基于物理核心素養(yǎng)的“速度變化的快慢——加速度”教學(xué)設(shè)計

趙真真　張樹東

摘要：以“加速度”一節(jié)為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，教學(xué)過程包含概念引入、概念形成、概念應(yīng)用、概念反饋四個階段。從Dislab傳感器實驗入手，運用了類比、推理、綜合分析、歸納總結(jié)等多種科學(xué)探究方法，旨在讓學(xué)生深刻的理解并牢固掌握加速度這一重要概念，培養(yǎng)其物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);加速度;教學(xué)設(shè)計;探究

中圖分類號：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號：1674-9324（2019）13-0177-02

核心素養(yǎng)是2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的新概念，如何在中學(xué)教學(xué)中體現(xiàn)這一新概念，完成對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，成為教學(xué)設(shè)計的熱點之一。

一、概念引入：基于先行組織者和最近發(fā)展區(qū)，創(chuàng)設(shè)物理情景，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師：據(jù)調(diào)查，車速從0加速到100 km/h，普通汽車用時5.6s，跑車用時4.4s。哪種車的性能好呢？

學(xué)生：跑車。

教師：為什么呢？它們的速度變化不是一樣的嗎？

學(xué)生：速度變化相等，但是加速所需要的時間不同。

教師：那么我們是不是可以用一個物理量來衡量車的加速性能的好壞呢？首先我們回顧一下上節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，速度是描述物體運動快慢的物理量，那速度的變化快慢用什么來描述呢？

學(xué)生：加速度。

二、概念形成：實驗探究和理論探究相結(jié)合，促使學(xué)生形成概念

1.實驗探究：基于物理學(xué)核心思想和方法，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計并完成探究實驗，強(qiáng)調(diào)過程的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性，促成學(xué)生合作學(xué)習(xí)。

教師：如何通過實驗來尋找勻變速運動中的“不變量”呢？

學(xué)生：設(shè)計實驗。

實驗裝置：小車、Dislab力學(xué)軌道、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、筆記本電腦。

實驗原理：類比速度的特點，猜想勻變速運動中Δυ/Δt不變，即■=■=■=…=■。

實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，勻變速運動中的Δυ/Δt不變。

教師充分發(fā)揮主導(dǎo)性作用，引導(dǎo)學(xué)生自主提出猜想，設(shè)計實驗，相互合作操作實驗，通過分析處理，找到不變量，驗證了猜想的正確性。他們親手經(jīng)歷了整個過程，肯定了自己的猜想，這可以增強(qiáng)其自信心，大大激發(fā)學(xué)生的求知欲和積極性。通過對所學(xué)知識的靈活運用，用科學(xué)的思想和方法來進(jìn)行實驗探究，這才是真正的科學(xué)探究過程。

2.理論探究：“加速度”的物理意義。

（1）充分利用課堂資源，將學(xué)生所做實驗得到的數(shù)據(jù)做成圖表。表1是利用Dislab傳感器測得運動小車的速度—時間關(guān)系實驗數(shù)據(jù)。通過圖表的比較分析，感受“加速度”的物理意義。

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行思考：①小車運動的變化趨勢不同，有加速和減速，但其變化的方式相同。每一次實驗的小車運動速度都是保持著一個“不變量”在變化。②由表1數(shù)據(jù)可得出三次小車運動中的不變量分別是0.35、0.06、0.32，即小車的速度在單位時間內(nèi)的變化分別是0.35 m/s、0.06 m/s、0.32 m/s。

對學(xué)生實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析和比較，設(shè)計提問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。即使在運動狀態(tài)不同的情況下，小車各自保持著自身的“不變量”而以相同的方式變化著。通過此過程，既可以培養(yǎng)學(xué)生處理問題的能力和分析、比較的能力，又可以讓學(xué)生對“加速度”這個概念有更加深刻、細(xì)致的體會。

