“速度變化快慢的描述：加速度”教法研究及建議*

王治國

人教版高中物理必修1 第1 章第5 節“速度變化快慢的描述：加速度”是學生從初中進入高中接觸到的第一個難點內容，其中包含著許多重要的物理思想方法，是進行物理思想方法教育和引導學生逐漸適應高中學習的好素材。“加速度”比較抽象，不像速度和速度的變化量那么容易感知，不少學生對速度變化快慢的認識僅停留在數據感知，缺乏親身體驗，對“加速度”這一概念的內涵認識模糊，難以理解加速度與速度、速度變化量的關系；對建立和理解加速度過程中蘊含的科學思想方法未能深刻領會。“如何做好初、高中物理教學的銜接，降低加速度學習過程中的臺階，幫助學生深刻理解加速度的概念，領會其中蘊含的科學思想方法”一直是廣大物理教師研究的熱點問題。本文試圖通過對本節課教材、教法的分析，探究形成學生認知困難的主要原因以及探索在本節課中有效開展概念教學，培養學生核心素養的方法。

一、教材、教法分析

人教版教材把“加速度”安排在“時間與位移”“速度”“用打點計時器測速度”等內容之后來學習，這種安排遵循了人類認識運動的規律——從簡單到復雜，從直觀到抽象，體現了循序漸進的教學原則，有利于促進學生對加速度概念的形成和理解。

從教材內容來看，人教版采用的是“數據呈現現象”的方式，通過“思考與討論”中的小型轎車和旅客列車起步數據的分析，讓學生在理解“速度大、速度變化大、速度變化快”不同含義的基礎上利用比值定義法來建立“加速度”的概念。這種呈現方式，有利于初、高中知識的銜接，符合從感性到理性的認知規律，但缺少生活中“速度變化快慢”感官體驗（如急剎車時人的狀態、汽車加速時的推背感等）的呈現，對引入加速度概念的必要性沒有充分重視。

教材將“加速度方向與速度方向關系”與“從v-t圖象看加速度”兩部分作為認識和理解加速度概念的主要內容，并設置了“說一說”“思考與討論”“科學漫步”等欄目，既突出了加速度教學中的重、難點，又促進了概念的內化，體現了教材的基礎性和選擇性。

在學習速度概念時，教材引入了平均速度和瞬時速度來描述變速運動的快慢，在描述速度變化快慢時，教材卻沒有引入平均加速度和瞬時加速度的概念，從邏輯上來看，這種安排反映了教材在加速度概念呈現上的不完整。

筆者曾多次參與“加速度”的觀摩教學活動，關注了多位老師的處理方法，比較有代表性的是以下兩種教法。

第一種教法對加速度概念的建構過程重視不夠，只注重素材的呈現，認為素材越多、越新奇、越時尚越好，學生只要看了素材，就能領會其中的含義，把教學重點放在對概念的記憶和解題訓練上，忽略了讓學生在概念建立過程中理解加速度的內涵，表現在課堂上是“運算多，理解少；抽象多，體驗少；結論多，探究少”。

第二種教法是突出探究教學作用，將探究教學貫穿在整個教學過程中，通過創設幾組物理情景和數據，引導學生通過觀察、比較獲取感性認識，運用分析、歸納等思維活動來建立加速度概念；引導學生利用“作矢量圖”的方法探究“加速度方向與速度方向關系”；利用實驗課中的v-t圖象，引導學生探究圖象斜率的意義。

筆者研究發現，第一種教法，不注意素材的精選與深度挖掘，呈現給學生的是一大堆文字、圖片、視頻等素材，有些素材看起來很震撼、時尚，但脫離學生的實際生活，學生無法從中獲得真實的體驗和感受。同時，過多的相似或重復的素材，也沖淡了教學主題，降低了教學效率。

由于加速度的建構過程過于簡略，學生對速度變化與速度變化快慢沒有經過充分的比較和體驗，也沒有參與到分析、概括等思維活動中，對“比值法”等物理思想方法缺乏足夠的認識，導致學生對加速度的概念認識模糊，難以理解加速度與速度變化的關系，也失去了一次很好的建構“運動觀”、提升學生科學素養的機會。

