基于教學(xué)內(nèi)容適切性的高中物理教學(xué)案例研究*
——以“加速度”教學(xué)為例

□周長春

（廣東省佛岡縣第一中學(xué)，廣東佛岡 511600）

基于教學(xué)內(nèi)容適切性的高中物理教學(xué)案例研究*
——以“加速度”教學(xué)為例

□周長春

（廣東省佛岡縣第一中學(xué)，廣東佛岡 511600）

教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生的一般認(rèn)知能力、一般生活經(jīng)驗(yàn)、具體學(xué)科思維特點(diǎn)、具體學(xué)科先備知識(shí)技能相適切.教學(xué)要遵從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，要在事先了解學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生加強(qiáng)新舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系．

教學(xué)內(nèi)容；適切性；認(rèn)知能力；生活經(jīng)驗(yàn)；學(xué)科思維；先備知識(shí)

教學(xué)內(nèi)容適切性是教學(xué)內(nèi)容選擇、組織、表達(dá)與學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備之間的適合性質(zhì)和程度.學(xué)習(xí)準(zhǔn)備是指學(xué)生原有的知識(shí)水平或心理發(fā)展水平對(duì)新的學(xué)習(xí)的適應(yīng)性[1].基于教學(xué)內(nèi)容適切性的高中物理教學(xué)案例研究，就是要解決教學(xué)內(nèi)容的適切性問題．

加速度是運(yùn)動(dòng)學(xué)中極為抽象的概念，趙凱華明確指出：“這是人類認(rèn)識(shí)史上最難建立的概念之一，也是每個(gè)初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念.”[2]著名哲學(xué)家羅素評(píng)價(jià)道：“加速度的基本重要性，也許是伽利略所有發(fā)現(xiàn)中最具有永久價(jià)值和最有效果的一個(gè)發(fā)現(xiàn).”愛因斯坦指出：“今天我們難以估量，在精確地建立加速度概念的公式并且認(rèn)識(shí)它的物理意義時(shí)，該顯示出多么大的想象力.”[3]如何搞好加速度等核心概念教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生避免高一剛?cè)雽W(xué)就出現(xiàn)物理學(xué)業(yè)上的新兩極分化門檻，需要智慧和方法．

一、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生一般認(rèn)知能力相適切

不同個(gè)體的一般能力在表現(xiàn)早晚、發(fā)展水平、認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及不同性別等方面表現(xiàn)出極大差異，教學(xué)內(nèi)容要以大多數(shù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的一般特點(diǎn)為基礎(chǔ)，選擇、組織、設(shè)置恰當(dāng)?shù)男问匠尸F(xiàn)相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容.“基礎(chǔ)性”是評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生一般認(rèn)知能力適切性的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)盡量滿足不同層次學(xué)生的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生都得到最大限度發(fā)展的學(xué)科教育，著力做到在滿足促進(jìn)學(xué)生全面充分發(fā)展的同時(shí)又滿足“層次性”要求；根據(jù)維果茨基最近發(fā)展區(qū)理論，教學(xué)必須超越學(xué)生已有水平，走在發(fā)展的前面[4]120，因此教學(xué)素材選擇、組織、表達(dá)要為創(chuàng)設(shè)最近發(fā)展區(qū)服務(wù)．

從初中的定性、具體、感性到高中的定量、抽象、理性，物理課程跳躍很大.

高一是學(xué)生的抽象邏輯思維由經(jīng)驗(yàn)型向理論型水平轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵期，到了高二這種轉(zhuǎn)化初步完成[4]118.但剛?cè)雽W(xué)的高一學(xué)生的抽象思維在很大程度上還屬于經(jīng)驗(yàn)型，他們的抽象邏輯思維需要感性經(jīng)驗(yàn)的直接支撐，因此，在高一要搞好高中與初中課程銜接，促進(jìn)學(xué)生由經(jīng)驗(yàn)型向理論型水平轉(zhuǎn)化．

加速度是在研究落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)提出來的，當(dāng)時(shí)還沒涉及減速運(yùn)動(dòng)．關(guān)于“自由落體”整個(gè)概念形成過程中，一共有6次重要進(jìn)展．學(xué)者研究表明，學(xué)生與物理學(xué)家共同體掌握“自由落體運(yùn)動(dòng)”都經(jīng)歷了漸進(jìn)期、高原期和突變期[5]，因此，加速度概念的教學(xué)不能一步到位，它必須經(jīng)過一系列的漸進(jìn)式學(xué)習(xí)與問題解決才能完成．

