基于教材“二次開發”的概念課教學設計＊——以“瞬時速度”概念教學為例

楊 亮

（杭州市余杭高級中學 浙江 杭州 311100）

物理概念是為了更詳盡、更準確地描述、概括物理現象而建立起來的抽象產物，它源于對生活、實踐的觀察和理性的思考，經過科學的實驗測量和分析判斷，以及抽象而嚴密的邏輯推理與數學表達而最后形成，具有抽象而嚴謹的物理學科特點.中學生的年齡、心智等條件決定了其抽象能力的欠缺，對身邊發生的物理現象缺少關注或思考，在理解和接受物理概念時常表現出力不從心.筆者在教學中，二次開發教材，通過實驗選擇性地創設 “物理情境”，還原、稀釋前人思維活動的歷程，再現概念的形成過程，讓學生經歷“用已有知識無法描述‘新’現象”的窘迫，認識到建立“新”概念的必要性，并在分析實驗的基礎上理解和接受概念.現以“瞬時速度”為例，談談筆者的做法.

1 教材分析

人教版高中教材《物理·必修1》中用兩節內容完成對“瞬時速度”的教學.第一節中先給出平均速度的概念，然后直接說明在“t＋Δt”中，若時間間隔Δt“非常非常小”，就表示瞬時速度.在下一節中通過實驗，進一步理解瞬時速度的概念.筆者認為教材的這種編排雖有利于分解難點，卻難以讓學生形成完整的認識；對于剛升入高中的學生而言，“非常非常小”的極限思想太過抽象，此時給出“瞬時速度”的概念太生硬而難以被接受；況且先給出概念再用實驗說明，剝奪了學生探究和體驗物理概念形成過程的機會，不利于學生能力的培養和持續發展.

筆者對教材二次開發，整合上述兩節內容，在實驗探究的基礎上，重新設計了教學過程.

2 教學設計

2.1 創設問題情境 營造氛圍

對于高一學生而言，物理課上只接觸過勻速直線運動，缺乏對變速運動的觀察和思考，因而不理解為什么要建立瞬時速度的概念.在教學設計中，有必要讓學生知道對于變速運動的物體，僅僅用平均速度無法準確描述其運動的快慢.

片斷：播放2012年劉翔在“國際田聯鉆石聯賽尤金站110米欄”的比賽錄像，提醒學生注意解說員的解說（劉翔在本次比賽中成績為12.87s，解說員的解說詞大意是：劉翔在前3個欄加速，中段保持速度，最后沖刺）.

師：解說員把劉翔的速度變化過程分3段描述，僅從運動快慢的角度說，為什么不直接說劉翔的速度是m／s＝8.5m／s？

生（哄笑）：太籠統，8.5m／s是平均速度，劉翔起跑時候要慢，沖刺時要快.

師：說明用平均速度不能準確地描述劉翔在比賽中的速度變化情況，如果你是解說員，怎樣更生動、更準確地描述劉翔在比賽中速度變化的情況呢？

生：分更多段……

師：如果技術分析時需要測出每一次跨欄時的速度應該怎么做？

生：……

通過這一環節，學生意識到對于變速運動，平均速度已經不能準確地描述運動物體的速度變化，而將運動過程細化成更多時間段是改進的方向.但對求通過某一位置時的速度束手無策.

用學生喜聞樂見的體育運動，創設恰當的“境”，讓學生感知已有知識的匱乏，激發學生探究知識的“情”，實現學生與物理環境的相互作用.這樣不僅能幫助學生認識概念，而且能充分地調動學生對物理概念學習的積極性，使學生由好奇轉變為興趣愛好，由興趣愛好轉變為對物理概念知識的渴求，讓學生用輕松、愉快、新奇、積極的心態，積極主動地參與到教學活動中來.

2.2 建立物理模型 探尋規律

為了形象、簡捷地處理物理問題，人們經常把復雜的實際情況轉化成一定的容易接受的簡單的物理情境，突出主要問題，忽略次要問題，從而歸納出一定經驗性的規律，即建立物理模型.

圖1 光電門傳感器測速度

為了分析“劉翔跨欄瞬間的速度”問題，可建立如圖1所示的物理模型.圖為固定了遮光片（寬度為Δx）的小車沿傾斜的軌道滑下（遮光片前端與小車頭部對齊），并穿過光電門，光電門記下遮光片通過的時間（Δt）.實驗時，改變遮光片的寬度，每次都在同一位置釋放小車，計算不同寬度的遮光片通過光電門時的平均速度，如表1.

