《加速度》课堂教学实践与反思

李双元

摘 要：对于刚刚步入高中学习的高一新生而言，“加速度”无疑是一个既新鲜又陌生的概念。在日常生活中，对于运动的物体，可以问它走了多远，这是路程或位移的概念；也可以为它走得多快，这是速度的概念。但在日程生活中，却很难找到与加速度对应的词语。加速度在整个高中物理当中又是非常重要的，在匀变速直线运动、曲线运动、电场力、安培力等动力学问题中，可以说加速度无处不在。高一的学生能否顺利的掌握这个概念无疑对后续的学习至关重要。鉴于此，对《加速度》的课堂教学进行了一些反思。

关键词：加速度；速度；矢量；v-t图像；斜率

目前，大部分普通高中所使用的物理教材是人教版的，该版本的“加速度”第一次出现在教材上是在必修一第一章的第5节。基于教材具有的科学性与严谨性，不少物理教师是按照课本的内容逐条讲解的。但也正是因为教材的编写特性，使得内容上偏重于学术化，再加上加速度在生活中又极少谈及，对于理解能力不强的学生来说要想掌握这个概念就更加困难了。本人针对教材上的内容编排与讲解进行了一些思考与探究，提出一些个人的观点与思路供大家参考。

一、加速度概念的引出要接近生活

教材为了引出加速度这个概念，开篇就提出了“思考与讨论”，从中可以看得出来，教材意图通过一个题目的介绍来向学生介绍“速度增加的快慢”要如何计算并比较，进而引出加速度要如何定义。理解能力强的同学自不必说，应该没什么大问题，但是对于普通同学甚至理解能力偏弱的同学来说，对“速度”“速度的变化”这两个物理量都还没弄清楚的情况下他们如何能仅通过一个小题目就理解与计算“速度变化的快慢”呢。个人感觉教材关于加速度的引出过于直接，也过于突然了。

实际上，高一新生第一次接触“速度变化的快慢”这个概念先要有一个逐步理解的过程，教师讲课要源于教材但也要高于教材，引出一个新概念要先从认识层面着手，尤其是像加速度这样的概念，平时又很少涉及，更要从生活入手，让学生在认识层面现有个印象，由浅入深，逐步引导学生对这个概念理解与掌握。例如，再介绍“加速度”之前，可以先从“速度”入手，汽车飞驰而过，而蜗牛缓慢爬行，我们说汽车比蜗牛快，意思是汽车的速度比蜗牛大；在校运动会的百米赛跑中，某同学自信满满的说，“我肯定能夺冠，因为我起跑特别快！”那么这里的“起跑快”指的是也是“速度”么？通过这两个例子的提出，学生必然有自己的判断，前者毋庸置疑指的是速度的大小，而后者“起跑快”好像说的是瞬间的爆发力强，也就是说“起跑快”好像不仅仅说的是速度。再例如，某轮胎厂经常说自己的轮胎多么多么好，他会说：“我们的轮胎花纹经过科学的设计，刹车性能好，刹车刹得特别快！”那么这里的“刹车刹得快”指的也是“速度”么？其实这里的“快慢”指的就是“加速度”。图1所示，时下“飙车族”最为推崇的“推背感”（危险驾驶，请勿效仿！），那么在什么时候驾驶员能强烈地感受到这种“推背感”呢？怎样才能让“推背感”更强烈呢？我们站在行驶的公交车上（图2），有的时候会不自觉地向前倾或者向后倒，那么什么情况下我们这种感受会更强烈呢？从这样的生活经历中所我们所感受到的东西其实就是加速度。先从生活经验和经历说起，逐步增加学生的认同感，引起学习的兴趣，才能使得后续的教学能顺利进行。

二、加速度方向的讲解要简洁明了

加速度是矢量，不但有大小还有方向，在第四章牛頓第二运动定律中会有详细的介绍。本节教材关于加速的方向是这样介绍的，这里我们发现教材利用矢量的加减法（矢量的合成原理）来说明加速度的方向以及加速度与速度的方向的关系，而矢量的合成原理要到第三章讲到力的平行四边形法则时才会讲到，这对于高一的新生来说无疑增加了学习的难度，有可能会造成学生似懂非懂的情况。到最后，很有可能出现死记硬背的现象，“加速运动，速度与加速度同向；减速运动，速度与加速度方向相反”那么在后面学习曲线运动的时候，不少同学还是按照这个思路去想，他会认为加速度还是和速度方向相同或相反，那就大错特错了！我们仔细思考一下就会发现，本节关于加速度的公式是定义式，而非决定式，数学讨论要尽量的简洁明了。

