摘 要：本文以“速度變化快慢的描述——加速度”一節(jié)為例，指出教師在教學(xué)過程中可從核心概念的地位、學(xué)情、目標等方面深度分析教學(xué)內(nèi)容，并按照情境導(dǎo)入、深度解構(gòu)、有效比較、探究圖像和總結(jié)升華等環(huán)節(jié)來組織教學(xué)，促使學(xué)生建構(gòu)核心概念，落實學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)和關(guān)鍵能力發(fā)展。

關(guān)鍵詞：核心概念；加速度；教學(xué)設(shè)計

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是課程改革的基本目標，“是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)”^［1］，也是教學(xué)設(shè)計的落腳點?！霸谥袑W(xué)物理教學(xué)中，使學(xué)生形成清晰的物理概念，并使他們的智力、能力得到充分的發(fā)展，是教學(xué)的核心問題，也是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵?！?sup>［^2］核心概念是位于物理研究主軸上的概念。在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)核心概念，并以相關(guān)概念為結(jié)點搭建物理知識體系，厘清核心概念和與其相近、相關(guān)概念之間的區(qū)別與聯(lián)系，提升學(xué)生對物理的體系化認識，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。對諸多物理情境而言，核心概念是有效解釋的關(guān)鍵詞；而且其相關(guān)概念的作用和價值也超越課堂，能夠向?qū)W生的生活延伸?！皬闹R認知角度來說，核心概念是居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關(guān)鍵性概念?！?sup>［3^］核心概念建立的背后也蘊含著大量的科學(xué)方法和思想，這些方法和思想是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要土壤。因此，在教學(xué)過程中，教師不僅要讓學(xué)生研究相關(guān)概念的內(nèi)涵和外延，也要引導(dǎo)學(xué)生體會隱含在概念建構(gòu)過程中的思想和方法，以此提升學(xué)生的相關(guān)素養(yǎng)。本文以“加速度”這一核心概念的教學(xué)為例，以“加速度”為結(jié)點，促進學(xué)生深入理解加速度、速度、速度變化量等物理量之間的聯(lián)系，也為后續(xù)學(xué)習(xí)勻變速直線運動、向心加速度等內(nèi)容做鋪墊。

1 教學(xué)內(nèi)容分析

“速度變化快慢的描述——加速度”一節(jié)是人教版高中物理必修第一冊“運動的描述”一章的最后一節(jié)。就高中物理的教學(xué)內(nèi)容而言，“加速度”應(yīng)該是學(xué)生進入高中階段之后接觸到的一個難度較大的概念，其抽象性相對較強，雖然在生活中也有體現(xiàn)，但是學(xué)生卻很難自發(fā)地將其提煉出來。這就需要教師有策略地組織、引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系感性素材進行總結(jié)，從而形成對加速度這一物理概念的理解。

就整個高中物理的學(xué)習(xí)而言，加速度是聯(lián)系力學(xué)和運動學(xué)的橋梁，是研究動力學(xué)問題的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。它是動力學(xué)體系中最重要的核心概念之一。本節(jié)內(nèi)容安排在“位置變化快慢的描述——速度”一節(jié)之后，學(xué)生已經(jīng)建立了“速度”的概念，并且在實驗中感受過速度變化的場景，也能夠結(jié)合速度—時間圖像描述速度的變化。在此基礎(chǔ)上，教師能較為簡單地引導(dǎo)學(xué)生探索速度變化的快慢。

學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時，重點任務(wù)是全方位理解“加速度”這一核心概念，突破錯誤前概念，正確理解加速度的物理意義，明白加速度描述的是速度變化的快慢。這里的“快慢”不是速度的快慢，而是速度變化的快慢。教師引導(dǎo)學(xué)生分析“速度”“速度的變化量”“速度變化快慢”“加速度”等概念之間的關(guān)聯(lián)和差異，同時要求學(xué)生結(jié)合圖像來研究加速度，理解在圖像中如何表征加速度，并據(jù)此來分析物體的運動過程，從而促進學(xué)生對“加速度”這一核心概念的深層次理解和認識。

