“速度變化快慢的描述-加速度”說課

毛艷玲　才立剛　梁吉峰

摘 要：以“速度變化快慢的描述-加速度”為整體設(shè)計方案，從單元教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動等方面進(jìn)行分析探究，旨在物理科學(xué)方法指導(dǎo)下踐行物理核心素養(yǎng)的“速度變化快慢的描述-加速度”教學(xué)設(shè)計分析，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)思維方法抽象事物本質(zhì)屬性的意識和提高區(qū)分事物能力、抽象思維能力，幫助學(xué)生領(lǐng)會人類探索自然現(xiàn)象的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度，認(rèn)識加速度概念建立對人類認(rèn)識世界的意義.

關(guān)鍵詞：速度變化快慢;加速度;抽象思維;科學(xué)精神;科學(xué)態(tài)度

文章編號：1008-4134（2019）19-0033中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 單元教學(xué)內(nèi)容分析

1.1 加速度a≠0（速度變化）

（1）a大：速度變化快.

①a、v同向：加速直線運動，速度增加快，位移增大;②a、v反向：減速直線運動，速度減小快，位移可能增大，也可能減小.

（2）a小：速度變化慢.

①a、v同向：加速直線運動，速度增加慢，位移增大;②a、v反向：減速直線運動，速度減小慢，位移可能增大，也可能減小.

1.2 加速度a=0（速度不變）

勻速直線運動，速度可以大，也可以小，位移增大.

1.3 加速度概念構(gòu)建的價值分析

（1）培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)思維方法抽象事物本質(zhì)屬性的意識和提高區(qū)分事物能力、抽象思維能力;

（2）幫助學(xué)生領(lǐng)會人類探索自然現(xiàn)象的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度，認(rèn)識加速度概念建立對人類認(rèn)識世界的意義.

2 學(xué)習(xí)者分析

2.1 知識準(zhǔn)備方面

學(xué)生在初中學(xué)習(xí)了路程—時間圖象表示速度，用圖線“傾斜程度”或者是否靠近路程軸來比較速度大小;本單元學(xué)習(xí)了矢量，第三節(jié)速度和第四節(jié)實驗進(jìn)一步學(xué)習(xí)了用位移—時間圖象表示速度，用x/t大小或圖線傾斜程度表示速度大小，雖然都沒有提及“斜率”這個詞，但是數(shù)學(xué)課上已經(jīng)學(xué)習(xí)過斜率概念，并不陌生.在第三節(jié)速度學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)用比值法定義速度，接觸了“變化率”概念，但是學(xué)生對其并沒有太多的認(rèn)識和體會，對于變化快慢僅僅是感性認(rèn)識.

2.2 技能準(zhǔn)備方面

學(xué)生在初中經(jīng)歷過電學(xué)、幾何光學(xué)實驗的訓(xùn)練，具備基本的實驗技能和分析實驗數(shù)據(jù)的能力.

2.3 思維準(zhǔn)備方面

剛剛進(jìn)入高中的學(xué)生，處于形象思維向理性思維過渡、轉(zhuǎn)化的階段.在運用抽象思維構(gòu)建質(zhì)點、位移、速度概念的過程中，基本是從定性角度去認(rèn)識.

3 學(xué)習(xí)目標(biāo)確定

（1）通過演示實驗和類比方法，能初步理解加速度的物理意義.

（2）通過典型情境實例及有向線段定量的分析，能區(qū)分三個相似的概念;并通過自身感覺和對身邊物理現(xiàn)象的深刻分析，能體會和區(qū)分速度、速度變化量、加速度.

（3）通過典型物理情境的進(jìn)一步分析，能通過v-t圖象表示加速度.

（4）通過微課能意識到追尋不變量和探究變化率的物理意義，并且通過圖表法和作圖法，能體會和理解該不變量的物理意義.

（5）通過從速度一時間圖象的角度看物體的加速度，能通過“看”傾斜直線的“陡度”比較加速度大小，在實踐中學(xué)會應(yīng)用數(shù)據(jù)和圖線等數(shù)學(xué)方法求加速度.

（6）通過視頻和實驗，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的熱情和探索精神，并理解加速度概念的建立對人類認(rèn)識世界的意義，培養(yǎng)區(qū)分事物的能力和抽象思維能力.

