“速度改变快慢的描述——加速度”教学案例——谈物理概念问题化教学模式，本文主要内容关键词为：快慢论文,加速度论文,教学模式论文,教学案例论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、物理概念问题化教学模式的提出
物理概念教学在高中物理教学中具有非常重要的地位，但长期以来在概念教学中存在着许多误区：对概念教学应达到的目的定位不明确；忽略概念建立的条件和背景，断头去尾，取其表面而略其本质；忽视概念间的相互联系，把概念孤立起来等。这些做法的结果使学生对概念只会死记硬背，不能正确理解和灵活运用，学生抽象、概括、分析问题的能力不能得到应有的发展。
本文以问题教学理论为基础，探讨“物理概念问题化”的教学模式。马赫穆托夫认为问题教学是一种发展性教学，在这种教学中学生所从事的系统的独立探索活动是与其掌握的现有科学结论相互配合进行的，其方法体系是建立在问题情境的创设、问题的提出和问题的解决的基础上的；通过“概念问题化”教学模式的实施，学生不仅能掌握科学结论，还能掌握这些结论获得的途径和过程。皮亚杰的发生认识论也指出，认知冲突是人的原有图式与新感受到的事件或客体之间对立性矛盾的反映。学生学习新概念时，总是试图以原有认知结构来同化对新概念的理解，当遇到不能解释的新现象时就会发生认知冲突。因此，“概念问题化”教学模式的关键在于创设新异情境，引发认知冲突，将学生置身于问题情境中，使其尝试寻找答案。这样以激“疑”为起点达到成“趣”的目标，可使学生在解决冲突中完善其认知结构。
基于这些理论，在“概念问题化”教学模式中学生的心理活动程序如下（图1）：状态(1)是学生已有的认知，如物理概念、规律、方法、技巧等。若新学概念较为简单，则已有认知完全可以将新概念同化，直接获得新概念；若新学概念较为复杂有一定难度，则学生将会发现原有认知不能完全同化新概念，必须重新组织若干已有认知找出与当前概念相适应的认知，这一活动就是顺应。经过同化和顺应这两种活动之后即可达到状态(2)，即形成新的认知结构。再从这一新概念出发解决新的问题，若问题被解决，则新形成的概念将被强化、被贮存下来，作为认知结构中的一个组成部分；若不能解决，则重新进行信息加工，产生新的顺应状态，直到问题解决和概念形成。上述程序如图1所示。如“加速度”是物理学中极其重要的概念，速度变化量及其方向、加速度的意义和方向是教学中的难点。下面以笔者在开设“加速度”公开课时所设计的教学为例，讨论“概念问题化”教学模式的具体应用。
图1
二、“加速度”教学设计
1.教学目标
知识与技能：(1)使学生知道加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量，知道其定义、公式、符号和单位；知道加速度是矢量，其方向始终跟速度变化量的方向一致；知道加速度跟速度变化量的区别。(2)使学生能用v-t图象计算加速度的大小，体会数学在物理学中的重要应用。
过程与方法：(1)通过加速度概念的建立和加速度定义式的得出过程，使学生了解和体会比值定义法在物理研究中的应用。(2)通过对速度、速度变化量、速度变化率三者的分析比较过程，使学生学会比较、分析问题的方法。(3)能在生活中准确地使用加速度概念。
情感态度与价值观：通过交流讨论使学生体验小组合作学习的过程，培养其合作能力及团队精神；使学生体验物理就在我们身边，培养学生物理学习的兴趣，发展学生探究物理世界的热情。
2.教学流程
教学流程设计如图2所示。
图2
3.具体教学流程
(1)课题引入：为了描述物体的运动，我们已经学习了位移和速度等概念。为描述“物体位置改变的大小和方向”而引入了位移概念即