2 教學(xué)流程設(shè)計

“物理教學(xué)離不開真實的物理情境，情境應(yīng)凸顯本學(xué)科的‘共同屬性’和‘本質(zhì)特征’?！?sup>［4^］物理核心概念教學(xué)更離不開真實的物理情境。為了破除學(xué)生的錯誤的認知前概念，促進學(xué)生正確建構(gòu)核心概念，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)真實的物理情境，并基于該情境設(shè)置問題和任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生思考。按照“制造沖突，引發(fā)思考；設(shè)置問題，引入概念；層層剖析，建構(gòu)概念；概念辨析，認清本質(zhì)；應(yīng)用概念，升華認知”等環(huán)節(jié)組織學(xué)生進行學(xué)習(xí)。

2.1 制造沖突，引發(fā)思考

學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了“速度”，知道“速度”是描述物體運動快慢的物理量。關(guān)于物體運動的快慢和速度的變化，學(xué)生也累積了不少感性經(jīng)驗，但這些經(jīng)驗是雜亂的，甚至存在理解錯誤。只有破除前概念，學(xué)生才能順利建構(gòu)新的科學(xué)概念。破除前概念最有效的方法就是制造認知沖突，引發(fā)學(xué)生思考，以思考促進知識和認知重構(gòu)。“加速度”這一核心概念的教學(xué)，需要幫助學(xué)生理順對“快慢”的理解，破除學(xué)生的一些理解誤區(qū)。教師可設(shè)置如下問題引發(fā)學(xué)生思考。

問題1 短跑運動員與戰(zhàn)斗機進行50米競速比賽，運動員能贏嗎？

在學(xué)生討論、回答后，教師并沒有急于給出評價，而是播放了中央電視臺《加油！向未來》欄目中男子短跑運動員與山鷹教練機賽跑的視頻，讓學(xué)生通過觀看視頻得到答案。

設(shè)計意圖：真實的視頻和顛覆學(xué)生認知的比賽結(jié)果，讓學(xué)生感到震撼和疑惑。短跑運動員贏得競速比賽的結(jié)果與學(xué)生原有認知不同，讓學(xué)生產(chǎn)生了認知沖突，引發(fā)學(xué)生思考。

問題2 運動員能達到教練機起飛時的速度嗎？在50米競速比賽中誰的速度增加得多？誰的速度增加得快？如果運動員和教練機進行100米比賽，結(jié)果會如何？

學(xué)生通過獨立思考和互相討論，能夠回答上述問題。

設(shè)計意圖：教師通過視頻情境，設(shè)置層層遞進的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生認識到“速度快慢”和“速度變化快慢”有所不同，平均速度快速度變化未必快等。這一系列問題將為后續(xù)歸納出速度變化快慢的本質(zhì)特征以及建構(gòu)“加速度”這一核心概念奠定基礎(chǔ)。

2.2 設(shè)置問題，引入概念

教師基于視頻中運動員、教練機、轎車加速過程的真實情況設(shè)置數(shù)據(jù)，提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考。具體數(shù)據(jù)設(shè)置如表1所示。

為了方便學(xué)生比較，表中運動員和教練機加速過程位移為50m，而轎車加速和減速過程的位移都不是50m。教師設(shè)置進階問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考，從而為后續(xù)理解加速度的物理意義奠定基礎(chǔ)。具體問題如下。

問題3 加速過程中誰的速度變化最大？

問題4 加速過程中誰的速度變化最快？誰的速度變化最慢？

問題5 轎車加速和減速過程中哪一過程速度變化更快？

問題6 運動員加速過程和轎車減速過程比較，誰的速度變化更快？

設(shè)計意圖：通過提出問題3～6，引導(dǎo)學(xué)生思考，促進學(xué)生建構(gòu)比較速度變化快慢的模型。對于問題3和問題4，速度變化快慢的比較可以通過比較速度變化量的大小和用時得出結(jié)論。在加速過程中，運動員速度變化最大且用時最短，轎車速度變化最小且用時最長，所以運動員速度變化最快，轎車速度變化最慢。對于問題5，轎車的加速和減速速度變化量相同，減速階段用時更短，故減速過程速度變化更快。對于問題6，運動員和轎車速度變化量不同，用時也不同，且速度變化大的用時長，因此無法用分析問題4和問題5的方法解決。學(xué)生討論后，提出利用計算1秒時間內(nèi)的速度變化量來比較速度變化的快慢。通過這幾個進階問題，學(xué)生思維逐漸深入，觸及概念的本質(zhì)。學(xué)生能感受到以前學(xué)過的物理量，包括速度、速度變化量等都不能描述速度變化的快慢，需要引入一個新的物理量來描述速度變化的快慢這一特征。這使得加速度概念的引入水到渠成，且為加速度的定義、計算以及物理意義的理解等奠定基礎(chǔ)。