（7）培養(yǎng)基于典型實例的交流和共享、主動與他人合作，勇于發(fā)表自己的主張，敢于放棄自己的錯誤觀點的科學(xué)精神.

4 教學(xué)重點和難點

教學(xué)重點：

（1）加速度的概念及物理意義.

（2）速度、速度變化量、速度變化率的區(qū)別.

（3）利用圖象來分析加速度的相關(guān)問題.

教學(xué)難點：

（1）理解加速度的概念，建立變化率的思想.

（2）速度的變化量與加速度方向關(guān)系.

5 學(xué)習(xí)活動設(shè)計

5.1 環(huán)節(jié)一：新課引入

5.1.1 PPT展示科學(xué)家對于運動本質(zhì)追尋歷程

不了解運動就不了解自然（亞里士多德）→理解自然科學(xué)的最終目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)不再變化的原因（亥姆赫茲）→科學(xué)只能去尋找其中不變的東西.對于守恒量的追尋不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向（勞厄）.

運動模型：小車沿斜面加速下滑.

猜想：小車的運動是否存在不變量？

5.1.2 實驗探究尋找“不變量”

（1）猜想

針對猜想中的Δv /Δs，老師說明其復(fù)雜性，暫時不做研究.

（2）實驗

①實驗裝置（如圖1）

說明用擋光片通過光電門的平均速度代替瞬時速度的思路.

②建立表格（見表1）.

③實驗操作（學(xué)生操作）：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗.

④顯示實驗數(shù)據(jù)：

屏幕只能同時顯示一臺電腦記錄的數(shù)據(jù).

問題：對實驗數(shù)據(jù)做怎樣的評價分析？

（3）結(jié)論

（4）感受“不變量 Δv/Δt”

（5）定義“不變量”—加速度

思考：三組數(shù)據(jù)描述的運動有哪些方面是不同的？在這些不同中又有著怎樣的相同？

活動意圖說明：

對于生活中的變速運動，學(xué)生更多的關(guān)注運動的快慢，而加速度深深隱藏在速度變化中，學(xué)生接觸相關(guān)的現(xiàn)象并不多，如果直接“挖”出來，恰恰錯過了構(gòu)建加速度的體驗過程，不利于理解加速度概念.由于小車沿斜面下滑運動中，熟悉的運動學(xué)量比較多，再加上學(xué)生對速度的變化率了解很少，所以猜想難度較大.通過展示科學(xué)家對于運動本質(zhì)追尋歷程，讓學(xué)生堅信存在“不變量”;小組討論可以集思廣益，通過討論在肯定與否定中彼此發(fā)掘思路，甚至可以猜想出幾個可能的不變量，初步建立不變的意識，增強(qiáng)好奇心，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性.演示實驗可以針對真實的運動模型，使探究具有客觀性、指向性，會增強(qiáng)學(xué)生的探究欲望和興趣.

學(xué)生經(jīng)歷探究過程，對不變量的認(rèn)識從感性認(rèn)識逐步上升到理性認(rèn)識，為加速度概念的理論探究奠定基礎(chǔ).

由于重點讓學(xué)生體驗加速度概念構(gòu)建的過程及傳感器定向探究的特點，所以直接給出實驗方法，沒有讓學(xué)生設(shè)計實驗方案.

5.2 環(huán)節(jié)二：新課教學(xué)

理論探究加速度物理意義：

（1）利用圖象直觀對比

v-t 圖象與x-t 圖象相類比（圖2）.

問題：v-t 圖象斜率的物理意義是什么？斜率又等于什么？

（2）相似物理量v、Δv、Δv/Δt的辨析

①定性比較——生活實景（兩車啟動和剎車過程）中感受速度變化快慢.

問題：1.速度大的，速度變化快？

2.速度大的，速度變化量一定大？

3.速度變化量大，速度變化快？

②定量比較——“圖表法”（見表2）.

問題：1.速度大的，加速度一定大？反之？

2.速度大的，速度變化量一定大？反之？

3.速度變化量大，加速度一定大？反之？

4.加速度大，速度變化的一定快？反之？

5.速度變化率大，加速度一定大？

③結(jié)論：v大，a可以大也可以小; Δv 大，a可以大也可以小.即：a與v、Δv大小無必然聯(lián)系.

（3）加速度方向

①定性討論：

依據(jù)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行比較.

