形式逻辑下的“加速度”教学活动设计

林广强

摘  要：在核心素养背景下，提出高中物理概念教学要让学生经历概念建立的陈述、对比、抽象、概括、命名五个步骤，每个步骤中显化相应的科学方法，设计环环相扣的问题，指引“加速度”的教学流程。结果表明，该做法可以有效培养“建立物理概念的过程是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程”的“科学思維”。

关键词：高中物理;形式逻辑;教学活动

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）11-0034-3

物理核心素养如何在物理课堂教学中落地是物理教师研究的一个方向。物理概念教学在培养学生物理核心素养中能起到重要作用，主要体现在物理概念是形成物理观念的重要基础和前提;建立物理概念的过程是在大量生活经验事实的基础上利用抽象和概括的方法构建理想化模型的过程，模型建构是科学思维的要素之一[1]。在高中物理概念教学中应让学生经历陈述、对比、抽象、概括、命名五个步骤，并且每个步骤都显化相应的科学方法，努力做到有效培养学生的物理核心素养。

1    形式逻辑下的“加速度”教学流程

形式逻辑学[2]中指出，每个概念的形成都需要五个步骤：陈述、对比、抽象、概括、命名。按照这五个步骤设计教学活动，使概念建立的过程更加完备。在高中物理教学中显化科学方法会使教学更加高效[3]。在“加速度”教学中，把概念形成的五个步骤对应的科学方法找出来，设计相应的教学流程，如图1。

陈述阶段对应的是观察法，观察加速现象;对比阶段对应的是比较法，比较加速快慢;抽象阶段对应的是归纳法，总结比较方法;概括阶段对应的是比值定义法，概括比较方法;命名阶段对应的是命名法，取名加速度。

2    “加速度”教学活动设计

按照上面提出的教学流程，收集合适的教学素材，创设情境，设计一系列环环相扣、逐步深入的问题，开展教学活动。

2.1    观察法支撑下的陈述环节：观察加速现象

陈述环节中展示与教学内容相关的真实生活素材。素材要选择学生感兴趣的内容，引发学生思考，思考的聚焦点落在课堂需要解决的问题上。观察是主观的，相同的材料，不同知识结构的人观察，结果不一致;知识结构相似的人从不同角度观察，结果也不一致。学生的知识储备各不同，能力差异客观存在，在展示教学素材的过程中，教师要注重培养学生的观察能力，引导学生把观察点落到课堂需要解决的问题上来。在观察加速现象环节展示法拉利F2003和“飓风2000”战斗机600 m、900 m、1200 m三次比赛的情境，并根据创设的情境设计问题。

问题1：请同学们猜测哪一次法拉利取得胜利？并说出猜测依据。

创设的情境是学生感兴趣的，学生认真思考并作出解答。教师播放视频重现3次PK场景。在600 m的比赛中，舒马赫驾驶的F1赛车加速较快，遥遥领先，取得了胜利。在900 m和1200 m的比赛中，法拉利加速较快，前期处于领先。后期法拉利加速到最大速度后就趋于匀速运动，但是战斗机却能够持续加速，最终反超法拉利赛车取得胜利。

问题2：同学们，你刚才的猜测结果正确了吗？为什么？

通过视频展示，使学生产生找出原因的冲动，激发探究的欲望。探究的方向指向加速性能好坏的比较上。学生通过思考得出F1赛车的加速能力好，短时间内就能达到较大速度，所以短距离能胜利。但是，F1赛车的最大速度小于战斗机的最大速度，所以长距离的比赛，F1赛车输了。

这个环节教学活动的设计，可以让学生意识到速度变化有快慢之分。

2.2    比较法支撑下的对比环节：比较加速快慢

对比环节中展示多种交通工具的加速数据，如表1所示。数据中有相同时间不同速度变化量的对比，如高级跑车和摩托车;有不同时间相同速度变化量的对比，如波音737客机和高级跑车;有不同时间不同速度变化量的对比，如磁悬浮列车和战斗机。

