“速度变化快慢的描述-加速度”说课

毛艳玲　才立刚　梁吉峰

摘 要：以“速度变化快慢的描述-加速度”为整体设计方案，从单元教学内容、学情、学习目标、学习活动等方面进行分析探究，旨在物理科学方法指导下践行物理核心素养的“速度变化快慢的描述-加速度”教学设计分析，培养学生运用科学思维方法抽象事物本质属性的意识和提高区分事物能力、抽象思维能力，帮助学生领会人类探索自然现象的严谨科学态度，认识加速度概念建立对人类认识世界的意义.

关键词：速度变化快慢;加速度;抽象思维;科学精神;科学态度

文章编号：1008-4134（2019）19-0033中图分类号：G633.7文献标识码：B

1 单元教学内容分析

1.1 加速度a≠0（速度变化）

（1）a大：速度变化快.

①a、v同向：加速直线运动，速度增加快，位移增大;②a、v反向：减速直线运动，速度减小快，位移可能增大，也可能减小.

（2）a小：速度变化慢.

①a、v同向：加速直线运动，速度增加慢，位移增大;②a、v反向：减速直线运动，速度减小慢，位移可能增大，也可能减小.

1.2 加速度a=0（速度不变）

匀速直线运动，速度可以大，也可以小，位移增大.

1.3 加速度概念构建的价值分析

（1）培养学生运用科学思维方法抽象事物本质属性的意识和提高区分事物能力、抽象思维能力;

（2）帮助学生领会人类探索自然现象的严谨科学态度，认识加速度概念建立对人类认识世界的意义.

2 学习者分析

2.1 知识准备方面

学生在初中学习了路程—时间图象表示速度，用图线“倾斜程度”或者是否靠近路程轴来比较速度大小;本单元学习了矢量，第三节速度和第四节实验进一步学习了用位移—时间图象表示速度，用x/t大小或图线倾斜程度表示速度大小，虽然都没有提及“斜率”这个词，但是数学课上已经学习过斜率概念，并不陌生.在第三节速度学习中，学习用比值法定义速度，接触了“变化率”概念，但是学生对其并没有太多的认识和体会，对于变化快慢仅仅是感性认识.

2.2 技能准备方面

学生在初中经历过电学、几何光学实验的训练，具备基本的实验技能和分析实验数据的能力.

2.3 思维准备方面

刚刚进入高中的学生，处于形象思维向理性思维过渡、转化的阶段.在运用抽象思维构建质点、位移、速度概念的过程中，基本是从定性角度去认识.

3 学习目标确定

（1）通过演示实验和类比方法，能初步理解加速度的物理意义.

（2）通过典型情境实例及有向线段定量的分析，能区分三个相似的概念;并通过自身感觉和对身边物理现象的深刻分析，能体会和区分速度、速度变化量、加速度.

（3）通过典型物理情境的进一步分析，能通过v-t图象表示加速度.

（4）通过微课能意识到追寻不变量和探究变化率的物理意义，并且通过图表法和作图法，能体会和理解该不变量的物理意义.

（5）通过从速度一时间图象的角度看物体的加速度，能通过“看”倾斜直线的“陡度”比较加速度大小，在实践中学会应用数据和图线等数学方法求加速度.

（6）通过视频和实验，培养学习的热情和探索精神，并理解加速度概念的建立对人类认识世界的意义，培养区分事物的能力和抽象思维能力.

（7）培养基于典型实例的交流和共享、主动与他人合作，勇于发表自己的主张，敢于放弃自己的错误观点的科学精神.

4 教学重点和难点

教学重点：

（1）加速度的概念及物理意义.

（2）速度、速度变化量、速度变化率的区别.

（3）利用图象来分析加速度的相关问题.

教学难点：

（1）理解加速度的概念，建立变化率的思想.

（2）速度的变化量与加速度方向关系.

5 学习活动设计

5.1 环节一：新课引入

5.1.1 PPT展示科学家对于运动本质追寻历程

不了解运动就不了解自然（亚里士多德）→理解自然科学的最终目标是发现不再变化的原因（亥姆赫兹）→科学只能去寻找其中不变的东西.对于守恒量的追寻不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向（劳厄）.

运动模型：小车沿斜面加速下滑.

猜想：小车的运动是否存在不变量？

5.1.2 实验探究寻找“不变量”

（1）猜想

针对猜想中的Δv /Δs，老师说明其复杂性，暂时不做研究.

（2）实验

①实验装置（如图1）

说明用挡光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度的思路.

②建立表格（见表1）.

③实验操作（学生操作）：指导学生进行实验.

④显示实验数据：

屏幕只能同时显示一台电脑记录的数据.