結(jié)論：加速直線運動中a、v同向，減速直線運動中a、v反向;a、Δv同向.

②定量探究：

利用有向線段矢量動態(tài)圖和數(shù)學(xué)方法，以v方向為橋梁，定量理論探究a、v的方向關(guān)系（不同方法得到相同的結(jié)論）.

加速度物理意義（方向角度）：描述速度變化的方向.

（4）感受加速度

①從v-t圖象看加速度.

引導(dǎo)學(xué)生明確：圖線上的縱坐標(biāo)對應(yīng)某時刻速度;兩點縱坐標(biāo)之差對應(yīng)速度變化量;縱坐標(biāo)之差與橫坐標(biāo)之差的比值是加速度.顯然三個量的含義是不一樣的.

②感受加速度——人的表情反映，如圖4所示.

③從生活現(xiàn)象區(qū)別速度和加速度.

飛機(jī)飛得巨快; 汽車的加速度性能是汽車的一個重要參數(shù)，有人說，我這車好，啟動快; 獵豹全速追及羚羊; 在百米賽跑中，我們常常說某某同學(xué)素質(zhì)好，有很好的爆發(fā)力，起跑快.

活動意圖說明：

加速度是比值定義的物理量，是高中階段非常難懂和抽象的概念之一，是之前學(xué)習(xí)了質(zhì)點、位移、速度基礎(chǔ)上一個較大的知識跨度.

探究過程安排三次小組討論：

（1）舉出生活中特殊實例定性比較v、Δv、Δv/Δt大小關(guān)系并不難，安排小組討論目的是引導(dǎo)他們注意觀察生活現(xiàn)象，養(yǎng)成生活現(xiàn)象與物理知識結(jié)合的習(xí)慣.

（2）在對典型實例定量分析比較探究v、Δv、Δv/Δt大小關(guān)系時，老師給出5個討論的問題，讓學(xué)生有針對性思考.通過小組討論，學(xué)生互相交流，能進(jìn)行精細(xì)分析比較，全面、透徹，促進(jìn)加速度概念的理解，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度.

（3）探究加速度大小、方向、物理意義后，思考“哪些方法或現(xiàn)象可以直觀表現(xiàn)加速度？”

不但引出下一個環(huán)節(jié)，也讓學(xué)生在相對抽象的理論探究后能夠模仿課上的手段和研究方法理解加速度概念，并且通過學(xué)生間交流，發(fā)散思維方向，從各個方面展開討論，集思廣益，開闊學(xué)生視野，互相影響和激勵，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性和動力.

利用x-t圖象向v-t 圖象的轉(zhuǎn)換，是教學(xué)過程因素關(guān)聯(lián)的尋找，尋找圖象信息與加速度物理意義關(guān)系.學(xué)生在初中和本單元已經(jīng)接觸圖象表示速度，教師設(shè)置驅(qū)動鏈?zhǔn)絾栴}，讓學(xué)生在連貫的思維中，結(jié)合數(shù)理推理順利得出加速度物理意義.數(shù)學(xué)圖象和數(shù)學(xué)向量（有向線段）的運用，將物理問題轉(zhuǎn)化為對數(shù)學(xué)問題的處理，這也是本節(jié)課乃至本單元的一個重要思想，利用數(shù)學(xué)方法簡化對物理問題的理解困難.

通過探究得出a 與v的大小、方向均無必然聯(lián)系，必然會引起學(xué)生思考“加速度a大小、方向到底由什么決定呢？”為牛頓第二定律的學(xué)習(xí)埋下伏筆.

6 特色學(xué)習(xí)資源分析、技術(shù)手段運用說明

（1）實驗探究時，8個光電門可以在連續(xù)運動過程中定位8個位置的時刻，傳感器可以測出通過每個光電門和相鄰兩個光電門之間很短的時間（秒表不行）.這樣就可以得到小車通過每個位置的速度.

（2）利用兩輛車的運動比較速度變化快慢的想法，是因為通過圖象比較得出加速度物理意義后，學(xué)生會感覺加速度更抽象了，所以通過生活中常見的現(xiàn)象去直觀感受，心里就踏實了，也明白了什么是“速度變化快慢”.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017.

[2]楊森.高中物理說課的實踐研究[D].煙臺：魯東大學(xué)，2017.

（收稿日期：2019-07-22）