用“速度”建構“加速度”——談“速度變化快慢的描述”教學設計

顧康清

（江蘇省石莊高級中學，江蘇 如皋 226531）

1 教材教法分析

“速度變化快慢的描述——加速度”是現行人教版高中物理新教材必修1第1章第5節的內容.加速度是物理學中重要物理量之一，是學生學習高中物理遇到的第一個相對抽象的物理量.如何幫助學生初步理解并接受加速度這個概念，筆者以為用“速度”建構“加速度”，不失為一種行之有效的教學設計.

建構主義學習理論認為，認知因素（認知結構和認知過程）是決定學習效率和學習結果的直接因素.學生的學習過程并非是簡單地對所學材料的識別、加工和理解的過程，而是學生原有認知結構中的有關知識和新學習內容相互作用（同化），形成新的認知結構的過程.在加速度概念學習之前，學生對速度概念已經熟悉了，跟速度概念的教學一樣，加速度概念的教學也是要讓學生掌握其物理意義、定義、定義式、單位及屬性等方面的內容，而且這兩個概念同為變化快慢的描述量，在表達形式上也完全一樣——變化率.因此，以“速度”作為“加速度”的生長點，亦即在速度概念的基礎上建構起加速度的概念，將會降低學生在認知上的難度，使教學變得較為輕松自如，從而巧妙地將加速度的概念植入到學生的認知結構之中.

2 教學目標

（1）掌握加速度的物理意義、定義、定義式、單位及其矢量性.

（2）經歷加速度概念的建立過程，體會比值定義法在科學研究中的應用.

（3）培養學生學習物理的興趣，樹立學好物理的信心.

3 教學的重、難點

（1）重點：加速度的物理意義、定義及計算.

（2）難點：加速度概念的引入及矢量性.

4 教學過程

4.1 復習“速度”

引導學生回憶速度的概念，填寫表1.

表1 速度概念的復習

續表

設計意圖：從5個方面復習速度的概念，為加速度概念的建構做好“交會對接”的準備，是教學一個物理量時必然要涉及到的一些基本內容.

4.2 新課教學

（1）引入“加速度”.

讓學生列舉速度增大和減小的運動，從中選出兩個速度變化快慢相差明顯的實例，如子彈發射（中靶）、汽車啟動（剎車），讓學生揣摩這兩個運動的共同點和不同點.共同點是速度都發生了變化，不同點是速度增大或減小的快慢程度不一樣，子彈的速度變化快，汽車的速度變化慢.

師：你是根據什么作出這樣判斷的？

生：子彈的速度是急劇變化的，汽車的速度是逐漸變化的.

師：“急劇”、“逐漸”表明，比較速度變化的快慢需要考慮時間因素，僅僅考慮時間Δt就行了嗎？

生：不行，還得考慮速度變化的大小.

師：正確.物理學上用符號Δv表示速度的變化量，Δv＝v2－v1.顯然，對兩個運動，若 Δv相等，則 Δt小的速度變化快；若Δt相等，則Δv大的速度變化快.如果兩個運動，Δv、Δt均不相等，如何比較速度變化的快慢呢？

師：有甲、乙、丙3種運動，已知，甲在t1＝0時v1＝0，t2＝8s時v2＝4m／s；乙在t1＝1s時v1＝5m／s，t2＝3s時v2＝10m／s；丙在t1＝2s時v1＝12m／s，t2＝3s時v2＝2m／s，試比較甲、乙、丙3種運動速度變化的快慢情況.

師：速度變化的快慢是一個很有意義、很值得研究的問題，有必要引入一個物理量來定義為此，物理學中引入了“加速度”這個概念，并定義“速度的變化量與發生這一變化所用時間的比值叫做加速度”，加速度用字母a表示，其定義式為

設計意圖：學生對加速度認識的快慢，與如何引入加速度概念有著密切的關系.先讓學生從生活實例中定性地認識到，不同的運動速度變化的快慢可能不同，再啟發學生用已學的物理量定量地描述速度變化的快慢，最后定義一個新物理量——加速度.這樣的設計，從感性到理性，從定性到定量，體現了概念教學應有的意境和韻味，凸現了“從生活走向物理”的新課程理念.

（2）認識“加速度”.

在前面表格的右側加一欄“加速度”，以左側“速度”為生長點，完成加速度對應內容的教學，最終形成表2.

表2 加速度和速度的比較

設計意圖：本段設計凸顯了用“速度”建構“加速度”的教學特色，有速度概念做“培養基”，加速度概念就很容易“生長”出來.加速度的矢量性要結合圖示講解清楚，特別要強調，加速度的正、負表示加速度的方向，不表示加速度的大小.

（3）圖解“加速度”.

引導學生自主研究本節的第2個“思考與討論”欄目，知道v－t圖像的傾斜程度反映了加速度的大小，并完成下列練習：圖1中的3條直線描述了A、B、C3個物體的運動.通過目測判斷哪個物體的加速度最小，并說出理由，然后根據圖中的數據計算它們的加速度，并說明加速度的方向.

圖1

設計意圖：用圖像分析處理物理問題是高中物理區別于初中物理的顯著標志之一，體現了高中物理對數學的要求.“從v－t圖像看加速度”開始了高中物理真正意義上的圖像教學，考慮到三角函數的正切、圖像的斜率這兩個概念數學中尚未學習，在此特意安排了一道練習題，以利通過數形結合的訓練，讓學生具體地感受到圖像的直觀性.

4.3 小結鞏固

表3 v、Δv、的比較

表3 v、Δv、的比較

物理量 符號 物理意義速 度 v 表示運動的快慢速度的變化量 Δv 表示速度變化的大小速度的變化率（加速度）Δv Δt 表示速度變化的快慢

然后，提出下列3個問題，供學生討論：（1）速度大，加速度小，有可能嗎？（2）速度變化量小，加速度大，有可能嗎？（3）加速度大，速度小，有可能嗎？

設計意圖：3個物理量的名稱中均有“速度”二字，表示符號中均有字母“v”，然而三者大相徑庭.列表比較，一目了然，不易混淆，以利學生形成清晰的知識鏈.對3個問題的討論，可引導學生從實際的事例和概念的含義兩個維度展開，即通常所說的“擺事實、講道理”.這樣設計的目的有兩個，一是通過辨析讓學生進一步弄清3個物理量的關系和區別，二是訓練學生科學思辨的能力，盡管學生對這些問題不容易回答清楚.

5 教學效果

加速度是個有一定教學難度的概念，采用上述以“速度”建構“加速度”的教學設計，符合學生的認知規律，降低了學生接受的難度.教學中，學生思維活躍，建構主動積極，在活潑輕松的氛圍下，突出了重點，突破了難點，順利完成教學任務，達成預期教學目標.

6 結語

加速度是運動學中極為抽象的概念，趙凱華和羅蔚茵教授在《新概念物理教程·力學》中明確指出：“這是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念.”因此，本節課僅僅定位于加速度概念的啟蒙教學，隨著學習的深入，學生對加速度這一概念的認識會漸漸豐富、豐滿、豐厚起來.

1 課程教材研究所.物理（必修1）教師教學用書.北京：人民教育出版社，2010.

2 顧康清.論物理認知結構及其教學構建.中學物理教學參考，2003（6）.