问题：对实验数据做怎样的评价分析？

（3）结论

（4）感受“不变量 Δv/Δt”

（5）定义“不变量”—加速度

思考：三组数据描述的运动有哪些方面是不同的？在这些不同中又有着怎样的相同？

活动意图说明：

对于生活中的变速运动，学生更多的关注运动的快慢，而加速度深深隐藏在速度变化中，学生接触相关的现象并不多，如果直接“挖”出来，恰恰错过了构建加速度的体验过程，不利于理解加速度概念.由于小车沿斜面下滑运动中，熟悉的运动学量比较多，再加上学生对速度的变化率了解很少，所以猜想难度较大.通过展示科学家对于运动本质追寻历程，让学生坚信存在“不变量”;小组讨论可以集思广益，通过讨论在肯定与否定中彼此发掘思路，甚至可以猜想出几个可能的不变量，初步建立不变的意识，增强好奇心，调动学习积极性.演示实验可以针对真实的运动模型，使探究具有客观性、指向性，會增强学生的探究欲望和兴趣.

學生经历探究过程，对不变量的认识从感性认识逐步上升到理性认识，为加速度概念的理论探究奠定基础.

由于重点让学生体验加速度概念构建的过程及传感器定向探究的特点，所以直接给出实验方法，没有让学生设计实验方案.

5.2 环节二：新课教学

理论探究加速度物理意义：

（1）利用图象直观对比

v-t 图象与x-t 图象相类比（图2）.

问题：v-t 图象斜率的物理意义是什么？斜率又等于什么？

（2）相似物理量v、Δv、Δv/Δt的辨析

①定性比较——生活实景（两车启动和刹车过程）中感受速度变化快慢.

问题：1.速度大的，速度变化快？

2.速度大的，速度变化量一定大？

3.速度变化量大，速度变化快？

②定量比较——“图表法”（见表2）.

问题：1.速度大的，加速度一定大？反之？

2.速度大的，速度变化量一定大？反之？

3.速度变化量大，加速度一定大？反之？

4.加速度大，速度变化的一定快？反之？

5.速度变化率大，加速度一定大？

③结论：v大，a可以大也可以小; Δv 大，a可以大也可以小.即：a与v、Δv大小无必然联系.

（3）加速度方向

①定性讨论：

依据表3数据进行比较.

结论：加速直线运动中a、v同向，减速直线运动中a、v反向;a、Δv同向.

②定量探究：

利用有向线段矢量动态图和数学方法，以v方向为桥梁，定量理论探究a、v的方向关系（不同方法得到相同的结论）.

加速度物理意义（方向角度）：描述速度变化的方向.

（4）感受加速度

①从v-t图象看加速度.

引导学生明确：图线上的纵坐标对应某时刻速度;两点纵坐标之差对应速度变化量;纵坐标之差与横坐标之差的比值是加速度.显然三个量的含义是不一样的.

②感受加速度——人的表情反映，如图4所示.

③从生活现象区别速度和加速度.

飞机飞得巨快; 汽车的加速度性能是汽车的一个重要参数，有人说，我这车好，启动快; 猎豹全速追及羚羊; 在百米赛跑中，我们常常说某某同学素质好，有很好的爆发力，起跑快.

活动意图说明：

加速度是比值定义的物理量，是高中阶段非常难懂和抽象的概念之一，是之前学习了质点、位移、速度基础上一个较大的知识跨度.

探究过程安排三次小组讨论：

（1）举出生活中特殊实例定性比较v、Δv、Δv/Δt大小关系并不难，安排小组讨论目的是引导他们注意观察生活现象，养成生活现象与物理知识结合的习惯.

（2）在对典型实例定量分析比较探究v、Δv、Δv/Δt大小关系时，老师给出5个讨论的问题，让学生有针对性思考.通过小组讨论，学生互相交流，能进行精细分析比较，全面、透彻，促进加速度概念的理解，培养严谨、认真的科学态度.

（3）探究加速度大小、方向、物理意义后，思考“哪些方法或现象可以直观表现加速度？”

不但引出下一个环节，也让学生在相对抽象的理论探究后能够模仿课上的手段和研究方法理解加速度概念，并且通过学生间交流，发散思维方向，从各个方面展开讨论，集思广益，开阔学生视野，互相影响和激励，增强学习的积极性和动力.

利用x-t图象向v-t 图象的转换，是教学过程因素关联的寻找，寻找图象信息与加速度物理意义关系.学生在初中和本单元已经接触图象表示速度，教师设置驱动链式问题，让学生在连贯的思维中，结合数理推理顺利得出加速度物理意义.数学图象和数学向量（有向线段）的运用，将物理问题转化为对数学问题的处理，这也是本节课乃至本单元的一个重要思想，利用数学方法简化对物理问题的理解困难.

通过探究得出a 与v的大小、方向均无必然联系，必然会引起学生思考“加速度a大小、方向到底由什么决定呢？”为牛顿第二定律的学习埋下伏笔.

6 特色学习资源分析、技术手段运用说明

（1）实验探究时，8个光电门可以在连续运动过程中定位8个位置的时刻，传感器可以测出通过每个光电门和相邻两个光电门之间很短的时间（秒表不行）.这样就可以得到小车通过每个位置的速度.

（2）利用两辆车的运动比较速度变化快慢的想法，是因为通过图象比较得出加速度物理意义后，学生会感觉加速度更抽象了，所以通过生活中常见的现象去直观感受，心里就踏实了，也明白了什么是“速度变化快慢”.

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）[M].北京：人民教育出版社，2017.

[2]杨森.高中物理说课的实践研究[D].烟台：鲁东大学，2017.

（收稿日期：2019-07-22）