在“加速度” 概念教学中克服学习障碍的设计与策略

朱晓兵

(江苏省白蒲高级中学 江苏 南通 226511)

研究表明，概念是事物本质属性的抽象和反映.物理概念，是通过观察自然现象，创设科学实验，运用科学方法加以分析、推理、演绎、归纳，经历思维加工后从感性转化为理性，进而抽象概括出来的某一现象、过程的本质属性.物理概念既具备一般概念的特征，又具备物理学的学科特征.

(1)客观性.物理概念起源于物理现象、物理过程，离不开观察和科学实验.

(2)抽象性.物理概念经历了由现象到本质、由感性到理性的升华，是事物本质属性的概括反映，超越于具体的现象和过程.

(3)可测性.物理概念有其严格的定义，有的可以用数学公式来描述，不仅有其丰富的内涵，而且可以计算、可以测量.

(4)发展性.物理概念随着科技的进步、人类认识水平的提高，随着物理问题研究的深入，而不断丰富发展，如人们对“质量”这一概念的认知过程.

形成正确的物理概念，不仅是运用物理知识分析、解决物理问题的基础，而且对学生学习物理的兴趣、解决问题的思维方式都有着潜移默化的影响.不少教师在教学中不重视物理概念的引入、形成.那么，物理概念学习的障碍有哪些？我们应该采取什么样的教学策略？本文试以“加速度”概念教学设计为例与大家一同探讨.

1 物理概念学习的障碍

1.1 感性材料积累不足

物理概念来自于自然现象和过程，想要正确理解概念的内涵，必须积累丰富的感性材料.然而，由于应试教育的需要，学生把大量的宝贵时间都花在了补课和解题上了，缺乏应有的交往和活动，缺乏应有的生活经验和观察.加之有些抽象的概念在生活中少有接触，如加速度、电场强度等，在缺乏感性知识的基础上难以上升到理性认识，对概念的内涵只是机械地背诵，容易被一些干扰信息所迷惑，从而无法正确地分析物理过程.

1.2 学生认知能力的局限性

进入青春期以后，学生已经能够有目的地进行观察，而且能够合理分配注意力.面对新概念、新知识也不再靠死记硬背，有的学生已经掌握了理解记忆的方法.但多数学生抽象逻辑思维能力还比较薄弱，他们习惯于根据日常经验下结论，不习惯运用数学工具推理、判断、解释.他们的思维具备一定的批判性，但有时候喜欢钻牛角尖，有时候浮于表面.他们的认知属于“经验型”.

1.3 经验事实中的前概念

“前概念”是怎么产生的？心理学研究认为有4种途径：

途径一：日常生活经验，如学生学习“重力”概念时常常与生活中的“重量”混淆；

途径二：知识的负迁移，如高一学生学习“速度”概念时，往往会受到初中时“平均速率”的干扰；

途径三：语词带来的误解，如不少学生认为“匀变速圆周运动”就是“匀变速运动”；

途径四：不当的类比，有些学生类比了“电场强度”和“磁感应强度”后，认为既然电场强度的方向与正电荷的受力方向一致，那么磁感应强度的方向也和电流元的受力方向一致.

1.4 教师教学理念的偏差

过去我们常常采用讲授法授课，这样能利用有限的资源让更多的学生学习到更多的知识.其缺点也显而易见，缺少了学生的主动参与，忽略了过程与方法,忽略了人文精神的培养.不少教师不重视概念的形成过程，讲授物理概念往往直接给出定义，不注意探究概念的内涵，不注意丰富概念的外延，致使学生解题过于模式化、公式化、简单化.还有些教师对科技前沿知识关注不够，不注意物理概念的发展性，不注意将物理概念和科技发展联系起来，不注意学生学习兴趣的培养.

2 物理概念的教学策略

实践表明，要形成正确的物理概念，一般要经历3个阶段：概念引入阶段、概念形成阶段、概念深化阶段.那么，在这3个阶段中如何优化教学策略，完善学生认知结构,培养学生能力呢？笔者试以“加速度”概念教学设计为例，谈一谈物理概念的教学策略.

策略1:创设情境，探究“加速度”概念的内涵

生活中运动的物体司空见惯，人们也常常用速度来比较运动的快慢.然而，虽然学生们也经常看到汽车的启动、加速、刹车等现象，但他们从来没有思考过“速度变化的快慢”问题.如果没有丰富的感性材料，没有科学的方法分析比较，学生是难以抽象概括出“加速度”概念的内涵和定义的.加之高一的学生还习惯于根据经验下结论，比较害怕抽象的、理论性强的知识.基于加速度概念的客观性、抽象性、学生认知的局限性，我们创设了以下两个问题情境.

问题1：观看2004年奥运会上刘翔110 m栏比赛录像，你有什么发现？

问题2：为了提高比赛成绩，教练组对刘翔的训练过程进行了深入研究，测得了如表1所示数据.