2.3 層層剖析，建構(gòu)概念

教師引導(dǎo)學(xué)生對情境問題進行層層剖析，可使核心概念的建構(gòu)順其自然，學(xué)生對概念的理解更通透，運用時會更加得心應(yīng)手。加速度概念的建構(gòu)可以基于前面的情境，設(shè)置進階問題鏈來引導(dǎo)學(xué)生層層分析。具體問題如下。

問題7 計算表1中各物體單位時間內(nèi)的速度變化量。

學(xué)生計算后得到各物體1秒時間內(nèi)的速度變化量：運動員1.76m/s，教練機1.45m/s，轎車（加速）0.83m/s，轎車（減速）3.33m/s。

問題8 單位時間內(nèi)的速度變化量能夠反映速度變化的快慢，請嘗試將其定義為一個物理量。

在問題7的計算中，學(xué)生已經(jīng)知道單位時間內(nèi)的速度變化量是用速度變化量除以所用時間，這是生活中和數(shù)學(xué)上常見的變化率計算方法。有學(xué)生將其稱作“速度變化率”。教師順著這一思路進行分析，得出“速度變化率”的概念、定義式、性質(zhì)（矢量性、方向）以及物理意義。

問題9 我們定義的“速度變化率”這一概念名稱太長，沒有得到廣泛認可；物理前輩們采用的名稱是什么？請閱讀課本回答。

通過查閱課本，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)物理概念從“速度變化率”到“加速度”的轉(zhuǎn)化和升級。

設(shè)計意圖：通過讓學(xué)生計算不同物體在加速或減速階段單位時間內(nèi)的速度變化量，教師強化了學(xué)生在生活中和數(shù)學(xué)上所認知的“變化率”的概念，并將其遷移到新概念的定義中。定義新物理量時，教師首先基于學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗，將其定義為“速度變化率”，以此為支點，幫助學(xué)生順利構(gòu)建“加速度”的概念，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。教師讓學(xué)生計算的問題情境中有加速過程也有減速過程，且先引入“速度變化率”，幫助學(xué)生正確理解“變化”——增加、減少都可能。避免了學(xué)生想當(dāng)然地認為“加速度”只描述加速運動，也避免學(xué)生創(chuàng)造“減速度”來描述減速運動。

2.4 概念辨析，認清本質(zhì)

對學(xué)生來說，“加速度”是一個相對陌生的概念。由于名稱上的相近，他們很容易將其與“速度”“速度的變化量”這2個概念混淆，從而導(dǎo)致錯誤的認識。因此，教師在教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生加強比較，以此來幫助學(xué)生理解概念的本質(zhì)。教學(xué)中，教師可讓學(xué)生完成表2，對這3個物理量進行辨析。

設(shè)計意圖：通過概念辨析，比較相近概念的物理意義、定義式、決定因素、方向，梳理它們之間的關(guān)系，可以讓學(xué)生更深入理解“加速度”這一物理量的本質(zhì)。

2.5 應(yīng)用概念，升華認知

應(yīng)用新概念解決物理問題是促進學(xué)生透徹理解概念，認知升華的重要手段。對“加速度”這一重要的核心概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)中困惑多、障礙多。教師有必要在課堂上結(jié)合具體場景給學(xué)生呈現(xiàn)系列進階習(xí)題任務(wù)，讓學(xué)生熟悉概念內(nèi)涵和基本公式，尤其是強化學(xué)生對加速度矢量性的理解。