由于學(xué)生物理學(xué)習(xí)的進(jìn)程與人類研究物理學(xué)的進(jìn)程相似，這就要求教育者在給學(xué)生引入新科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容之前，必須搞清歷史上科學(xué)家探索內(nèi)容的過程、遇到的困難和怎樣克服這些困難的，搞清科學(xué)發(fā)展過程中與該學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的各種錯(cuò)誤的前科學(xué)概念、觀念，為學(xué)生設(shè)計(jì)出能夠經(jīng)歷科學(xué)探究活動(dòng)和過程的課程實(shí)施計(jì)劃和結(jié)構(gòu).基于此，《新概念高中物理讀本·第1冊(cè)》[6]第一章“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)”前五節(jié)分別是：“過程 變化率及其圖解表示、運(yùn)動(dòng)及其時(shí)空描述、速度 加速度、質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)、矢量”，這樣既先補(bǔ)充了學(xué)生數(shù)學(xué)方面準(zhǔn)備的缺陷，又為化解平均速度、瞬時(shí)速度和加速度的教學(xué)難點(diǎn)做好了鋪墊，針對(duì)單向的直線運(yùn)動(dòng)來定義速度，與初中物理很好地銜接起來，淡化了位移、速度和加速度的矢量性，其編排思路與思想值得我們感悟與借鑒．

關(guān)于加速度，在不同的學(xué)習(xí)階段，解決的主要問題不同，見表1．

在課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于《運(yùn)動(dòng)的描述》學(xué)習(xí)中，筆者認(rèn)為學(xué)生至少需跨越四個(gè)臺(tái)階：描述位置變化——矢量的臺(tái)階、平均速度——等效的臺(tái)階、描述速度變化快慢——比值定義法的臺(tái)階、用圖像描述運(yùn)動(dòng)信息——圖像物理意義的臺(tái)階.而在加速度的學(xué)習(xí)過程中均會(huì)涉及這四個(gè)臺(tái)階，跨過了這四個(gè)臺(tái)階，才能避免新入學(xué)就出現(xiàn)物理學(xué)業(yè)上的新兩極分化．

粵教版必修1先重點(diǎn)搞懂加速到某一速度和由某一速度減小到0，至于由某一速度先減小到0后再反向加速類的問題，粵教版將其納入必修2“豎直方向的拋體運(yùn)動(dòng)”中重點(diǎn)解決．粵教版的編排，更有助于分解加速度的學(xué)習(xí)臺(tái)階．

二、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生一般生活經(jīng)驗(yàn)相適切

學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)是課程教材開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)，生活經(jīng)驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容中主要體現(xiàn)為素材選擇和情境創(chuàng)設(shè)，選擇教學(xué)素材、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境需要遵循目的性、真實(shí)性、多樣性、均衡性四個(gè)原則.評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生一般生活經(jīng)驗(yàn)的適切性也要從四個(gè)原則出發(fā)，使教學(xué)素材的選擇和學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)不明顯偏向某個(gè)群體，做到與學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的密切相關(guān)、與學(xué)生日常生活中經(jīng)歷的或者所聞所見的現(xiàn)象等生活經(jīng)驗(yàn)真實(shí)相符、與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的多樣性相連．

