旨在踐行物理核心素養的《速度變化的快慢加速度》教學設計

毛艷玲 梁吉峰 馬朝華

摘要：從光電門、傳感器的課堂實驗探究入手，以典型生活實例為背景，綜合運用觀察、比較和分類、推理、分析與綜合、歸納分析等多種常規和非常規物理科學方法，將“加速度”這一非常抽象的物理概念以及其深奧的物理意義直觀化、生活化、簡潔化，旨在深度培養學生物理學科思維方式和科學探究能力以及嚴謹、求真、求實的科學態度，提升學生的物理科學素養.

關鍵詞：速度變化快慢；加速度；探究；物理科學方法；物理核心素養

1教學過程

11 實驗探究：尋找勻變速運動中的“不變量”

實驗裝置：金屬傾斜軌道、擋光片、光電門、小車；多媒體教學設備（實物投影、筆記本電腦、白板）、三角板.

實驗原理：猜想Δv/Δt不變，即v2-v1t12、v4-v3t34……相等.

實驗數據及結論：

在實驗誤差允許范圍內，勻變速運動中的Δv/Δt是不變的.

學生提出猜想、親自操作實驗，找到了不變量，證明了猜想的正確性.他們一定特別想知道這個不變量是什么，有什么意義，這就大大激發了他們求知的熱情和積極性.只有這種在科學家思想引領下的科學探究的真過程，讓學生模仿科學家的工作方式來思考問題、研究問題，才是真正的科學探究的過程.

12理論探究：勻變速運動中的不變量——“加速度”的物理意義

121通過圖表的比較，感受“不變量”的物理意義

對典型物理情境進行精細分析和類比相結合，層層設問，逐步引導學生進行思考.在速度不同的變化過程中，各自都在受自身的“不變量”制約而以相同方式變化著，既培養學生觀察事物和辨別事物的能力，也通過比較三個“不變量”的大小關系，使學生初步體會到這個“不變量”可以描述速度變化的快慢，讓他們學會在比較中找到真知的物理科學方法.

122通過圖象的類比，得到加速度的物理意義

兩種圖象類比：x—t圖象：圖線的斜率為Δx/Δt ，即速度v的物理意義表示質點運動的快慢，即位置變化的“快慢”；

v—t圖象：通過圖線可以看出，每秒速度增加相同的量：斜率就是一直追尋的“不變量”——加速度.

通過與最簡單、最熟悉的勻速運動圖象進行類比，經過綜合分析、邏輯推理和大膽猜想的思維過程，得出加速度的物理意義，既直觀又簡單，大大降低了學生理解的難度.

從比較速度圖表滲透“不變量”的物理意義到兩種運動圖象的類比推理得出“加速度”的物理意義.這種由淺入深、由抽象到具體、由感性到理性的認識過程，為剛剛進入高中階段的學習提供了模板式的認知思路和方法.經過這種歷練，把抽象的物理概念直觀化了，并且可以在頭腦中建立加速度的概念和物理情境，而不是所謂的“記住”概念.

123通過探究相似物理量大小的區別，深刻理解加速度的物理意義

速度v 、 速度變化量Δv 、 速度變化率Δv/Δt的區別.

例1一輛汽車從靜止開始啟動，經過20s后，速度變為200m/s，這輛車的速度變化量是多少？加速度是多少？

例2一輛汽車做直線運動，經過20s速度有40m/s減小到20m/s，這輛車的速度變化量是多少？加速度是多少？

例3小球以v1=3m/s的速度水平向右運動，碰到墻壁經（Δt=001s后，以v2=2m/s的速度沿同一直線反向彈回.小球在這001s內的速度變化量是多少？加速度是多少？

通過表2，羅列出學生熟悉的汽車、小球的運動情境，把三個相似物理量之間比較的理論知識直觀化、生活化.學生經過親自運算，應用這些數據針對設定的不同問題，進行分類比較，讓他們在自己營造的熟悉環境和情境里進行探究，既可以清楚地區分各物理量之間的不同含義，也讓他們最大限度地充分體驗探究的過程，體會探究的形式、探究的方法以及獲得正確結論所帶來的滿足感.

124探究相似物理量方向的關系，從矢量角度理解加速度的物理意義

①依據運算結果的正負，探究a與v、Δv方向關系.

