汪海林 羅秋芳

摘 要：“加速度”這一重要概念的教學(xué)往往不是一次性能完成的，需要在不同的學(xué)習(xí)階段逐步深入。從“學(xué)習(xí)進階”的視角，從“創(chuàng)設(shè)問題情境，初步建構(gòu)概念”“運用生動實例，理解概念內(nèi)涵”“突出類比方法，辨析概念本質(zhì)”“典型題例鞏固，豐富概念表象”四環(huán)節(jié)闡述“加速度”概念教學(xué)的進階過程，以實現(xiàn)“加速度”概念教學(xué)內(nèi)容的有效重組和進階整合。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進階；加速度；概念教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）2-0010-4

1 引 言

眾所周知，加速度是運動學(xué)中極為抽象的概念，“它是人類認識史上最難建立的概念之一，也是每個初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念?！睂τ谶@樣一個抽象概念，不僅日常生活語言中沒有與加速度對應(yīng)的詞語，而且在我們的感覺經(jīng)驗中，與它有關(guān)的現(xiàn)象也不多，因此我們很難利用日常的感覺經(jīng)驗來建立這個概念。另外，加速度作為速度矢量的變化率，需要用極限思想準確建立概念，這又增加了一層思維難度。因而，伽利略對加速度概念的首次提出有非同尋常的意義。著名哲學(xué)家羅素曾評價道：“加速度的基本重要性，也許是伽利略所有發(fā)現(xiàn)中最具有永久價值和最有效果的一個發(fā)現(xiàn)。”

2 學(xué)習(xí)進階理論簡介

近10年來，學(xué)習(xí)進階（Learning Progressions）逐漸成為西方科學(xué)教育界的研究熱點。美國國家研究理事會（NRC）將學(xué)習(xí)進階定義為“學(xué)習(xí)進階是對學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的假定描述。在一個適當(dāng)?shù)臅r間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一重要的知識或者實踐領(lǐng)域時，思維方式逐漸進階。”它主要有以下幾個特點：

（1）圍繞核心概念進行建構(gòu)。比如“機械運動與相互作用”是物理學(xué)科的核心概念，位于學(xué)科的中心地位，而“加速度”是運動學(xué)的重要概念。

（2）依賴課程和教學(xué)，具有實證性。

（3）通過學(xué)習(xí)表現(xiàn)，呈現(xiàn)層級發(fā)展證據(jù)。

（4）進階路徑不是唯一的[1]。

根據(jù)學(xué)習(xí)進階理論，學(xué)習(xí)進階中間水平層次的學(xué)習(xí)往往代表學(xué)生的迷思概念，學(xué)生在此階段的學(xué)習(xí)有可能仍存在對概念的錯誤理解。因此，教師在教學(xué)過程中要關(guān)注學(xué)生對概念理解的發(fā)展過程，通過選擇合適的教學(xué)策略，促進學(xué)生完成概念轉(zhuǎn)變。從教學(xué)目標的確立開始，既要考慮進階終端，也要考慮進階始端。學(xué)習(xí)進階的始端即認知的起點，而終端則是認知的終點，即科學(xué)概念層次。從課程觀的角度看，教師在一節(jié)課中不可能完成由始端到終端的全部任務(wù)，而往往是完成其中的某個或某幾個階[2]。像加速度這種重要概念的教學(xué)不是一次性能完成的，需要在不同的階段不斷地深入。因而，對加速度的教學(xué)應(yīng)有意識地形成縱向的系統(tǒng)進程，幫助學(xué)生建構(gòu)并完善其概念。

3 “加速度”概念教學(xué)的實踐及思考

現(xiàn)行的人教版教材呈現(xiàn)“加速度”內(nèi)容的順序主要是依據(jù)知識的邏輯結(jié)構(gòu)以及難度。教材首先在運動學(xué)部分提出了“加速度”的概念，后在力學(xué)部分再次呈現(xiàn)，這誠然有教材編寫的固有特性的原因，但有間斷的痕跡，知識內(nèi)容不連貫。而基于學(xué)習(xí)進階的教學(xué)內(nèi)容組織采用“演進性模式”，以核心概念為主線，內(nèi)容之間逐漸演進，更注重概念教學(xué)過程的整體性和連貫性。