各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的重要性，物理教學(xué)特別強(qiáng)調(diào)凸顯從生活走向物理，強(qiáng)調(diào)情境創(chuàng)設(shè)的生活性，努力做到“復(fù)雜問題簡單化，簡單問題理性化，理性問題具體化”．教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有利于引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)探索知識(shí)的發(fā)生與發(fā)展．提供給學(xué)生的素材是越貼近學(xué)生生活、聯(lián)系社會(huì)實(shí)際等越熟悉越典型的素材越適切.素材過多會(huì)淹沒物理問題的主題和本質(zhì)，關(guān)鍵要對(duì)展示的素材進(jìn)行深度挖掘，盡量用情境熟悉、現(xiàn)象典型、源于生活的素材凸顯物理問題的本質(zhì)．高一學(xué)生積累了豐富的運(yùn)動(dòng)素材，如有觀察飛機(jī)飛過上空的感覺、騎自行車上坡減速（下坡加速）體驗(yàn)、跑步起跑加速的經(jīng)歷、公交車啟動(dòng)與剎車（緩緩進(jìn)站與緊急剎車）等乘車的經(jīng)歷與體驗(yàn)、乘坐扶梯（電梯）的經(jīng)歷與體驗(yàn)、觀察到摩托車比卡車啟動(dòng)快.引用看似熟悉的素材，如從電視里才能間接感知火箭發(fā)射、賽車的啟動(dòng)用于教學(xué)，效果不會(huì)很好，而對(duì)大多數(shù)農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生而言，通過電視也很難感知火車加速、飛機(jī)降落，人教版必修1編入了“汽車和火車的速度都在增加，但速度增加的快慢不一樣”的素材，其均衡性弱，并不適合于大多數(shù)學(xué)生．而粵教版利用“飛機(jī)勻速飛行、汽車從靜止啟動(dòng)、運(yùn)動(dòng)員沖刺后的速度變化”三個(gè)素材較好地凸顯了素材應(yīng)用的目的性、真實(shí)性、多樣性和均衡性．

表1

三、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生具體學(xué)科思維特點(diǎn)相適切

評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容總是與具體學(xué)科相關(guān)，不同具體學(xué)科具有自身的（信息加工、理解、記憶和交流有關(guān)的心理活動(dòng)）學(xué)科思維特點(diǎn).同時(shí)，與一般認(rèn)知能力一樣，具體學(xué)科思維發(fā)展也表現(xiàn)出一般性和個(gè)體差異性，同時(shí)按照維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論，也要考慮到發(fā)展性.因此，教學(xué)內(nèi)容與具體學(xué)科思維特點(diǎn)適切性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也從“基礎(chǔ)性、層次性和發(fā)展性”等三個(gè)方面進(jìn)行：基礎(chǔ)性指教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該符合相應(yīng)學(xué)科大多數(shù)學(xué)生的學(xué)科思維特點(diǎn)；層次性指教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該考慮到相應(yīng)學(xué)科不同學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn)的個(gè)體差異；發(fā)展性指教學(xué)內(nèi)容要為相應(yīng)學(xué)科不同思維水平的學(xué)生均預(yù)留發(fā)展空間.

思維是智力與能力的核心，物理思維是物理智力活動(dòng)的核心.物理思維不僅具有抽象性，而且具有形象性，形象思維是物理思維的先導(dǎo)，抽象思維是物理思維的核心，在具體的物理思維中往往兩種思維同時(shí)并存，并且相互作用、相互補(bǔ)充[7].高中物理研究對(duì)象多，動(dòng)態(tài)思維多，理想模型多，所涉及的研究對(duì)象和研究過程多是利用理想化的方法建立理想化的研究對(duì)象和理想化的研究過程．因此，應(yīng)在初中學(xué)生已有的初步分析、概括能力的基礎(chǔ)上，突出抽象、概括，以及科學(xué)推理能力的培養(yǎng)．

四、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生具體學(xué)科先備知識(shí)技能相適切

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生具有豐富的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，往往能夠借助已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的認(rèn)知能力，對(duì)某些沒有見過的問題形成合乎邏輯的假設(shè)，并做出某種解釋．在教育教學(xué)中應(yīng)該將學(xué)生已經(jīng)具有的先備知識(shí)技能作為新內(nèi)容的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新知識(shí)技能．因此，組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要事先了解學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，幫助學(xué)生加強(qiáng)新舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系．

高一開始就是運(yùn)動(dòng)學(xué)，涉及六個(gè)物理量和大量矢量，數(shù)學(xué)跟不上，且物理學(xué)習(xí)中的矢量、斜率、三角函數(shù)、幾何都是先于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)．“位移”“平均速度”的概念與初中所獲得“路程”“速度”是標(biāo)量這一前概念有較大的思維跨度.接著還要跨越“瞬時(shí)速度”和“加速度”的門檻，整章難度極大.高中與初中物理對(duì)應(yīng)的物理量（概念）的主要差異見表2．

