“速度變化快慢的描述-加速度”說課

毛艷玲　才立剛　梁吉峰

摘 要：以“速度變化快慢的描述-加速度”為整體設計方案，從單元教學內容、學情、學習目標、學習活動等方面進行分析探究，旨在物理科學方法指導下踐行物理核心素養的“速度變化快慢的描述-加速度”教學設計分析，培養學生運用科學思維方法抽象事物本質屬性的意識和提高區分事物能力、抽象思維能力，幫助學生領會人類探索自然現象的嚴謹科學態度，認識加速度概念建立對人類認識世界的意義.

關鍵詞：速度變化快慢;加速度;抽象思維;科學精神;科學態度

文章編號：1008-4134（2019）19-0033中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

1 單元教學內容分析

1.1 加速度a≠0（速度變化）

（1）a大：速度變化快.

①a、v同向：加速直線運動，速度增加快，位移增大;②a、v反向：減速直線運動，速度減小快，位移可能增大，也可能減小.

（2）a小：速度變化慢.

①a、v同向：加速直線運動，速度增加慢，位移增大;②a、v反向：減速直線運動，速度減小慢，位移可能增大，也可能減小.

1.2 加速度a=0（速度不變）

勻速直線運動，速度可以大，也可以小，位移增大.

1.3 加速度概念構建的價值分析

（1）培養學生運用科學思維方法抽象事物本質屬性的意識和提高區分事物能力、抽象思維能力;

（2）幫助學生領會人類探索自然現象的嚴謹科學態度，認識加速度概念建立對人類認識世界的意義.

2 學習者分析

2.1 知識準備方面

學生在初中學習了路程—時間圖象表示速度，用圖線“傾斜程度”或者是否靠近路程軸來比較速度大小;本單元學習了矢量，第三節速度和第四節實驗進一步學習了用位移—時間圖象表示速度，用x/t大小或圖線傾斜程度表示速度大小，雖然都沒有提及“斜率”這個詞，但是數學課上已經學習過斜率概念，并不陌生.在第三節速度學習中，學習用比值法定義速度，接觸了“變化率”概念，但是學生對其并沒有太多的認識和體會，對于變化快慢僅僅是感性認識.

2.2 技能準備方面

學生在初中經歷過電學、幾何光學實驗的訓練，具備基本的實驗技能和分析實驗數據的能力.

2.3 思維準備方面

剛剛進入高中的學生，處于形象思維向理性思維過渡、轉化的階段.在運用抽象思維構建質點、位移、速度概念的過程中，基本是從定性角度去認識.

3 學習目標確定

（1）通過演示實驗和類比方法，能初步理解加速度的物理意義.

（2）通過典型情境實例及有向線段定量的分析，能區分三個相似的概念;并通過自身感覺和對身邊物理現象的深刻分析，能體會和區分速度、速度變化量、加速度.

（3）通過典型物理情境的進一步分析，能通過v-t圖象表示加速度.

（4）通過微課能意識到追尋不變量和探究變化率的物理意義，并且通過圖表法和作圖法，能體會和理解該不變量的物理意義.

（5）通過從速度一時間圖象的角度看物體的加速度，能通過“看”傾斜直線的“陡度”比較加速度大小，在實踐中學會應用數據和圖線等數學方法求加速度.

（6）通過視頻和實驗，培養學習的熱情和探索精神，并理解加速度概念的建立對人類認識世界的意義，培養區分事物的能力和抽象思維能力.

（7）培養基于典型實例的交流和共享、主動與他人合作，勇于發表自己的主張，敢于放棄自己的錯誤觀點的科學精神.

4 教學重點和難點

教學重點：

（1）加速度的概念及物理意義.

（2）速度、速度變化量、速度變化率的區別.

（3）利用圖象來分析加速度的相關問題.

教學難點：

（1）理解加速度的概念，建立變化率的思想.

（2）速度的變化量與加速度方向關系.

5 學習活動設計

5.1 環節一：新課引入

5.1.1 PPT展示科學家對于運動本質追尋歷程

不了解運動就不了解自然（亞里士多德）→理解自然科學的最終目標是發現不再變化的原因（亥姆赫茲）→科學只能去尋找其中不變的東西.對于守恒量的追尋不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向（勞厄）.

運動模型：小車沿斜面加速下滑.

猜想：小車的運動是否存在不變量？

5.1.2 實驗探究尋找“不變量”

（1）猜想

針對猜想中的Δv /Δs，老師說明其復雜性，暫時不做研究.

（2）實驗

①實驗裝置（如圖1）

說明用擋光片通過光電門的平均速度代替瞬時速度的思路.

②建立表格（見表1）.

③實驗操作（學生操作）：指導學生進行實驗.

④顯示實驗數據：

屏幕只能同時顯示一臺電腦記錄的數據.

