科学思维视域下的“加速度”教学设计

牟喜悦 陈红君

【摘要】科学思维是新课程标准改革的重点，也是教学实践中教师的关注点及难点.同时“加速度”是高中物理力学中的重要概念，是联系运动学和动力学的桥梁.本文从培养学生科学思维能力的角度出发，以问题提出、问题聚焦、问题探究、问题解决、问题延伸为主线，对人教版高中物理必修一“速度快慢的描述——加速度”一节的知识进行教学设计，希望能为教师提供一定的参考.

【关键词】科学思维；高中物理；加速度

1 问题的提出

2020年版《普通高中物理课程标准》要求学生要具有初步的科学推理能力、科学论证能力和质疑创新的意识，能将所学物理知识与实际情境联系起来，解决简单的实际问题[1].而当前的课堂教学大多处于低阶科学思维的水平，存在一些问题，第一，学生死记硬背，缺少对于解决问题思路以及方法的归纳梳理，对于所学知识缺乏深层次的理解与思考；第二，多数学生的信息整合能力较差，对于比较零散、琐碎的知识点记忆不清，容易混淆相似的知识点，知识在学生的头脑中是碎片化呈现的，学生没有根据归纳整理建构出系统清晰的知识网络，对于知识更多是简单记忆与加工，因此，在解决较为复杂的实际问题时，难以提取出关键知识点，无法顺利解决问题；第三，学生实践创新意识不足，缺乏独立思考，教师也习惯将所有重要的知识点罗列出来并“塞”给学生，接着通过习题进行巩固，从而掌握知识点和常规解法，形成思维的消极定势，导致学生在解决新问题时便缺乏新思路，只能按照固有思维生搬硬套，缺乏实践创新能力.因此，培养学生的科学思维是至关重要的.培养学生的科学思维能力是物理课堂教学设计的核心目标，与传统的教学相比，融入科学思维的教学可以让学生的思维得到充分的调动及运用，学生可以更容易对知识进行梳理，能够更好掌握各知识之间的逻辑.

目前关于加速度的教学设计，主要采取讲授式教学，这样常规的教学模式规范性较强[2]，但由于抽象思维不足，导致学生容易混淆速度、速度变化量、加速度等概念，不利于学生形成科学思维，同时学生有关加速度概念知识的理解停留在浅层的知识表面，学生也难以想到运用物理知识去解决生活中的实际问题，而在问题解决的过程中培养科学思维是有效途径，科学思维在物理教学过程中具有关键性作用，是学生问题解决的“桥梁”[3].因此，教师有必要深入研究如何在物理教学中有效培养学生的科学思维能力.

2 基于科学思维培养的教学设计

“问题”是思维的源泉，也是思维的动力， 学生在问题解决的过程中也是科学思维得以运用和提升的过程.本研究结合“加速度”特点提出一种以问题提出、问题聚焦、问题探究、问题解决、问题延伸为主线的教学方法，是培养学生科学思维的有效途径.使学生在解决生活中的实际问题中学习物理知识，激发学生的学习兴趣与好奇心，引发学生主动探索知识的动机，使学生的思维得到唤醒、搭建、形成、运用、发散、提升，并最终达到培养学生科学思维的目的.

3 “速度快慢的描述——加速度”教学环节

3.1 问题提出，唤醒科学思维

教师通过播放视频，引发学生思考，根据学生以往的生活经验，让学生对前概念变速的运动进行充分感知.通过实际生活中的现象，使学生产生兴趣并提出问题，进而唤醒学生的科学思维，同时导入课题.

教师 播放小型轿车和旅行客车刹车和启动的视频，引发学生思考，视频中物体运动速度有何异同？

学生 小型轿车起步快，刹车也快.

教师 追问学生，汽车刹车中的急刹车和缓慢刹车，汽车的减速有什么不同？

学生 认识到速度变化快慢并不相同.提出问题，速度变化的快慢该如何描述呢？

教师 同学们提出的问题非常好，那么这节课我们就来学习速度变化的快慢是如何描述的.

设计理念 通过生活中的实际问题进行比较提问，经过一系列逻辑严密的追问，进而激发学生的学习兴趣，突出问题解决意识，唤醒学生的科学思维.引导学生发现问题、提出问题，并为解决问题奠定基础[3].

3.2 问题聚焦，搭建科学思维

教师通过启发引导将问题具体化，帮助学生建立科学思维框架.

教师 同学们，想要描述一个物体运动快慢我们需要知道哪些相关的物理量呢？

学生 需要知道物体的初速度和末速度.

教师 那我们可以说初速度大的物体速度变化一定快吗？

学生 不可以，还需要用到末速度，看变化的量.

教师 首先我们應该用末速度减去初速度得到速度变化的量，那我们可以说速度变化的量大的物体速度变化一定快吗？

学生 也不可以，速度变化大，但可能用了很长的时间，速度变化的快慢还和时间有关.

