旨在踐行物理核心素養(yǎng)的《速度變化的快慢加速度》教學(xué)設(shè)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(guī)和非常規(guī)物理科學(xué)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(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科思維方式和科學(xué)探究能力以及嚴(yán)謹(jǐn)、求真、求實的科學(xué)態(tài)度，提升學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：速度變化快慢；加速度；探究；物理科學(xué)方法；物理核心素養(yǎng)

1教學(xué)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(xué)設(shè)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(shù)據(jù)及結(jié)論：

在實驗誤差允許范圍內(nèi)，勻變速運動中的Δv/Δt是不變的.

學(xué)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(fā)了他們求知的熱情和積極性.只有這種在科學(xué)家思想引領(lǐng)下的科學(xué)探究的真過程，讓學(xué)生模仿科學(xué)家的工作方式來思考問題、研究問題，才是真正的科學(xué)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(jié)合，層層設(shè)問，逐步引導(dǎo)學(xué)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(yǎng)學(xué)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(guān)系，使學(xué)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(xué)會在比較中找到真知的物理科學(xué)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(zhì)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(jīng)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(xué)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(rèn)識過程，為剛剛進入高中階段的學(xué)習(xí)提供了模板式的認(rèn)知思路和方法.經(jīng)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(qū)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(qū)別.

例1一輛汽車從靜止開始啟動，經(jīng)過20s后，速度變?yōu)?00m/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(jīng)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(jīng)（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(nèi)的速度變化量是多少？加速度是多少？

通過表2，羅列出學(xué)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(xué)生經(jīng)過親自運算，應(yīng)用這些數(shù)據(jù)針對設(shè)定的不同問題，進行分類比較，讓他們在自己營造的熟悉環(huán)境和情境里進行探究，既可以清楚地區(qū)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(jié)論所帶來的滿足感.

124探究相似物理量方向的關(guān)系，從矢量角度理解加速度的物理意義

①依據(jù)運算結(jié)果的正負，探究a與v、Δv方向關(guān)系.

根據(jù)表3中的正負對應(yīng)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(lián)系，而a與Δv的方向總是相同的結(jié)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(xué)生充分尊重事實，依據(jù)親自運算的結(jié)果觀察、分析、比較、推理，抽象出有價值和有意義的結(jié)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(guān)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(guān)系，從而得出a與v的方向關(guān)系. 再通過幾何畫板自制的矢量圖的動態(tài)變化程序來演示加速、減速、速度反向的連續(xù)變化過程，使各種直線運動中的a與v的方向關(guān)系渾然一體，一目了然.在前面幾節(jié)剛剛學(xué)了矢量和矢量運算的基礎(chǔ)上，運用矢量圖將易混淆、懵懂、錯誤認(rèn)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(chǔ)，也讓學(xué)生對矢量的認(rèn)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(jīng)歷一系列探究過程后，又回到起點，讓學(xué)生根據(jù)親自運算的數(shù)據(jù)建立圖象，找到加速度——圖線的“斜率”.通過傾斜程度的比較，學(xué)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(xué)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(yǎng)他們應(yīng)用數(shù)學(xué)手段解決物理問題的能力和良好的科學(xué)素養(yǎng).

126在自身感覺中體會加速度

游客乘坐各種游樂設(shè)施經(jīng)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(xué)生強烈地感受到加速度是真實存在的.學(xué)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(wù)生活”，增強了他們熱愛生活的熱情和學(xué)習(xí)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(yīng)用在軍事領(lǐng)域.通過加速度與加加速度的類比，旨在幫助學(xué)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(fā)學(xué)生的課后深思.

2教學(xué)設(shè)計說明

在物理學(xué)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(yīng)強度、感應(yīng)電動勢等等.“難”的原因是這類物理量是由兩個比較簡單、學(xué)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(lián)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(jié)課采用探究式課堂教學(xué)模式，即“探究——體驗——內(nèi)化——外延”的物理課堂教學(xué)模式，從生活實際出發(fā)，多方面多角度引導(dǎo)學(xué)生進行探究，把抽象的“加速度”概念生活化、直觀化，使學(xué)生逐步建立“速度變化快慢”的觀點，是這節(jié)課設(shè)計的指導(dǎo)思想和核心.首先依據(jù)學(xué)生猜想，利用生活中的斜面，由學(xué)生親自操作進行實驗探究，找到“不變量”；然后在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過例題表格中多組實驗數(shù)據(jù)的比較、物理圖象的類比、矢量圖的靜、動態(tài)分析、借助于生活實例區(qū)分相似物理量的多種角度的結(jié)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(xué)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(fā)和點撥指導(dǎo)，讓學(xué)生“像科學(xué)家一樣思考”，培養(yǎng)學(xué)生熱愛生活、學(xué)會觀察生活的品質(zhì)，提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力.

參考文獻：

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