表1 遮光片通過光電門時的平均速度與遮光片寬度的關系

師：第一組實驗得到的速度比車頭速度大還是小？

生：大.因為0.368m／s是遮光片前端和后端的平均，而后端通過時的速度大.

師：表中4組實驗得到的速度呈現出什么規律？如何解釋？

生甲：變小.因為遮光片窄了，遮光片后端通過光電門時速度就小了，平均速度就小了.

生乙：趨向于某一個固定值.因為小車每次從同一位置釋放，車頭經過光電門時的速度都相同，遮光片越窄，平均速度與車頭經過光電門時的速度就越接近.

教師組織學生討論兩個學生的觀點，在得到大部分學生認可后，問：猜一下車頭通過光電門時的速度約是多少？

生：略小于0.327m／s.

師：怎樣精確測定車頭通過光電門時的速度？

生：換一個更窄的遮光片.

生：第2，3，4組都可以.

師：由此可得出什么結論？

生：在一定的精確度內，可以用運動物體在一段很小時間內的平均速度表示物體通過某一位置時候的速度.

這一環節中，通過建立物理模型，從學生熟悉的“平均速度”入手，通過對實驗數據的分析，學生逐漸認識到“當Δt非常非常小時，平均速度接近于某一個定值，在一定的精確度內，就可以用該數值表示通過某一位置的速度”.在此基礎上建立了“瞬時速度”的概念，學生接受概念的同時，也掌握了計算瞬時速度的方法，收到良好的教學效果.

把生活中的物理問題抽象成物理模型，讓學生在這種特定的情境中，沿著前人思維活動的進程，重溫物理概念的產生與發展過程.通過實驗數據的測量與分析，歸納物理規律最終形成概念，學生在潛移默化中掌握了物理問題研究的方法.

2.3 應用物理概念 分析問題

概念教學不應滿足于概念的得到，必須給學生提供一個定量應用概念的物理情境，借助于具體的問題，讓學生在解決問題過程中內化知識，提升分析問題、解決問題的能力.實驗室常用記錄“很小時間間隔”的器材有打點計時器、頻閃照相機等.為了鞏固學生對瞬時速度的理解，設計了打點計時器實驗.

師：實驗室中通常還可以用打點計時器記錄物體運動的時間.（教師介紹打點計時器的計時原理，并接通打點計時器，直接用手拉動穿過打點計時器的紙帶，用刻度尺測量紙帶上兩點間的距離，投影到黑板如圖2所示）

圖2 用打點計時器計算瞬時速度

師：紙帶上兩點之間的距離表示什么意義？

生：表示手拉紙帶在0.02s內通過的位移.

師：如何計算打下C點瞬間，紙帶運動的速度.

師：生甲的計算結果理論上最精確，生乙與生甲的結果差距最大，但相對誤差僅是2.9%.所以，3組數據都可以表示C點瞬時速度.實際應用中，Δt越小，位移測量的相對誤差就大，所以要根據實驗精確度要求，選擇恰當的時間間隔.

師：課后討論如何計算劉翔跨欄時的瞬時速度？

這一環節，學生體驗到應用瞬時速度概念分析不同問題的成就感，又通過“計算劉翔跨欄時的瞬時速度”這一開放式的問題，使教學從課堂延伸到課外.

3 結束語

在許多領域中，常常出現“二度創作”的理念和實施.經“二度創作”，不僅可使原創增色不少，甚至成為經典，這樣的例子很多.

在我們的物理教學中，有意識地選擇一些知識點，打破教材編排的順序，在探究實驗的基礎上，重新設計合理的教學過程，有利于提高學生的科學素質和能力.從提出問題到對極限情形的思考與討論的過程中，學生可能一開始對所學內容不太清楚，甚至被動地被“帶入”特定的問題情境中，但在對設置問題不斷思考的過程中，已經一點一滴學到了很多東西.這種重視學生對知識的“體悟”的教學方式，能有效促進學生獨立思考，培養學生的創新能力.

1 趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本.北京：人民教育出版社，2010

2 姜民.淺談高中物理的概念轉變教學.教育實踐與研究，2013（9）

3 俞紅珍.教材的二次開發：涵義和本質.課程·教材·教法，2005（12）