教师 那接下来我们通过一些生活中具体的实例来简单体会一下.

设计理念 通过小问题作为支架，降低学生学习台阶，易于学生对难点的理解.将生活中的问题聚焦为物理问题，将物理问题聚焦到具体的物理量和知识点，帮助学生细化问题，体会问题解决的必要性，加深对物理意义的理解，一步步帮助学生搭建科学思维框架.

3.3 问题探究，形成科学思维

教师展示问题，引导学生进行探究，进行科学推理，帮助学生形成科学思维.

教师 展示下列图表，请同学们比较表1中物体速度变化的快慢，我们可以得到什么结论？

学生 战斗机速度变化大，而且战斗机速度变化时所用的时间较少.

学生 虽然摩托车的速度变化小，但是所用时间也少.

教师 那我们如何具体去比较两物体速度变化的快慢呢？

学生 有两种方法，一是比较相同变化量时所用的时间；二是比较相同时间的速度变化量.

学生 那我们可以类比速度的定义，用速度变化量与时间的比值来比较速度变化快慢.

教师 同学们回答得很好，那么我们接下来运用比值定义法来学习加速度的概念.

设计理念 本小节是教学环节的重点，将抽象问题转化为具体问题，是解决问题的前提.以驱动问题提问的方式来引导学生提出自己的观点，通过类比法启发学生，帮助学生逐步形成科学思维.

3.4 问题解决，运用科学思维

教师引导学生通过科学论证定义加速度，并结合加速度的知识运用科学思维解决生活中的实际问题.

教师 如表2所示，按照同学们所说计算出速度变化量Δv和速度变化量与时间的比值ΔvΔt，那我们可以得到什么结论呢？

学生 只需要比较速度变化量与时间比值的大小，就可以比较各物体速度变化的快慢.

教师 同学们回答得非常正确，在物理学中，我们就将速度变化量与时间的比值ΔvΔt命名为加速度，用a 表示.

教师 我们得出a=ΔvΔt，那加速度物理意义是什么呢？同学们思考一下加速度的单位该如何表示？

学生 加速度是描述速度变化快慢的物理量.速度的单位是 m/s，时间的单位是 s，所以加速度单位应该是它们的比值m/s2.

教师 接下来请同学们运用加速度比较一下表2中各物体速度变化的快慢.

学生 它们加速度的大小关系为 aE>aC>aA>aB>aD.

设计理念 运用比值定义法发展学生的迁移能力， 引导学生得出加速度的概念， 让科学思维得以运用和发展，引导学生主动探索知识，提高学生的自主学习能力和归纳总结能力.

3.5 问题延伸，发散科学思维

学生主动提出疑问，将问题进行延伸，发散学生的科学思维.

学生 老师我有一些疑惑，汽车在启动时候的加速度和汽车刹车时候的加速度是一样的吗？它们有什么区别呢？

教师 我们知道速度是一个矢量，那么加速度是一个矢量吗？如果是矢量，它的方向是什么呢？

学生 我觉得加速度是矢量，它的方向是速度的反方向.因为加速度就是速度变化量比时间，我们都知道速度是一个矢量，有方向，时间是一个标量，没有方向，那么加速度的方向应该和速度变化量的方向保持一致.

教师 总结得非常到位.那在日常生活中哪些地方我们可以用到加速度的概念去解释呢？

学生 跑车的百公里加速性能就可以用加速度知识进行解释.

学生 通过刹车痕迹判断汽车是否超速，用到的也是加速度知识.

设计理念 物理源于生活，并应用于生活，从科学的角度思考生活，这些实际问题都是提升学生科学思维能力的良好素材，可以帮助学生深刻领悟自然现象背后的规律，在解决问题的过程中，兼顾了课前的疑问，达到了前后呼应，进一步提升了学生的科学思维能力.

4 結语

本研究以培养学生科学思维为出发点，以问题解决为主线，教师在教学过程中通过层层递进的问题引领，引发学生对未知领域的思考，激发学生的学习兴趣和求知欲[4] ，学生进行科学探究和问题解决的过程，正是学生科学思维得以提升和发展的过程；学生在学习加速度概念的过程中，通过科学推理以及科学论证得出了加速度的概念，积极主动地探索知识，通过质疑创新引发新的问题与思考，使学生的思维得到唤醒、搭建、形成、运用、发散、提升，促进了学生科学思维的发展.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]穆艳宇，陈红君，丁美予等.基于物理科学思维培养的教学设计—— 以“平面镜成像”为例[J].中学物理，2021，39（16）：40-42.

[3]唐红鹰.浅谈“研究性学习”在物理实验教学中的渗透[J].物理教学探讨，2006（08）：7-8.

[4]李仁喜.确立核心素养培养关键能力—— 高中物理教学再思考[J].中学教学参考，2021（15）：42-44.