学生观察，用比较法找出数据间的相同之处与不同之处。通过比较，学生发现比较不同交通工具加速的快慢，都需要关注初速度、末速度和变化所用的时间三个物理量。进一步深入分析，学生明白比较加速快慢需聚焦到速度的变化量和变化所用的时间两个因素上。

问题3：波音737客机和高级跑车哪个速度变化快？高级跑车和摩托车哪个速度变化快？为什么？

根据计算结果，学生得出波音737客机比高级跑车加速得慢，高级跑车比摩托车加速得快。结合计算过程，学生总结得出比较速度变化快慢的两种具体方法：①比较相同速度变化量时所用的时间;②比较相同时间的速度变化量。

这个环节的教学活动设计让学生在数据计算中总结出比较加速快慢的两种具体方法，使学生大脑中比较加速快慢的表象具体化。

2.3    归纳法支撑下的抽象环节：总结比较方法

在抽象环节中，利用表1中的磁悬浮列车和战斗机的加速数据设计问题，引导学生归纳出比较速度变化快慢更加普遍的方法。

问题4：磁悬浮列车和战斗机哪个速度变化快？为什么？

学生发现磁悬浮列车和战斗机的速度变化量不同，变化所用的时间也不同，前面环节总结的两种具体方法不适用了。这促使学生进一步思考一种更加普遍的比较方法。学生经过思考发现选择相同比较的标准（时间）即可获得比较的方法，并进一步归纳得出用单位时间内的速度变化量来比较加速的快慢，得到计算的表达式为：△v/△t。

这个环节的教学活动设计，让学生经历获得更普遍的比较方法的过程，有效培养了学生的总结归纳能力。

2.4    比值定义法支撑下的概括环节：概括比较方法

得到更加普遍的比较方法后，进一步可以想到，可以把△v/△t定义成一个新的物理量，用来比较加速快慢。

问题5：请同学們用精确的语言概括比较加速快慢的方法。

学生尝试概括，在不断地修正中得到了简略、精确的表述，得出了加速度概念的描述。在概括的过程中，学生体会到准确描述一个概念的重要性，同时也锻炼了概括能力。

问题6：观察△v/△t，这里是用两个物理量的比来定义一个新的物理量。同学们回忆一下初中学过的物理量，也是用这种方法定义的有哪些？被定义的新物理量和定义的两个物理量有必然的关系吗？

学生回忆初中学过的一些物理量，如密度ρ=m/V等，与△v/△t有相似的形式，都是用两个物理量的比来定义一个新的物理量。老师指出这种定义的方法称为比值定义法。在初中时强调，密度是物体的一种属性，与物体的质量和体积无关。通过研究发现，比值定义法中被定义的物理量往往是反映物质的一种属性，和定义里的两个物理量无关。这个问题的设计，目的是让学生进一步理解比值定义法的内涵。

2.5    命名法支撑下的命名环节：取名加速度

把得到的新物理概念取名为加速度，用字母a表示。定义式为：a=△v/△t。物理意义为描述速度变化快慢的物理量。

问题7：同学们请思考，在读“加速度”的时候，如果要在里面加一个停顿，应该加在哪里合适？为什么？

学生思考后得出，可以读成“加速——度”，把停顿加在“加速”和“度”的中间，因为这个新物理量是用来“度量加速快慢的”。这个问题的设计，可以引导学生进一步理解加速度的内涵。

3    结  论

在加速度教学中，设计一系列环环相扣的问题，让学生经历概念建立的五个步骤，体验概念建立的完整过程。每个步骤中显化的科学方法教育，可以促进学生提高抽象、归纳、总结等能力。所以，这种做法让学生经历“建立物理概念的过程是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程”[1]，可以有效培养学生的“科学思维”素养。学生扎实掌握物理概念，对形成正确的“物理观念”起到一个有力的保障作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]（美）威廉姆·沃克·阿特金森.李奇，译.逻辑十九讲[M].北京：新世界出版社，2013.

[3]陈清梅，邢红军，李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程·教材·教法，2009，29（8）：52-56.

（栏目编辑    邓   磊）