首先，先介绍加速度与速度变化量的方向关系，这个只要看公式就可以了，a=Δv/Δt，由于这个公式是一个矢量式，那么等号的两侧方向一定是相同的。由于时间是标量没方向，那么a的方向和Δv的方向一定是相同的。接下来讨论瞬时加速度的方向，应分两种情况进行介绍，直线和曲线。介绍曲线主要是为了避免后续的问题，曲线运动的加速度方向仅作简单的介绍，其方向只要指向弧弯曲的内侧即可（图3）。对于直线运动来说，可以通过一个例题附加一个表格来一探究竟（图4），A、B、C这三列事先填好，让学生独立完成D、E两列。因为表格内容并不复杂，学生可以很快填好，这时候老师请同学们自己从中找规律。不难发现两点，其一，加速度的方向（符号）和速度变化量的方向（符号）总是相同的，这也证明了刚才对矢量公式分析的正确性。其二，加速度的方向（符号）和速度方向（符号）相同时物体做加速运动；加速度的方向（符号）和速度方向（符号）相反时物体做减速运动。相比教材的速度矢量法，更加简洁明了，关键的是，学生可以通过题目独立自主的分析出规律，印象深刻，认同感增强！

三、v-t图像的教学要更具启发性

v-t图像在高中物理动力学部分有着非常重要的作用，不论是目前的匀变速直线运动要依靠它来对运动进行理解和计算，在后面的变加速度运动过程（类似蹦床问题）的分析也有重要的作用。那么教材上只针对匀加速直线运动的v-t图像进行了加速度的大小比较，而且深度不够，启发性不够。我们应该从普通情况入手，再来考虑特殊情况。如图5所示，运动员沿直线运动大致可以分为6种普通情况，可以让同学们思考：1、2、3都是加速，有何区别；4、5、6都是减速，又有何不同。

带着问题我们接着进行分析，最终的目的是将数学法则与物理规律结合到一起，力求学生对知识融会贯通。如图6所示，对类型1的v-t图像进行分析可得加速度的数学表达式，从中我们会发现规律，随着时间的增加，该图像中的加速度是越来越小的。那么对于加速运动的三种普通情况我们都可以得到它们各自的规律。类型2的加速度是不随时间的变化而变化的，类型3的加速度是随时间的增加而增大的。那么对于类型二来说，加速度既然是不随时间而改变的，那么选取那段时间来计算加速度都是可以的，它的瞬时加速度和平均加速度是一样的。

解决了加速的问题，我们不得不面对减速的类型。如图7所示，对于类型5来说，它的加速度对应的是一个钝角的正切。对于正切函数来说我们知道，90°的正切是无穷大，锐角和钝角越接近90°，它的正切值就越接近无穷大。由于加速度也是矢量，比较它的大小和比较速度的大小类似，只需比较绝对值就可以了。所以，即便是减速运动，在比较加速度大小的时候，我们只要观察图像的渐变程度是越来越趋向于竖直状态（越来越陡）还是越来越趋向于水平状态（越来越平），就能判断出其加速度随时间变化的程度。学习加速度的数学几何表达式，有助于认识变速问题当中加速度的变化的规律性，学生在处理类似的问题时就会得心应手，一目了然。

本节关于加速度的课堂教学的重难点在于加速度这个概念的内涵与外延，内涵包括它的概念以及它的矢量性，外延主要指的是学生要学会通过利用数学（几何）的方法来研究物理问题，丰富加速度的各种维度。对于概念而言，缺少生活经验使得学生对与加速度的认同感不足，正因为如此更要从生活入手，避免物理概念的学术化。对于矢量性而言，要由浅入深的介绍矢量的特点，包括如何比较大小，如何看方向等。利用数学知识解决物理问题是一种可以培养的能力，这里需要我们在平时的教学中要多角度的使用数学模型、数学公式、数学规律来处理和变通物理问题，力求让学生逐步养成运用数学知识来应对物理问题的能力和方法。在这个过程中，学生学到了知识，更强化了能力，教师的教学效率与学生的学习效果势必大大提高！

参考文献：

[1]廖元锡，陈素枚.加速度的探究性教学设计[J].物理教学探讨，2003（3）.

[2]孙早利.新课标教材“加速度”的教学设计[J].物理实验，2006（11）.

[3]黄星殿.物理概念教学过程的探究：以加速度教学为例[J].大众科技，2008（8）.

[4]蔡锦曦.关于“速度变化快慢的描述：加速度”的教学设计[J].物理教师，2008（8）.

[5]侯金俊.高一物理教学中如何建立加速度概念[J].物理通报，2012（5）.

编辑 冯志强