表1 各阶段的测量数据

(1)参考以上数据，刘翔在哪一时刻运动最快？

(2)哪个阶段速度变化量最大？

(3)哪个阶段速度变化最快？如何比较速度变化的快慢？

这样，通过观看刘翔的比赛录像，激发了学生的爱国热情，激发了其学习兴趣.然后从比较运动的快慢过渡到比较速度变化量的大小，最后自然过渡到比较“速度变化快慢”的问题.通过创设情境，层层设疑，通过鲜活的事例、具体的数据，学生从感性到理性，逐渐感悟出“不仅运动有快有慢，速度的变化也有快有慢，有必要引入一个物理量来描述速度变化的快慢”.接下来，通过引导学生类比比较位移变化快慢的方法，学生很自然地就理解了加速度的内涵——反映运动物体速度变化快慢的物理量，加速度的定义也就水到渠成.

策略2：拓展提升，丰富“加速度”概念的外延

物理概念不仅有其深刻的内涵，还有其丰富的外延，一般包括概念的适用范围、概念的分类等.通过前面的探究，学生知道了加速度反映了一段时间内速度变化的快慢.为了更准确地描述物体在某一时刻的运动情况，运用极限思想，我们有必要在“平均加速度”的基础上引入“瞬时加速度”的概念.然而，极限思想又再次向学生的抽象逻辑思维提出了挑战，如何优化这一过程呢？我们设计了这样一道题.

问题3：一质点沿某一直线运动，它离开原点的速度v随时间的变化关系为v=t2+t,求：

(1)在t=1 s至t=1.1 s内，质点的加速度的大小为多少；

(2)在t=1 s至t=1.01 s内，质点的加速度的大小为多少；

(3)在t=1 s至t=1.001 s内，质点的加速度的大小为多少；

(4)比较(1)、(2)、(3)的计算结果，你有什么发现.

教师创设问题情境，学生通过自主计算，小组讨论、交流，对极限思想有了感性认识，这时教师因势利导归纳总结，类比瞬时速度得出“瞬时加速度”的概念，丰富了加速度概念的外延，学生对加速度概念的理解逐渐变得深刻、丰富.当然，随着学习的深入，我们还会碰到“重力加速度”、“向心加速度”，教师在讲课时应注意到适时丰富概念的外延.

策略3：区分“加速度”和“速度”，构建知识网络

学习加速度时有个问题学生一直难以弄清：一个质点做直线运动，速度为零时，加速度可能并不为零.究其原因，是速度这个前概念对加速度概念产生了干扰.如果教师只强调“加速度反映了速度变化的快慢，与速度的大小没有必然的联系”，这样讲解太抽象，学生依然迷惑不解，此时我们进行了这样的设计.

问题4：如图1所示为一物体做匀变速直线运动的速度图像，则

(1)物体在第2 s时的速度是多大？

(2)物体在第2 s至第3 s内的加速度是多大？

(3)物体在第2 s至第2.01 s内的加速度是多大？

(4)物体在第2 s时的加速度是多大？

(5)速度为零时，加速度一定为零吗？

图1

教师引导学生区分速度与加速度的异同：速度反映的是位置变化的快慢，其大小由位移和时间共同决定；加速度反映的是速度增加或减小的快慢程度，其大小由速度的变化量和时间共同决定，与速度的大小、速度变化量的大小没有必然的联系.并将加速度与v-t图像的斜率统一起来，通过图像进一步区分速度和加速度的不同，从不同角度丰富了学生的感知.通过分析比较，不仅消除了前概念的负迁移，还将速度、速度的变化量、加速度构成了知识网络，再次巩固了加速度概念的内涵.

策略4:测量“加速度”，深化“加速度”概念

学生形成加速度概念之后，对概念的内涵、外延的理解往往并不透彻、并不深刻、并不全面，需要在实际运用中进一步巩固、深化.在引导学生经历了从具体到抽象之后，还有必要引导学生再经历从抽象到具体的过程，也就是运用加速度概念分析解决实际问题，才能进一步深化对加速度概念的理解.实验是物理学分析问题、解决问题的基本方法和途径，它不仅有助于学生探究物理规律，对概念的形成、概念的巩固也有特殊的意义.实验不仅是为了培养学生的操作能力，还要让学生经历过程，学习方法，体验成功.在“加速度”概念的巩固环节，我们设计了一组实验.

分组实验：给你下列器材：打点计时器,纸带,铁夹,小铁球,铁架台,棉线等，思考：

(1)你能利用这些器材设计出一种加速运动的模型吗？

(2)你能利用打点计时器测量这一运动模型中某一时刻的瞬时速度吗？

(3)你能利用这些器材测量出这一运动模型中某一段时间内的加速度吗？

学生积极动脑动手，积极讨论交流，积极推理、探究，课堂学习气氛浓厚.通过实验，丰富了学生的的创造力，激发了学生的学习兴趣，更重要的是巩固、深化了加速度的概念.

形成正确的物理概念，是进一步探究物理规律，深入分析问题、解决问题的基础.所以物理概念教学是广大物理教师肩负的重要使命，它直接左右着学生学习物理的兴趣,分析、解决问题的方法和思维方式,运用物理知识解决实际问题的能力.多年来，不少物理教师致力于物理概念教学的探索和创新，总结出不少好的想法和做法，笔者通过长期的学习和实践，取长补短，总结出物理概念学习的障碍与教学策略，但愿能对大家的教学有一些启发.

参考文献

1 张宪魁，李晓林，阴瑞华.物理学方法论.杭州：浙江教育出版社，2007

2 徐将二.浅谈速度概念教学中的过程设计.中学物理教学参考，2013(7):20～21