谁的速度变化快？然后教师引导学生讨论得出：要比较速度改变的快慢，必须要找到统一的标准。

接下来教师呈现情境二：出示轿车启动、5吨货车启动、10吨货车启动时的初速度、末速度和所用时间的数据，设问如何表示速度变化的快慢？

学生交流讨论后得出：若在速度改变相同的情况下，可以比较时间的长短。

之后教师呈现情境三：出示自行车下坡、公共汽车出站、火车出站、飞机飞行的初速度、末速度和所用时间的数据，设问该如何表示速度变化快慢？

教师分析数据，总结得出这几个运动的速度的改变量不同，速度改变的快慢也不同，且速度增加量大的不一定就增加得快。

3.构建加速度概念

教师在学生分析三个情境后，直接告诉学生：为了描述物体运动中速度变化的快慢，人们引入了加速度的概念，加速度是用来描述速度变化快慢的物理量。

（三）以上两种教学设计存在的问题

首先，两个教学设计都无法调动学生已有的经验。两个教学设计都是通过实例直接抛出速度的改变有快有慢这一观点，忽略了学生已有的关于描述物体运动的相关知识。其次，两个教学设计都没能引导学生将已掌握的方法迁移至新知识的学习中。学生在构建速度这一概念时已经初步体会用比值定义物理量的方法，他们对位置变化快慢可以表示物体运动快慢已经有了感性认识，而加速度的概念也可以用类似的方法进行构建，但这两个教学设计都没有引导学生将构建速度这一概念的方法迁移到构建加速度概念中去，这就给学生理解加速度概念带来了困难。再次，这两个教学设计都是比较直接、生硬地抛出知识。虽然学生很容易就能够利用控制变量法比较当所用时间相同或速度变化相同时的速度变化快慢，但是他们难以比较在所用时间不同、初末速度也不同时的速度变化快慢，而这两个教学设计在此问题上都是直接抛出比较方法，生硬地定义加速度。最后，这两个教学设计所列举的实例不够全面，只考虑了不同物体加速启动过程的速度变化，而没有让学生分析不同的物体减速过程的速度变化，也没有从中抽象出这两种变速运动的共同特征。

二、加速度概念教学新思路

学生获得物理知识的途径包括从实验事实出发，借助科学方法形成物理知识。将前面建构速度概念的方法迁移到加速度概念的学习中，对学生构建新的概念和加深对科学方法的理解，都能起到很好的作用。教师要理解并掌握物理概念教学的要求、一般过程，在教学中要注意调动学生已有经验、知识和能力，并在此基础上让学生知道概念的来龙去脉以及新旧概念间的联系，从而帮助学生有效构建物理概念。

基于此，加速度概念教学应达到如下目标：进一步明确“描述物体的运动情况”是运动学的主要目的；知道引入加速度可以更简洁、更准确地描述物体的变速运动情况；理解加速度的概念；知道加速度是表示速度变化快慢的物理量；知道加速度的定义、公式、符号和单位；能区分速度、速度变化（量）、速度变化快慢及加速度。

學生通过本课的学习应明确：物体运动有匀速、变速之分；不同的变速运动是有区别的，既有由小到大的情况（如加速启动过程），也有由大到小的情况（如减速停止过程），不同的物体（如小车和火车）速度的变化（加速启动或减速停止）过程又有所不同；这些不同不能用速度、速度变化（量）完全描述清楚；速度变化有快有慢，可以用速度变化（量）与所用时间的比值加以区分；这个比值是有物理意义的，可以定义为一个新的物理量。

教师可以通过如下策略达到上述教学目标：使学生回忆已学的用于描述物体运动的物理量，如位置、位置变化、位移、速度等；用多种手段（包括真实实验、动画、视频）演示或让学生回顾生活中常见的与新概念有关的实例（如物体做不同变速运动）；让学生找出这些例子中不同运动的相同点与不同点；让学生思考这些例子中不同点的本质特征；让学生思考如何定量地揭示这种本质特征？如何用已有物理量描述这种特征？为了使描述更为简洁，从而引出新的物理量——加速度。

