旨在践行物理核心素养的《速度变化的快慢加速度》教学设计

毛艳玲 梁吉峰 马朝华

摘要：从光电门、传感器的课堂实验探究入手，以典型生活实例为背景，综合运用观察、比较和分类、推理、分析与综合、归纳分析等多种常规和非常规物理科学方法，将“加速度”这一非常抽象的物理概念以及其深奥的物理意义直观化、生活化、简洁化，旨在深度培养学生物理学科思维方式和科学探究能力以及严谨、求真、求实的科学态度，提升学生的物理科学素养.

关键词：速度变化快慢；加速度；探究；物理科学方法；物理核心素养

1教学过程

11 实验探究：寻找匀变速运动中的“不变量”

实验装置：金属倾斜轨道、挡光片、光电门、小车；多媒体教学设备（实物投影、笔记本电脑、白板）、三角板.

实验原理：猜想Δv/Δt不变，即v2-v1t12、v4-v3t34……相等.

实验数据及结论：

在实验误差允许范围内，匀变速运动中的Δv/Δt是不变的.

学生提出猜想、亲自操作实验，找到了不变量，证明了猜想的正确性.他们一定特别想知道这个不变量是什么，有什么意义，这就大大激发了他们求知的热情和积极性.只有这种在科学家思想引领下的科学探究的真过程，让学生模仿科学家的工作方式来思考问题、研究问题，才是真正的科学探究的过程.

12理论探究：匀变速运动中的不变量——“加速度”的物理意义

121通过图表的比较，感受“不变量”的物理意义

对典型物理情境进行精细分析和类比相结合，层层设问，逐步引导学生进行思考.在速度不同的变化过程中，各自都在受自身的“不变量”制约而以相同方式变化着，既培养学生观察事物和辨别事物的能力，也通过比较三个“不变量”的大小关系，使学生初步体会到这个“不变量”可以描述速度变化的快慢，让他们学会在比较中找到真知的物理科学方法.

122通过图象的类比，得到加速度的物理意义

两种图象类比：x—t图象：图线的斜率为Δx/Δt ，即速度v的物理意义表示质点运动的快慢，即位置变化的“快慢”；

v—t图象：通过图线可以看出，每秒速度增加相同的量：斜率就是一直追寻的“不变量”——加速度.

通过与最简单、最熟悉的匀速运动图象进行类比，经过综合分析、逻辑推理和大胆猜想的思维过程，得出加速度的物理意義，既直观又简单，大大降低了学生理解的难度.

从比较速度图表渗透“不变量”的物理意义到两种运动图象的类比推理得出“加速度”的物理意义.这种由浅入深、由抽象到具体、由感性到理性的认识过程，为刚刚进入高中阶段的学习提供了模板式的认知思路和方法.经过这种历练，把抽象的物理概念直观化了，并且可以在头脑中建立加速度的概念和物理情境，而不是所谓的“记住”概念.

123通过探究相似物理量大小的区别，深刻理解加速度的物理意义

速度v 、 速度变化量Δv 、 速度变化率Δv/Δt的区别.

例1一辆汽车从静止开始启动，经过20s后，速度变为200m/s，这辆车的速度变化量是多少？加速度是多少？

例2一辆汽车做直线运动，经过20s速度有40m/s减小到20m/s，这辆车的速度变化量是多少？加速度是多少？

例3小球以v1=3m/s的速度水平向右运动，碰到墙壁经（Δt=001s后，以v2=2m/s的速度沿同一直线反向弹回.小球在这001s内的速度变化量是多少？加速度是多少？

通过表2，罗列出学生熟悉的汽车、小球的运动情境，把三个相似物理量之间比较的理论知识直观化、生活化.学生经过亲自运算，应用这些数据针对设定的不同问题，进行分类比较，让他们在自己营造的熟悉环境和情境里进行探究，既可以清楚地区分各物理量之间的不同含义，也让他们最大限度地充分体验探究的过程，体会探究的形式、探究的方法以及获得正确结论所带来的满足感.

124探究相似物理量方向的关系，从矢量角度理解加速度的物理意义

①依据运算结果的正负，探究a与v、Δv方向关系.