問題：對實驗數據做怎樣的評價分析？

（3）結論

（4）感受“不變量 Δv/Δt”

（5）定義“不變量”—加速度

思考：三組數據描述的運動有哪些方面是不同的？在這些不同中又有著怎樣的相同？

活動意圖說明：

對于生活中的變速運動，學生更多的關注運動的快慢，而加速度深深隱藏在速度變化中，學生接觸相關的現象并不多，如果直接“挖”出來，恰恰錯過了構建加速度的體驗過程，不利于理解加速度概念.由于小車沿斜面下滑運動中，熟悉的運動學量比較多，再加上學生對速度的變化率了解很少，所以猜想難度較大.通過展示科學家對于運動本質追尋歷程，讓學生堅信存在“不變量”;小組討論可以集思廣益，通過討論在肯定與否定中彼此發掘思路，甚至可以猜想出幾個可能的不變量，初步建立不變的意識，增強好奇心，調動學習積極性.演示實驗可以針對真實的運動模型，使探究具有客觀性、指向性，會增強學生的探究欲望和興趣.

學生經歷探究過程，對不變量的認識從感性認識逐步上升到理性認識，為加速度概念的理論探究奠定基礎.

由于重點讓學生體驗加速度概念構建的過程及傳感器定向探究的特點，所以直接給出實驗方法，沒有讓學生設計實驗方案.

5.2 環節二：新課教學

理論探究加速度物理意義：

（1）利用圖象直觀對比

v-t 圖象與x-t 圖象相類比（圖2）.

問題：v-t 圖象斜率的物理意義是什么？斜率又等于什么？

（2）相似物理量v、Δv、Δv/Δt的辨析

①定性比較——生活實景（兩車啟動和剎車過程）中感受速度變化快慢.

問題：1.速度大的，速度變化快？

2.速度大的，速度變化量一定大？

3.速度變化量大，速度變化快？

②定量比較——“圖表法”（見表2）.

問題：1.速度大的，加速度一定大？反之？

2.速度大的，速度變化量一定大？反之？

3.速度變化量大，加速度一定大？反之？

4.加速度大，速度變化的一定快？反之？

5.速度變化率大，加速度一定大？

③結論：v大，a可以大也可以小; Δv 大，a可以大也可以小.即：a與v、Δv大小無必然聯系.

（3）加速度方向

①定性討論：

依據表3數據進行比較.

結論：加速直線運動中a、v同向，減速直線運動中a、v反向;a、Δv同向.

②定量探究：

利用有向線段矢量動態圖和數學方法，以v方向為橋梁，定量理論探究a、v的方向關系（不同方法得到相同的結論）.

加速度物理意義（方向角度）：描述速度變化的方向.

（4）感受加速度

①從v-t圖象看加速度.

引導學生明確：圖線上的縱坐標對應某時刻速度;兩點縱坐標之差對應速度變化量;縱坐標之差與橫坐標之差的比值是加速度.顯然三個量的含義是不一樣的.

②感受加速度——人的表情反映，如圖4所示.

③從生活現象區別速度和加速度.

飛機飛得巨快; 汽車的加速度性能是汽車的一個重要參數，有人說，我這車好，啟動快; 獵豹全速追及羚羊; 在百米賽跑中，我們常常說某某同學素質好，有很好的爆發力，起跑快.

活動意圖說明：

加速度是比值定義的物理量，是高中階段非常難懂和抽象的概念之一，是之前學習了質點、位移、速度基礎上一個較大的知識跨度.

探究過程安排三次小組討論：

（1）舉出生活中特殊實例定性比較v、Δv、Δv/Δt大小關系并不難，安排小組討論目的是引導他們注意觀察生活現象，養成生活現象與物理知識結合的習慣.

（2）在對典型實例定量分析比較探究v、Δv、Δv/Δt大小關系時，老師給出5個討論的問題，讓學生有針對性思考.通過小組討論，學生互相交流，能進行精細分析比較，全面、透徹，促進加速度概念的理解，培養嚴謹、認真的科學態度.

（3）探究加速度大小、方向、物理意義后，思考“哪些方法或現象可以直觀表現加速度？”

不但引出下一個環節，也讓學生在相對抽象的理論探究后能夠模仿課上的手段和研究方法理解加速度概念，并且通過學生間交流，發散思維方向，從各個方面展開討論，集思廣益，開闊學生視野，互相影響和激勵，增強學習的積極性和動力.

利用x-t圖象向v-t 圖象的轉換，是教學過程因素關聯的尋找，尋找圖象信息與加速度物理意義關系.學生在初中和本單元已經接觸圖象表示速度，教師設置驅動鏈式問題，讓學生在連貫的思維中，結合數理推理順利得出加速度物理意義.數學圖象和數學向量（有向線段）的運用，將物理問題轉化為對數學問題的處理，這也是本節課乃至本單元的一個重要思想，利用數學方法簡化對物理問題的理解困難.

通過探究得出a 與v的大小、方向均無必然聯系，必然會引起學生思考“加速度a大小、方向到底由什么決定呢？”為牛頓第二定律的學習埋下伏筆.

6 特色學習資源分析、技術手段運用說明

（1）實驗探究時，8個光電門可以在連續運動過程中定位8個位置的時刻，傳感器可以測出通過每個光電門和相鄰兩個光電門之間很短的時間（秒表不行）.這樣就可以得到小車通過每個位置的速度.

（2）利用兩輛車的運動比較速度變化快慢的想法，是因為通過圖象比較得出加速度物理意義后，學生會感覺加速度更抽象了，所以通過生活中常見的現象去直觀感受，心里就踏實了，也明白了什么是“速度變化快慢”.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017.

[2]楊森.高中物理說課的實踐研究[D].煙臺：魯東大學，2017.

（收稿日期：2019-07-22）