；为描述“物体位置改变的快慢”而引入了速度概念即v=△x／△t，可理解为位置的变化率。位移和速度都是矢量，既有大小又有方向。
(2)提出已有物理认知和相同或相近的生活观念——确立科学观念。
提出问题：说说物体位置变化的大小与位置变化的快慢的区别？（提出已有认知：物理量的变化和变化率）
生活情境1：人到中年会发胖，有些人发胖快有些人发胖慢，说说你的理解。（教师明示：甲在两年内体重增加10kg；乙在一年内体重增加8kg，谁发胖快？）
生活情境2：根据上述体验，谈一谈从“出生到现在”的各阶段中你身高的变化及变化快慢？
［设计意图］感受生活中一些量的变化与变化快慢，为易错易混淆新概念的理解寻找相同或相近的、可以作为类比依托的“熟点”，使学生认识在原有基础上确立科学的观念。
(3)提出中心问题，探究“速度变化量”——顺应新概念。
［中心问题］变速直线运动的物体其速度发生变化，用什么概念描述物体速度变化的快慢？（学生：加速度）（追问）“加速度”是“加～速度”还是“加速～度”（～处读时略略拖延）呢？（学生各持己见，不必急于解决问题，先留下悬念）
［问题探究1］如何理解和计算速度的变化？（先展示下列问题情境，求速度变化量）
①汽车甲在平直公路上以36km/h的速度匀速运动，换挡后速度增加到72km/h。
②汽车乙在平直高速公路上行驶的速度为108km/h，离开高速公路前需要减速，刹车后速度减为54km/h。
③足球以8m/s的速度飞来，运动员将其以8m/s速度反向弹回。
［设计意图］对第①个问题学生很容易得出速度变化量△v=10m/s；对第②个问题学生很容易得出速度减小了△v=15m/s，但没有“速度变化的方向”概念；对第③个问题部分学生认为前后速度均为8m/s，因此速度变化量等于零。对此应加以适当点拨：“前几节课我们已知道速度是矢量”，这时学生有些左右为难。再组织讨论，结果有学生提出问题“足球的速度方向前后相反，这样一来速度的变化量不应为零。那么速度变化究竟为多少呢？”学生产生了认知冲突，在此教师不做评价，暂时将问题“悬置”，以激发学生的探究欲望。
［问题探究2］速度是矢量可用有向线段来表示（再用投影展示上述问题中物体运动的各个位置，如图3），试用有向线段表示出各位置的速度矢量并探究速度的变化，使学生形成“速度变化有方向”的初步体验。
图3
［问题探究3］坐标轴可以表示物体位置及其变化，坐标轴可否用来表示速度呢？（如下页图4，用投影展示速度轴，PPT中设置“有向线段”出现时的动作为“阶梯状—向左下或向右下展开”，学生可以清楚地观察速度变化及其方向；也可以取一橡皮筋，用手将其一端固定另一端伸长或缩短后再反向来展示）
图4
［设计意图］通过上述两种方法来展示速度变化，使学生用已有认知来同化和顺应新概念，这就为速度变化量如的理解扫清了障碍，进而即可顺水推舟提出“速度变化量既有大小也有方向”概念。然后再用物理量变化量的求解规则来建立“速度变化量”的概念和计算公式，使速度变化量△v的理解更加流畅。
（板书）一、速度改变量（变化量）
（矢量式）
方向判断1：以初速度
的方向为正方向，当末速度
的方向与正方向相同时取正，相反时取负；计算所得速度变化量△v为正时表示△v的方向与正方向相同，△v为负时表示△v的方向与正方向相反。
方向判断2：在加速直线运动中速度变化量△v的方向与初速度方向相同，在减速直线运动中速度变化量△v的方向与初速度方向相反。
［问题探究4］请同学们用△v的求解规则，进一步审视自己对上述问题探究1中三物体速度变化情况的思考。（澄清学生的错误认识，形成“高级规则”）
(4)探究“速度变化快慢的描述”——顺应、同化新概念。
结合教材思考与讨论并呈现下列表格，计算表中物体的速度变化量以比较其变化快慢。