三、加速度概念教学新设计

（一）引入新课

活动一：让学生观察两名学生的两次运动（尽可能匀速，且两者快慢不同）。

师：（提问）两位同学的这两次运动情况相同吗？

生1：有相同之处，位置都随时间发生改变。

生2：不相同。一个从A点运动到B点，一个从C点运动到D点。

生3：不相同。位置改变的快慢不同，一个改变快些，一个改变慢些。

【设计意图】学生用自己的语言描述物体的运动，强化学以致用的意识。

（二）新课教学

师：怎样才能把两位同学这两次运动快慢的不同描述清楚呢？

（教师出示表1，并引导学生利用表格分析两位同学的运动）

生：仅利用位置改变不能把这两次运动描述清楚；位移与时间的比值小，位置改变慢，运动慢，速度小；位移与时间的比值大，位置改变快，运动快，速度大。

【设计意图】激活学生已有的知识：用速度描述物体运动快慢的方法——比值定义法，为之后学生构建加速度概念奠定基础。

活动二：让学生观察电单车的两次运动（速度都在变化，且两次变化不同）。

师：（提问）电单车的这两次运动的情况相同吗？

生4：有相同之处，速度都随时间发生改变。

生5：速度改变量不同。一辆车的速度从5 km/h增加到35 km/h，一辆车的速度从10 km/h增加到30 km/h。

生6：感觉速度改变的快慢不同。一辆车在6 s内速度从5 km/h增加到35 km/h，速度改变慢些；一辆车在2 s内速度从10 km/h增加到30 km/h，速度改变快些。

师：（提问）怎样才能把电单车这两次速度改变快慢的不同描述清楚呢？

（教师引导学生回顾利用表1分析两位同学运动情况的方法，利用表2分析电单车的运动情况）

（学生对比观察表1和表2，得出结论）

生：用速度、速度变化量不能把这两次运动描述清楚；速度改变（量）与时间比值小，速度改变慢；速度改变（量）与时间比值大，速度改变快。

【设计意图】教师给出“把电单车这两次速度改变快慢的不同描述清楚”“分析电单车的运动情况”等任务，并引导学生对比观察表1和表2。学生根据已有的知识可以完成“分析电单车的运动情况”这一任务，但在完成“把电单车这两次速度改变快慢的不同描述清楚”这一任务时却遇到了困难，他们由此产生学习的需要和动机。接下来教师引入新概念也就顺理成章了，学生将对新概念的来龙去脉也有清晰的认知。与此同时，这一教学活动将本课的难点进行了分解：区别速度、速度变化（量）、速度变化快慢（加速度）；对比这两次运动的不同，隐含了加速度的物理意义，为之后构建概念铺垫。

师：请同学们列举生活中其他的速度改变的快慢不同的例子。

（学生思考并作答，有学生提到如下实例）

生7：汽车刹车时速度在变小。

（教师据此引导学生得出如下观点）

生：汽车刹车时，速度在减小——有速度的改变；不同的刹车情况，速度改变的快慢也是不同的，急刹车时速度减小得快，而慢刹车时速度减小得慢。

【设计意图】联系生活实际让学生自己进一步比较速度、速度变化（量）、速度变化快慢（加速度）等几个量的区别。接着引出速度改变快慢的另一种情形：速度减小的快慢也有不同，使学生意识到这种情形也具有速度变化的本质特征。

（三）构建加速度的概念

师：（总结）所以，要清晰地描述不同的变速运动，只看它们的速度，或只看它们速度的改变（量）通常是不行的，必须同时考虑速度的改变（量）及其所用的时间，也就是要用速度改变的快慢来描述。而速度改变的快慢取决于两个因素：一是速度的改变量，Δv=v_a-v_b；二是发生这一改变所用的时间Δt。因此，物理学中用一个新的物理量来表示速度改变的快慢——加速度，用符号a表示，公式为a=（v_t-v₀）/t，单位是m/s²。运用这一物理量可以更直接、更简便地描述不同的变速运动的运动情况。