本文遵循由淺入深、循序漸進的原則，根據(jù)學(xué)習(xí)進階理論，以直線運動為情境，就“加速度”概念的建立和深化重組教學(xué)內(nèi)容，以實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的進階整合。

進階1：創(chuàng)設(shè)問題情境，初步建構(gòu)概念。

播放摩托車、汽車、飛機從靜止開始啟動的比賽視頻。

師：通過觀看視頻，你們認為三者誰快？（學(xué)生看到的是一開始摩托車跑到前面，后來飛機飛在前面。）

生：飛機快！

師：但為什么一開始是摩托車跑到前面呢？

生：……（激發(fā)矛盾，引起認知沖突，促成后續(xù)思考。）

師：其實要回答誰快的問題，首先要搞清楚這里的“快”是指什么？如果指運動的“快”（速度），很顯然最終是飛機。但開始摩托車跑在前面，又是什么快呢？那是摩托車速度變化得快，即加速得快。

師：用哪些方法能比較出誰加速得快？（可引導(dǎo)學(xué)生回憶以前比較兩個物體運動快慢的兩種方法。）

生：第一種方法是相同時間看誰加速的多？

第二種方法是加速相同速度看誰用的時間少？

師：汽車速度從2 m/s加速到14 m/s，用時3 s；摩托車速度從4 m/s加速到28 m/s，用時4 s；飛機速度從2 m/s加速到14 m/s，也用時4 s。比較三者速度的變化快慢。

學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)：汽車比飛機的速度變化快，摩托車也比飛機的速度變化快；但汽車與摩托車比，時間和速度增加量均不同，如何比較哪一個變化得快呢？學(xué)生討論并總結(jié)。

生：可以看平均每1秒內(nèi)誰的速度增加得多，類似于以前比較速度大小可以看單位時間內(nèi)誰的位移大。

師：在物理學(xué)中，表達式Δv/Δt表示速度變化的快慢，叫做速度變化率，用一個通過比值定義的重要物理量——加速度a來表示它。（進而給出加速度的單位和物理意義等。）

雖然學(xué)生對“加速度”概念有了初步的了解，但還僅僅停留在感性認識層次上。在教學(xué)實踐中要重視學(xué)生感性認識的發(fā)展，并且需要對概念進一步同化和順應(yīng)，以幫助學(xué)生進行抽象和理解概念。

進階2：運用生動實例，理解概念內(nèi)涵。

師：汽車都有一百公里加速時間的參數(shù)，請同學(xué)們看表1，說說它們的意義。

生：在速度變化量Δv相同的情況下，法拉利F430所需時間Δt最短，而紅旗世紀星2.4L所需時間Δt最長，可見法拉利加速性能（以Δv/Δt體現(xiàn)）最好。

師：請同學(xué)們填好表2，并回答相應(yīng)問題。

點評 “加速度”是聯(lián)系運動學(xué)與動力學(xué)的重要紐帶，是力學(xué)中的重要概念。通過上面兩個例題可以看出，從概念的建立到運用蘊含了很多科學(xué)思維方法，如比值定義法、微元法、極限法、圖像法及控制變量法等。因此，利用典型的例題教學(xué)促使學(xué)生帶著概念走進問題情境中，在科學(xué)思維方法的引領(lǐng)下走出問題情境，從而豐富概念的表象。

4 結(jié) 語

學(xué)習(xí)進階是符合學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律，圍繞核心概念由淺入深的進階過程。表現(xiàn)為學(xué)生在學(xué)習(xí)同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑[3]?；趯W(xué)習(xí)進階理論，以“加速度”概念教學(xué)為例，著重概念的構(gòu)建、生成與完善，注重科學(xué)思維方法，以概念學(xué)習(xí)為路徑，促進概念教學(xué)的有效進階。

參考文獻：

[1]鄭曼瑤，張軍朋.“學(xué)習(xí)進階”的研究及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理通報，2014（12）：2-6.

[2]翟小銘，郭玉英，李敏. 構(gòu)建學(xué)習(xí)進階：本質(zhì)問題與教學(xué)實踐策略[J].教育科學(xué)，2015（2）：47-51.

[3]呂含吟，邵韜. 如何應(yīng)用“學(xué)習(xí)進階”改進高中物理教學(xué)設(shè)計[J].中學(xué)物理，2016（3）：68-69.

（欄目編輯 趙保鋼）