“學習進階”視角下“加速度”概念教學的實踐思考

汪海林 羅秋芳

摘 要：“加速度”這一重要概念的教學往往不是一次性能完成的，需要在不同的學習階段逐步深入。從“學習進階”的視角，從“創(chuàng)設問題情境，初步建構概念”“運用生動實例，理解概念內涵”“突出類比方法，辨析概念本質”“典型題例鞏固，豐富概念表象”四環(huán)節(jié)闡述“加速度”概念教學的進階過程，以實現(xiàn)“加速度”概念教學內容的有效重組和進階整合。

關鍵詞：學習進階；加速度；概念教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）2-0010-4

1 引 言

眾所周知，加速度是運動學中極為抽象的概念，“它是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念?！睂τ谶@樣一個抽象概念，不僅日常生活語言中沒有與加速度對應的詞語，而且在我們的感覺經驗中，與它有關的現(xiàn)象也不多，因此我們很難利用日常的感覺經驗來建立這個概念。另外，加速度作為速度矢量的變化率，需要用極限思想準確建立概念，這又增加了一層思維難度。因而，伽利略對加速度概念的首次提出有非同尋常的意義。著名哲學家羅素曾評價道：“加速度的基本重要性，也許是伽利略所有發(fā)現(xiàn)中最具有永久價值和最有效果的一個發(fā)現(xiàn)?！?/p>

2 學習進階理論簡介

近10年來，學習進階（Learning Progressions）逐漸成為西方科學教育界的研究熱點。美國國家研究理事會（NRC）將學習進階定義為“學習進階是對學生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述。在一個適當?shù)臅r間跨度下，學生學習和探究某一重要的知識或者實踐領域時，思維方式逐漸進階?！彼饕幸韵聨讉€特點：

（1）圍繞核心概念進行建構。比如“機械運動與相互作用”是物理學科的核心概念，位于學科的中心地位，而“加速度”是運動學的重要概念。

（2）依賴課程和教學，具有實證性。

（3）通過學習表現(xiàn)，呈現(xiàn)層級發(fā)展證據。

（4）進階路徑不是唯一的[1]。

根據學習進階理論，學習進階中間水平層次的學習往往代表學生的迷思概念，學生在此階段的學習有可能仍存在對概念的錯誤理解。因此，教師在教學過程中要關注學生對概念理解的發(fā)展過程，通過選擇合適的教學策略，促進學生完成概念轉變。從教學目標的確立開始，既要考慮進階終端，也要考慮進階始端。學習進階的始端即認知的起點，而終端則是認知的終點，即科學概念層次。從課程觀的角度看，教師在一節(jié)課中不可能完成由始端到終端的全部任務，而往往是完成其中的某個或某幾個階[2]。像加速度這種重要概念的教學不是一次性能完成的，需要在不同的階段不斷地深入。因而，對加速度的教學應有意識地形成縱向的系統(tǒng)進程，幫助學生建構并完善其概念。

3 “加速度”概念教學的實踐及思考

現(xiàn)行的人教版教材呈現(xiàn)“加速度”內容的順序主要是依據知識的邏輯結構以及難度。教材首先在運動學部分提出了“加速度”的概念，后在力學部分再次呈現(xiàn)，這誠然有教材編寫的固有特性的原因，但有間斷的痕跡，知識內容不連貫。而基于學習進階的教學內容組織采用“演進性模式”，以核心概念為主線，內容之間逐漸演進，更注重概念教學過程的整體性和連貫性。

本文遵循由淺入深、循序漸進的原則，根據學習進階理論，以直線運動為情境，就“加速度”概念的建立和深化重組教學內容，以實現(xiàn)教學內容的進階整合。

進階1：創(chuàng)設問題情境，初步建構概念。

播放摩托車、汽車、飛機從靜止開始啟動的比賽視頻。

師：通過觀看視頻，你們認為三者誰快？（學生看到的是一開始摩托車跑到前面，后來飛機飛在前面。）

生：飛機快！

師：但為什么一開始是摩托車跑到前面呢？

生：……（激發(fā)矛盾，引起認知沖突，促成后續(xù)思考。）

師：其實要回答誰快的問題，首先要搞清楚這里的“快”是指什么？如果指運動的“快”（速度），很顯然最終是飛機。但開始摩托車跑在前面，又是什么快呢？那是摩托車速度變化得快，即加速得快。

師：用哪些方法能比較出誰加速得快？（可引導學生回憶以前比較兩個物體運動快慢的兩種方法。）

生：第一種方法是相同時間看誰加速的多？

第二種方法是加速相同速度看誰用的時間少？

師：汽車速度從2 m/s加速到14 m/s，用時3 s；摩托車速度從4 m/s加速到28 m/s，用時4 s；飛機速度從2 m/s加速到14 m/s，也用時4 s。比較三者速度的變化快慢。

學生討論發(fā)現(xiàn)：汽車比飛機的速度變化快，摩托車也比飛機的速度變化快；但汽車與摩托車比，時間和速度增加量均不同，如何比較哪一個變化得快呢？學生討論并總結。

生：可以看平均每1秒內誰的速度增加得多，類似于以前比較速度大小可以看單位時間內誰的位移大。

師：在物理學中，表達式Δv/Δt表示速度變化的快慢，叫做速度變化率，用一個通過比值定義的重要物理量——加速度a來表示它。（進而給出加速度的單位和物理意義等。）

雖然學生對“加速度”概念有了初步的了解，但還僅僅停留在感性認識層次上。在教學實踐中要重視學生感性認識的發(fā)展，并且需要對概念進一步同化和順應，以幫助學生進行抽象和理解概念。

進階2：運用生動實例，理解概念內涵。

師：汽車都有一百公里加速時間的參數(shù)，請同學們看表1，說說它們的意義。

生：在速度變化量Δv相同的情況下，法拉利F430所需時間Δt最短，而紅旗世紀星2.4L所需時間Δt最長，可見法拉利加速性能（以Δv/Δt體現(xiàn)）最好。

師：請同學們填好表2，并回答相應問題。

點評 “加速度”是聯(lián)系運動學與動力學的重要紐帶，是力學中的重要概念。通過上面兩個例題可以看出，從概念的建立到運用蘊含了很多科學思維方法，如比值定義法、微元法、極限法、圖像法及控制變量法等。因此，利用典型的例題教學促使學生帶著概念走進問題情境中，在科學思維方法的引領下走出問題情境，從而豐富概念的表象。

4 結 語

學習進階是符合學生思維發(fā)展規(guī)律，圍繞核心概念由淺入深的進階過程。表現(xiàn)為學生在學習同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑[3]?；趯W習進階理論，以“加速度”概念教學為例，著重概念的構建、生成與完善，注重科學思維方法，以概念學習為路徑，促進概念教學的有效進階。

參考文獻：

[1]鄭曼瑤，張軍朋.“學習進階”的研究及其在物理教學中的應用[J].物理通報，2014（12）：2-6.

[2]翟小銘，郭玉英，李敏. 構建學習進階：本質問題與教學實踐策略[J].教育科學，2015（2）：47-51.

[3]呂含吟，邵韜. 如何應用“學習進階”改進高中物理教學設計[J].中學物理，2016（3）：68-69.

（欄目編輯 趙保鋼）