师：（引出新的问题）我们知道了速度增大、速度减小的变速运动都具有加速度，下面，我们进一步讨论速度增加、速度减小与加速度的关系……

【设计意图】对比之后，归纳总结出速度改变快慢的两个决定因素——Δv和Δt，引出加速度的概念，计算公式及其物理意义的学习也就水到渠成了。接着，教师引出新的问题，激起学生更深入地了解加速度的热情。

乍一看，该教学设计需要约20分钟才引入加速度这一新概念，有引入环节用时过长和教学效率低等弊端。实则不然，本教学设计巧妙运用对比学习法，调动学生主动迁移的能力，使其亲历加速度概念的构建过程，在加速度概念出现之前，学生就已经清晰了解了本节课的新物理量——加速度的物理意义，并且明晰了通常需要大量练习都难以区分清楚的速度、速度变化量、速度变化率、加速度这些物理量之间的关系，学生经历的是高效率的学习。同时，这样的教学过程是通过一系列的问题解决活动，使学生经历“根据已有的知识和能力可以解决一部分问题，但会被另外一部分问题难住，要解决这些问题，就必须超越已有的经验认识”的问题解决过程，而“超越已有的经验认识”则是新概念形成的必要因素。新概念的建立是物理教学实实在在的需要，本教学设计不仅满足了物理新概念的教學需要，更让学生体验到了比值定义法的新的用武之地，加深了学生对将这一方法用于建构概念的意义和具体做法的理解。

与传统灌输式教学、“题海”战术所形成的短时概念记忆相比，本教学设计用真问题驱动学生学习，学生整合多种学习元素，在头脑中构建出属于自己的加速度概念。这样的教学能够使学生对概念的理解更深刻、更全面、更持久，具体表现为无论是传统的纸笔测验，还是教师课堂上追问加速度易错点的思辨问题，学生的正确率都较高，如“物体的速度方向改变，但加速度的方向不一定改变”是学生比较难以理解的有关加速度概念的一个常见易错点，针对这一易错点，常规习题教学中教师往往是让学生记住一个反例：平抛运动——速度改变而加速度的方向始终竖直向下，但是这对初学者来说是非常难以理解的，加速度概念是必修1第一章的内容，而平抛运动却是必修2曲线运动的内容，学生还没有学过平抛运动，导致很多学生只能先记住结论或记住题目，他们对这一命题的理解是不深刻的，而经历本教学过程的学生，则能够从加速度的方向的决定因素——速度变化量Δv出发，结合三角形定则推理出Δv方向不变的情况，从而得出正确答案。

依据物理概念内涵，遵循学生认知规律，基于学生已有经验层层递进地驱动他们参与超越经验的解决问题的活动，不仅能够促进学生高效地形成正确的科学概念，还有利于调动学生积极、主动地投入学习，有利于发展中学生的核心素养。

参考文献

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［2］陈之怀.“速度改变快慢的描述：加速度”课堂实录［J］.黑龙江教育，2007（1）.

［3］邢红军，张抗抗，胡扬洋，等.物理概念与规律的教学要求：反思与重构［J］.课程·教材·教法，2018（2）.

［4］黄喜艳.新课标下加速度概念的有效教学问题探讨［D］.武汉：华中师范大学，2018.

［5］赵慧.大单元教学路径三部曲［J］.中学语文教学，2021（8）.

作者简介：范霞（1979— ），山东菏泽人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为物理、科学教育；刘小兵（1967— ），通讯作者，广西阳朔人，副教授，主要研究方向为物理、科学教育；李明珠（1994— ），广东湛江人，硕士研究生，主要研究方向为基础教育。

（责编 刘小瑗）