（2）將學(xué)生所做實驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像模擬，如圖1的x-t圖像和圖2的υ-t圖像所示，通過圖像的類比分析，得到“加速度”的物理意義。

x-t圖像：圖像的斜率為Δx/Δt，即速度υ的物理意義是描述物體運動的快慢。υ-t圖像：圖像的斜率為Δυ/Δt，可以得到速度的變化量恒定，即圖像的斜率就是我們一直尋找的勻變速運動中的加速度。通過類比，大膽猜想υ-t圖像的斜率就是加速度，運用實驗數(shù)據(jù)處理最常用的一種方法——圖像法來處理學(xué)生得到的實驗數(shù)據(jù)，以此驗證猜想，進(jìn)而探究加速度的物理意義，幫助其更加直觀、理性的體會加速度的物理意義。在整個探究過程中，經(jīng)過綜合分析、邏輯推理、類比分析的思維過程，學(xué)生從簡單到復(fù)雜、從抽象到具體、由淺到深、從感性到理性的認(rèn)識過程，充分運用了高中物理的各種知識點，鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力，學(xué)以致用，靈活運用所學(xué)知識。學(xué)生不僅記住了加速度的公式，還加深了對加速度的理解。

三、概念應(yīng)用：通過處理實際問題，深層次的理解了加速度的物理意義

題一：某物體做勻減速直線運動，10s內(nèi)速度由20 m/s減為10 m/s，問10s內(nèi)物體的速度變化和加速度。

題二：某物體做勻加速直線運動，10s內(nèi)速度由0增加到100 m/s，問10s內(nèi)物體的速度變化和加速度。

題三：小球以2 m/s的初速度向右勻速運動，碰到障礙物反彈回來，期間經(jīng)過0.1s，小球以1 m/s的速度向左運動。問小球的速度變化和加速度。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析提干，得出表2所示的數(shù)據(jù)。

參照表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下思考辨析：

思考1：速度大的，速度變化量一定大嗎？速度小的，速度變化量一定小嗎？

思考2：速度大的，加速度一定大嗎？速度小的，加速度一定小嗎？

思考3：速度變化量大的，加速度一定大嗎？速度變化量小的，加速度一定小嗎？

思考4：速度變化率大的，加速度一定大嗎？

思考5：加速度大，速度變化得越快嗎？

思考6：速度方向、速度變化量方向和加速度方向之間存在著什么樣的關(guān)系呢？

利用生活中的實際問題，層層設(shè)問。學(xué)生通過解決問題，應(yīng)用得到的結(jié)果處理生活中的實際問題，一方面加深學(xué)生對知識的理解，使學(xué)生對概念的理解由感性的認(rèn)知到理性的建構(gòu)，再由理性的建構(gòu)到具體的深化，真正完成概念的內(nèi)化過程。

四、概念反饋

基于建構(gòu)主義所提出的學(xué)習(xí)共同體的理論，讓學(xué)生進(jìn)行小組討論的教學(xué)反饋，在以討論的教學(xué)反饋的方式中實現(xiàn)對新概念的內(nèi)化與升華

1.在日常生活中，哪些情況下能親身體驗加速度？試舉例說明。

2.西方國家交通管理部門為了交通安全，特制定了死亡加速度500g（g為重力加速度）這一數(shù)值，以醒世人。意思是如果行車加速度超過此值，將會有生命危險。為什么臨界值會是500g而不是其他值呢？

3.有興趣的同學(xué)可以課下搜索下，還有哪些方面用到了加速度。

通過學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間的雙向互動，讓學(xué)生們從不同視角、不同側(cè)面去進(jìn)一步完善對概念的建構(gòu)。學(xué)生感受到課堂上所學(xué)的知識原來這么貼近生活，達(dá)到學(xué)以致用的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]居殿兵，郭如松.PCK理論指導(dǎo)下的“速度變化快慢的描述——加速度”教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2016，34（12）：66-69.

[2]姜志超.應(yīng)用DIS實驗與傳統(tǒng)實驗的比較研究及教學(xué)實踐[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2017.

Teaching Design of "Speed and Slow-acceleration" Based on Physics Core Literacy

ZHAO Zhen-zhen，ZHANG Shu-dong

（School of Physical Engineering，Qufu Normal University，Qufu，Shandong 273165，China）

Abstract：Taking "acceleration" as an example，the teaching process includes four stages：concept introduction，concept formation，concept application and concept feedback.Starting with the experiment of Dislab sensor，this paper uses many scientific inquiry methods，such as analogy，reasoning，comprehensive analysis，summing up and so on，in order to enable students to deeply understand and firmly grasp the important concept of acceleration，and to cultivate their core accomplishment in physics.Lay the foundation for the students' lifelong development.

Key words：core accomplishment;acceleration;instructional design;inquiry