第二種采用探究式教學的處理方法，學生學習的主動性和積極性有了一定的提高，對速度變化快慢也有一定的感知，但是在探究過程中只注重數據分析，不關注學生的親身體驗，常常是把教師的思維強加給學生，為了探究而探究，忽視了物理概念建立方法的引導，科學思維的培養沒有凸顯出來，從而失去一次方法教育的良機。

二、教學建議

1.強化感官體驗，循序漸進地構建概念。

大多數高一學生還不習慣抽象的、理論性強的問題，對現象的觀察、分析、概括等抽象思維能力還未形成，他們容易理解“路程、位移、速度”等物理量，但對加速度概念（速度變化率）的認知有困難。形成這個困難的癥結是對“速度、速度的變化”及“速度變化快慢”沒有真正地領會，雖然他們有日常生活中“速度變化”和“速度變化快慢”的經歷，但對這種“經歷”缺乏指向性的感悟（體驗）。因此，在教學時要注重創設學生熟悉的、具有鮮明特征的物理情境，以豐富學生的感性認識，引導學生通過觀察、比較、分析、歸納等思維過程，由淺入深、循序漸進地構建加速度的概念。

例如，在教學過程中，筆者分三個環節引導學生來感知“速度、速度的變化”及“速度變化快慢”。

（1）以“身體”感知速度變化和速度變化快慢。引導學生對生活中汽車起動和剎車的分析，體會速度變化的存在，通過生活中小汽車加速時的推背感強烈程度和公交車正常進入車站和突發情況時的緊急剎車的身體感受，領會到生活中“速度變化快慢”的真實存在，領會引入加速度概念的必要性。

（2）以“數據”感知速度變化和速度變化快慢。通過記錄以下幾種交通工具速度變化的數據（見表1），引導學生分析討論：①最終哪個運動最快？②哪個速度變化最大？③哪個速度變化最快？

表1 幾種交通工具的速度變化

（3）用“圖示”來感知速度變化大小Δv及其方向。引導學生畫出上表中各個交通工具速度及變化的矢量圖（見圖1），讓學生學會“如何表示速度變化量的大小和方向”“怎樣從速度與速度變化量的方向關系中判斷加速或減速”。

通過創設源于學生實際生活的物理情景，引導學生從“身體感知”到“數據感知”，再到“圖示感知”，從直觀的體驗到抽象的深層次理解，學生對速度變化和速度變化快慢的認識循序漸進、逐級抬高，學習加速度也就順理成章。這樣的做法既深度挖掘了加速度概念的含義，又激發了學生學習的主動性和積極性。

圖1 速度矢量圖示例

2.精選教學素材，強化深度分析。

加速度概念抽象，如果沒有特定的引導，學生很難感受到加速度的存在，更不會自發形成加速度概念。要構建加速度概念，必須要有相應感性認識為基礎，學生只有在對相關教學素材的分析、歸納、總結等思維活動基礎上才能逐步形成“描述速度變化快慢”表象，進而理解加速度的本質屬性，因此教學素材的選擇起著至關重要的作用。

筆者認為，教學素材的選擇應當源于學生的實際生活，凸顯問題的本質，有利于喚醒學生的生活體驗，能有效激發學生的求知欲，使之能夠為概念構建醞釀認知情境，進而更直觀地得出教學觀點，宜少不宜多，宜精不宜雜。還要對選用的教學素材進行深度挖掘，引導學生參與到分析、概括等思維活動中，讓學生的認知由感性逐步上升至理性的高度，最終達成概念的建立。

基于上述認識，筆者在教學過程中，精心選用了生活中最常見4 種交通工具的起動和剎車過程中一組數據（見表1），并將這組數據應用教學的各個環節。在引入加速度概念時，通過表1 中的數據構建問題情景，讓學生在問題討論分析中，尋找描述速度變化快慢的方法。

在加速度方向的學習中，引導學生對表中的數據分析：“為什么會出現負的加速度呢？”“負號有什么意義？”“從表中你能發現什么？”從而得出“加速度作為一個矢量，其正負號表示加速度方向與速度方向關系”的結論。