弄清為什么要引入平均速度，對(duì)把握平均速度學(xué)習(xí)的難度與廣度非常重要．事實(shí)上，對(duì)于非勻變速以外的曲線運(yùn)動(dòng)，平均速度是不能描述物體運(yùn)動(dòng)的平均快慢的.筆者認(rèn)為高中階段學(xué)習(xí)平均速度主要基于以下六點(diǎn)：一是為粗略地描述物體空間位置變化快慢的需要；二是理解瞬時(shí)速度概念的需要；三是求瞬時(shí)速度的需要；四是推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移－時(shí)間公式；五是理解s-t圖像圖線割線和切線斜率的需要；六是研究勻變速運(yùn)動(dòng)的需要．其中前四個(gè)需要是基本需要．

弄清為什么要引入（平均）加速度，同樣非常重要.筆者認(rèn)為高中階段學(xué)習(xí)平均加速度主要基于以下五點(diǎn)：一是描述速度變化快慢的需要；二是理解瞬時(shí)加速度概念的需要；三是理解v-t圖像圖線割線和切線斜率的需要；四是研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的需要；五是研究勻變速曲線運(yùn)動(dòng)的需要.其中前四個(gè)需要是基本需要．

學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)的描述時(shí)的主要思維障礙是相關(guān)概念的干擾.一是在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，學(xué)生常常不能區(qū)分相鄰、相近的物理概念，如速度、加速度，考試中僅30%左右的學(xué)生能正確區(qū)分速度和加速度的概念.二是前科學(xué)概念的干擾，如初中《怎樣比較運(yùn)動(dòng)的快慢》學(xué)過的速度對(duì)高中《運(yùn)動(dòng)快慢的描述》平均速度概念的干擾.學(xué)生對(duì)“加速”一詞已有的認(rèn)識(shí)，對(duì)正確理解加速度的概念會(huì)起干擾作用，為了防止“加速”對(duì)理解加速度帶來困惑，筆者在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)加速度的定義有意強(qiáng)調(diào)，加速度也叫作速度的變化率，并在板書中著力凸顯，即

由于“加速度”的內(nèi)容編在“力學(xué)”之前，因此，對(duì)加速度矢量性的認(rèn)識(shí)就更困惑.各版本對(duì)加速度為什么有方向均沒說清楚.筆者認(rèn)為加速度矢量性教學(xué)可像《新概念高中物理讀本》一樣，先淡化處理，事實(shí)上伽利略當(dāng)時(shí)研究落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律提出加速度的概念時(shí)，并沒有意識(shí)到加速度是矢量.也可按以下四步解決：第一步，設(shè)計(jì)問題串：一物體靜止在水平面上，以加速度1m/s2做勻加速運(yùn)動(dòng)，10s后的速度是多大？若不指明加速的方向，能判斷10s末物體的運(yùn)動(dòng)方向嗎？若向東加速，則10s末物體向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？第二步，引導(dǎo)學(xué)生得出加速度不僅有大小，還有方向，是矢量；第三步，再以直線運(yùn)動(dòng)為例，說明加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)加速度的方向與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系；最后，用人教版的素材，分析速度變化的方向與加速度方向的關(guān)系.

表2

［1］王曉麗，等.教材適切性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的理論及實(shí)證研究［J］.課程·教材·教法，2014（10）：40.

［2］趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程·力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006：18．

［3］中華人民共和國教育部師范司.運(yùn)動(dòng)學(xué)［M］.北京：人民教育出版社，1999：22-23．

［4］李秉德.教學(xué)論［M］.北京：人民教育出版社，1991．

［5］母小勇，馬娜.學(xué)生與物理學(xué)家共同體概念形成過程相似性［J］.課程·教材·教法，2015（3）：73．

［6］趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本（第一冊(cè)）［M］.北京：人民教育出版社，2006：1-35.

［7］田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996：15.

*中國教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)2013~2016年全國物理教育科研重點(diǎn)課題《教學(xué)內(nèi)容與普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的適切性研究；廣東省教育研究院2014年度教育研究立項(xiàng)課題《基于粵教版高中物理教材評(píng)價(jià)與教材教學(xué)的研究》，課題編號(hào)：GDJY-2014-A-b301.