根據表3中的正負對應的方向，容易得出a的方向與v的方向可以相同也可以相反，即無必然聯系，而a與Δv的方向總是相同的結論，加深對加速度矢量性及加速度是描述速度變化方向的理解.讓學生充分尊重事實，依據親自運算的結果觀察、分析、比較、推理，抽象出有價值和有意義的結論.

②運用矢量圖法探究加速和減速直線運動中，a與v的方向關系.

加速：v2>v1 ，得出 Δv與v1同向，故a與v1同向；

減速：v2

以Δv為媒介，絕對直觀地展示出Δv與v的方向關系，從而得出a與v的方向關系. 再通過幾何畫板自制的矢量圖的動態變化程序來演示加速、減速、速度反向的連續變化過程，使各種直線運動中的a與v的方向關系渾然一體，一目了然.在前面幾節剛剛學了矢量和矢量運算的基礎上，運用矢量圖將易混淆、懵懂、錯誤認識的問題迎刃而解.不僅對力的合成和分解打下堅實的基礎，也讓學生對矢量的認識更加深刻，更感興趣了.

125從v—t圖象“看”加速度，加深對其物理意義的理解

加速度“藏”在哪里呢？經歷一系列探究過程后，又回到起點，讓學生根據親自運算的數據建立圖象，找到加速度——圖線的“斜率”.通過傾斜程度的比較，學生再次直觀感受加速度，進一步理解其物理意義.整個過程讓學生一直處在親歷親為的探究過程中，深刻體會圖象在研究物理問題中的作用，培養他們應用數學手段解決物理問題的能力和良好的科學素養.

126在自身感覺中體會加速度

游客乘坐各種游樂設施經歷的刺激運動中，各種超級夸張、搞笑的表情，把抽象的物理概念“加速度”完全寫在了游客的臉上，既有很強的娛樂效果，也讓學生強烈地感受到加速度是真實存在的.學生哈哈大笑之后，便會意識到物理存在于生活的每個角落，衣食住行都離不開物理，即“物理來源于生活，又服務生活”，增強了他們熱愛生活的熱情和學習物理的積極性.

127介紹“加加速度”，深刻理解加速度物理意義

加加速度的物理意義是描述物體運動加速度變化的快慢，多應用在軍事領域.通過加速度與加加速度的類比，旨在幫助學生通過類比方法更加深刻理解加速度物理意義，這必將引發學生的課后深思.

2教學設計說明

在物理學中，有一種特別難理解的物理量——“比值”定義的物理量，比如速度、加速度、電場強度、電容、磁感應強度、感應電動勢等等.“難”的原因是這類物理量是由兩個比較簡單、學生熟知的物理量比值后引申出的更深意義的新物理量.新的量不但與這兩個量無必然聯系，而且概念抽象，物理意義難于真正的理解.

對初入高中的高一新生而言，加速度無疑是難于理解的物理量.因此，這節課采用探究式課堂教學模式，即“探究——體驗——內化——外延”的物理課堂教學模式，從生活實際出發，多方面多角度引導學生進行探究，把抽象的“加速度”概念生活化、直觀化，使學生逐步建立“速度變化快慢”的觀點，是這節課設計的指導思想和核心.首先依據學生猜想，利用生活中的斜面，由學生親自操作進行實驗探究，找到“不變量”；然后在教師引導下，學生通過例題表格中多組實驗數據的比較、物理圖象的類比、矢量圖的靜、動態分析、借助于生活實例區分相似物理量的多種角度的結合，適時的運用觀察法、比較法、抽象思維法、綜合分析法等物理科學方法，由淺入深、由遠及近、由感性到理性、由抽象到直觀把“不變量”升華為“速度變化的快慢”，逐步理解加速度的物理意義.在探究的過程中教師適時啟發和點撥指導，讓學生“像科學家一樣思考”，培養學生熱愛生活、學會觀察生活的品質，提升了學生的科學思維能力和科學探究能力.

參考文獻：

[1] 張憲魁，物理科學方法教育[M]. 青島：青島海洋大學出版社，1996：

[2] 陶昌宏，探究性教學的“魂”——獨立的思考探索的實踐[J].物理教師，2012（2）：1.

[3]人民教育出版社課程教材研究中心，普通高中課程標準實驗教科書必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2006.