根据表3中的正负对应的方向，容易得出a的方向与v的方向可以相同也可以相反，即无必然联系，而a与Δv的方向总是相同的结论，加深对加速度矢量性及加速度是描述速度变化方向的理解.让学生充分尊重事实，依据亲自运算的结果观察、分析、比较、推理，抽象出有价值和有意义的结论.

②运用矢量图法探究加速和减速直线运动中，a与v的方向关系.

加速：v2>v1 ，得出 Δv与v1同向，故a与v1同向；

减速：v2

以Δv为媒介，绝对直观地展示出Δv与v的方向关系，从而得出a与v的方向关系. 再通过几何画板自制的矢量图的动态变化程序来演示加速、减速、速度反向的连续变化过程，使各种直线运动中的a与v的方向关系浑然一体，一目了然.在前面几节刚刚学了矢量和矢量运算的基础上，运用矢量图将易混淆、懵懂、错误认识的问题迎刃而解.不仅对力的合成和分解打下坚实的基础，也让学生对矢量的认识更加深刻，更感兴趣了.

125从v—t图象“看”加速度，加深对其物理意义的理解

加速度“藏”在哪里呢？经历一系列探究过程后，又回到起点，让学生根据亲自运算的数据建立图象，找到加速度——图线的“斜率”.通过倾斜程度的比较，学生再次直观感受加速度，进一步理解其物理意义.整个过程让学生一直处在亲历亲为的探究过程中，深刻体会图象在研究物理问题中的作用，培养他们应用数学手段解决物理问题的能力和良好的科学素养.

126在自身感觉中体会加速度

游客乘坐各种游乐设施经历的刺激运动中，各种超级夸张、搞笑的表情，把抽象的物理概念“加速度”完全写在了游客的脸上，既有很强的娱乐效果，也让学生强烈地感受到加速度是真实存在的.学生哈哈大笑之后，便会意识到物理存在于生活的每个角落，衣食住行都离不开物理，即“物理来源于生活，又服务生活”，增强了他们热爱生活的热情和学习物理的积极性.

127介绍“加加速度”，深刻理解加速度物理意义

加加速度的物理意义是描述物体运动加速度变化的快慢，多应用在军事领域.通过加速度与加加速度的类比，旨在帮助学生通过类比方法更加深刻理解加速度物理意义，这必将引发学生的课后深思.

2教学设计说明

在物理学中，有一种特别难理解的物理量——“比值”定义的物理量，比如速度、加速度、电场强度、电容、磁感应强度、感应电动势等等.“难”的原因是这类物理量是由两个比较简单、学生熟知的物理量比值后引申出的更深意义的新物理量.新的量不但与这两个量无必然联系，而且概念抽象，物理意义难于真正的理解.

对初入高中的高一新生而言，加速度无疑是难于理解的物理量.因此，这节课采用探究式课堂教学模式，即“探究——体验——内化——外延”的物理课堂教学模式，从生活实际出发，多方面多角度引导学生进行探究，把抽象的“加速度”概念生活化、直观化，使学生逐步建立“速度变化快慢”的观点，是这节课设计的指导思想和核心.首先依据学生猜想，利用生活中的斜面，由学生亲自操作进行实验探究，找到“不变量”；然后在教师引导下，学生通过例题表格中多组实验数据的比较、物理图象的类比、矢量图的静、动态分析、借助于生活实例区分相似物理量的多种角度的结合，适时的运用观察法、比较法、抽象思维法、综合分析法等物理科学方法，由浅入深、由远及近、由感性到理性、由抽象到直观把“不变量”升华为“速度变化的快慢”，逐步理解加速度的物理意义.在探究的过程中教师适时启发和点拨指导，让学生“像科学家一样思考”，培养学生热爱生活、学会观察生活的品质，提升了学生的科学思维能力和科学探究能力.

参考文献：

[1] 张宪魁，物理科学方法教育[M]. 青岛：青岛海洋大学出版社，1996：

[2] 陶昌宏，探究性教学的“魂”——独立的思考探索的实践[J].物理教师，2012（2）：1.

[3]人民教育出版社课程教材研究中心，普通高中课程标准实验教科书必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2006.