［问题探究5］①轿车与列车谁的速度变化快？为什么？（学生：轿车，因为速度变化量相同时轿车所用时间短）；②轿车起动与汽车刹车谁的速度变化快？为什么？（学生：轿车起动，因为相同时间内轿车起动过程的速度改变量大）；③汽车刹车与博尔特起跑谁的速度变化快？为什么？（学生：博尔特起跑。可以把时间置换为单位时间1s来比较）。追问：如何置换呢？（学生：用△v／△t可以得到）
教师总结：比较速度变化快慢的方法有：①在相等时间△t的情况下，比较速度变化量△v谁的大；②在相等△v的情况下，比较△t谁小；③不等△t也不等△v的情况下，比较△v／△t谁大。
追问：上述三种不同情况可否统一用同一比较方法呢？（学生：可以统一比较“△v／△t”谁大）
教师总结：物理学描述物体速度改变快慢时用“△v／△t”，并将其定义为“加速度”——比值定义法。
（板书）二、描述速度变化快慢的物理量——加速度
①定义：运动物体的速度变化量跟发生这一变化所用时间的比值，叫这一过程的加速度a。②公式：
；③单位：
。④加速度是矢量，其方向与速度变化量的方向相同。（教师说明：△v是一矢量，而△t是标量，由比值法规则可知△v／△t是矢量，其方向与△v方向相同）
［追问］：用加速度概念计算上表中物体的加速度，并从加速度的角度来考察谁的速度变化最快？
(5)在v-t图象中考察加速度及其意义——同化并强化新概念。
［问题探究6］：图5表示两物体A、B运动的v-t图象，两物体A、B哪个的加速度大？物体A的加速度为______。物体B的加速度为______。
图5
教师评析：图象具有直观形象的特点，通过比较相等时间内的速度变化大小可以看出A的速度变化快，直接观察图象的倾斜程度谁大也可以看出A的速度变化快，用公式计算出A、B的加速度大小也可以看出A的速度变化快。
(6)在生活中的应用——强化新概念。
思考与讨论1：①北京奥运会上，观众说短跑飞人博尔特起跑最快；裁判说博尔特跑得最快。说说这两种评价有何不同？
②加速性能好的汽车是加速度大还是速度大？我们说磁悬浮列车跑得快是加速度大还是速度大？
③物体的速度变化很大，其加速度就一定大吗？物体的加速度很大，其速度变化快吗？
④物体的速度变化很快，其加速度大吗？
思考与讨论2：在一次事故中，小车以10m/s的速度向一面墙撞过去，碰撞时间为0.1s，
①如果墙不牢固，则墙被撞倒后的一瞬间车仍以3m/s向前冲去，求碰撞过程中车的加速度？
②如果墙很牢固，则车与它碰撞后的一瞬间以5m/s的速度被反弹回来，求这一碰撞过程中车的加速度？
（板书）三、对加速度的深入理解
①注意v、△v、△v／△t与a的区别。②加速度公式的应用方法（与△v求解思路相同）。
思考与讨论3：本节所学内容有哪些？（用投影片进行知识小结）通过本节课学习，你认为“加速度”是“加～速度”还是“加速～度”呢？（意图：前后呼应并强化，将加速度概念纳入学生认知结构中）。
三、教学反思
本节课的“概念问题化”教学模式以问题探究为主线，渗透科学探究方法，营造一个师生互动的和谐氛围，突出了学生的主体地位。教学设计具有可操作性，其问题的设计与引出体现了“低台阶、步步攀升”的原则。为充分利用学生的认知冲突以激活学生思维，所设计问题应具有一定的挑战性；为促进学习迁移以调动学生参与，特向学生提出各种各样的“新任务”，在不同的情境中呈现“变式”。除课本所附案例外，还适当增补了一些有针对性的材料以丰富学习情境、拓展学习主题，通过知识的广泛应用纠正学生原有的错误认识和片面理解，在新问题的解决过程中优化学生的认知结构，发展学生的学习策略。本节课需要改进之处是要多给予学生提出问题的机会，以发展学生提出问题和反思的能力。