在加速度概念理解中，引導學生從表1 數據中感知加速度與速度和速度變化量的關系：速度大加速度不一定大，速度變化量大，加速度也不一定大。

在“從v-t圖象看加速度”教學中，通過作出表1 中的四種交通工具的v-t圖象，引導學生分析討論，教會學生如何根據v-t圖象比較加速度大小。

3.重視概念構建過程，促進科學運動觀的培育。

不少教師只注重概念的灌輸，忽略了概念本身的內化，對加速度概念的構建過程缺乏足夠的重視，試圖通過習題的解答來鞏固概念，導致學生被動地接受，對加速度的認識僅停留在文字表述層面，難以理解加速度的內在含義，不會從運動的角度去分析解決問題，更談不上建立科學運動觀。筆者認為，在加速度教學中，要注重培養學生獲取知識的能力，通過創設物理情境，還原概念建立的過程，把課堂還給學生，放手讓學生參與到概念構建過程中，讓學生在現象的分析中獲取感性認識、明確概念的來源，經歷加速度的構建過程，理解加速度的構建方法及物理意義，辨析加速度與速度的區別與聯系，逐步將概念構建的方法和思想內化為清晰、系統的運動觀念。

筆者在教學中，通過引導學生對“生活中小汽車加速時推背感的強烈程度”和“公交車正常進入車站和突發情況的緊急剎車的身體感受”的體驗，領會到生活中物體的“速度變化有快慢”，明確“為什么要引入加速度”；接著再引導學生分析、感知不同交通工具在起動和剎車過程中的數據，讓學生經歷“探究加速度概念”的認知過程，體會“如何構建加速度的概念”。

在“如何理解加速度”教學中，引導學生分析表中的數據，從數據角度感知加速度與速度和速度變化量的關系：速度大，加速度不一定大，速度變化量大，加速度也不一定大。接著引導學生從“比值定義法”角度分析討論a與v、Δv、Δt各量之間的關系以及加速度概念的內涵；再通過分析表2 所示的數據，發現賽車在起動過程中加速度發生變化，引導學生理解并建立平均加速度和瞬時加速度的概念。

表2 某賽車行駛過程中的速度變化

這種還原概念構建過程的教學方法，使學生在探究中感知到了加速度概念引入的意義、體驗了加速度概念形成的過程，既激發了學生認知需求，又完善了加速度概念的認知結構，更重要的是將概念建構過程中的方法和思想內化為具有清晰、系統的“運動觀”，讓學生能從物理學的視角正確描述和解釋自然現象，靈活應用所學的物理知識解決實際問題。

4.注重科學方法滲透，培養學生科學思維能力。

在加速度概念的形成過程中蘊含了許多的科學方法：加速度概念的引入運用了類比法，加速度概念的建立用了比值定義法，形成瞬時加速度概念時用到了極限法，平均加速度的概念體現了物理中理想化處理方法。在教學過程中，教師應注重滲透這些科學方法教育并把它們顯化，將加速度概念形成過程中的每一步以合理的科學方法為支撐并鋪展開來，幫助學生理解加速度的概念及其內涵，學會構建物理概念的方法，形成科學的思維能力。

例如，在加速度概念的引入中，可類比速度概念建立的方法展開思考：不同的物體在運動中，位置變化有快有慢，為了描述物體位置變化快慢，我們引入了“速度”概念，同樣，物體運動速度變化快慢也不相同，我們也可以引入新的物理量——“加速度”來描述速度變化快慢。在平均加速度、瞬時加速度概念的教學中，引導學生類比平均速度、瞬時速度來理解概念：實際運動中，物體的位置改變常常是非均勻的，可用平均速度、瞬時速度來粗略和詳盡地描述物體的運動快慢；同樣，物體速度的變化通常也是非均勻的，所以也可以用平均加速度和瞬時加速度來描述變速度運動中的物體速度的變化快慢。

實踐表明，將類比、極限、理想化、比值定義等科學方法滲透在加速度概念構建過程中的處理方法，既有效突破了教學難點，也讓學生感受到了科學方法巨大魅力，提高了科學思維能力，真正促進了學生物理核心素養提升。