例1 下列描述的運動場景中，可能存在的有（" ）。

A. 物體的速度變化量很大，但加速度卻很小

B. 物體速度變化量的方向為正，但加速度方向卻為負

C. 物體的速度變化越來越快，但加速度卻越來越小

D. 物體的速度越來越大，但加速度卻越來越小

例2 火車的速度從10m/s增加到30m/s，所用時間為400s，請計算其加速度為多少。

例3 現(xiàn)有一物塊從固定的光滑斜面上某點以4m/s的速度向上滑，經(jīng)過4s后物塊沿斜面下滑的速度大小為8m/s，求該過程中物塊的加速度。

例4 分別建立坐標系作出例2中火車和例3中物塊運動的速度—時間圖像，并說明圖線截距、斜率、與橫軸所圍面積的含義。

設(shè)計意圖：例1到例4，問題分析上從定性到定量，難度逐漸增大。例1為概念辨析題，強化學(xué)生理解速度變化量與加速度的大小關(guān)系、方向關(guān)系，速度變化大小、變化快慢與加速度的關(guān)系，強化對概念本質(zhì)的理解。例2為計算加速度的問題，相對簡單，學(xué)生出錯的概率較小。即使學(xué)生沒有選取正方向，也能算出正確結(jié)果。例3相對復(fù)雜，如果學(xué)生不重視加速度的矢量性，沒有選取正方向，那么學(xué)生必然會得到錯誤結(jié)果。通過例3，可強化加速度計算的規(guī)范性，加深學(xué)生對加速度矢量性質(zhì)的理解。例4讓學(xué)生作出物體運動的速度—時間圖像，將上一節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)用到新知識的學(xué)習(xí)中，強化知識之間的聯(lián)系，也提升了問題的綜合性。

3 教學(xué)后記

核心概念對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)有著非常重要的作用，但是學(xué)習(xí)難度較大。由于概念高度概括和濃縮的特點，其具有很強的抽象性，是學(xué)生在概念學(xué)習(xí)時不可忽視的障礙，學(xué)生不理解物理概念及其內(nèi)涵已成為物理學(xué)習(xí)中的一種普遍現(xiàn)象。^［5］如果對概念的理解存在缺陷，相關(guān)問題在初學(xué)階段可能還不明顯，但隨著學(xué)習(xí)的深入，就會愈發(fā)突顯，并且到了學(xué)習(xí)后期，想要彌補這些漏洞將會非常困難。所以，在學(xué)生第一次系統(tǒng)化學(xué)習(xí)概念時，教師就要妥善進行設(shè)計，要結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗，充分利用多樣化的教學(xué)手段，多角度地引導(dǎo)學(xué)生認識并理解概念。教學(xué)設(shè)計過程中，教師不但要引導(dǎo)學(xué)生深入地把握概念的內(nèi)涵，同時還要激起他們的認知興趣，提升他們的內(nèi)驅(qū)力，并引領(lǐng)學(xué)生深度發(fā)掘隱含在物理知識中的科學(xué)思想和方法，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生更好地建構(gòu)核心概念，教學(xué)設(shè)計需要注意以下幾個方面。

3.1 重視核心概念的地位

教師需要充分認識到核心概念在高中物理知識體系中的重要地位，認識到其對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)新知識和建構(gòu)完善知識網(wǎng)絡(luò)的重要性。一方面，教師要花費更多精力完成教學(xué)設(shè)計，追求教學(xué)過程精益求精；另一方面，教師重視的態(tài)度會感染學(xué)生，使得學(xué)生更加重視對核心概念的學(xué)習(xí)，更有韌勁去突破學(xué)習(xí)中的疑難。

3.2 準確把握學(xué)生的前概念

學(xué)生在學(xué)習(xí)核心概念之前一般都有前概念，其中不少是錯誤的，錯誤的前概念會成為學(xué)生準確建構(gòu)科學(xué)概念的障礙。教師只有找準學(xué)生錯誤的前概念，制造認知沖突，引發(fā)學(xué)生認知矛盾，破除錯誤的前概念，才能幫助學(xué)生順利建構(gòu)正確的概念。

3.3 重視物理情境創(chuàng)設(shè)

對學(xué)生而言，物理核心概念的學(xué)習(xí)抽象難懂、障礙多。通過創(chuàng)設(shè)物理情境，激活學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，引導(dǎo)他們從感性認識上升到理性認識，從具體事物抽象出普遍規(guī)律，這樣才能更有效地為學(xué)生搭建起建構(gòu)正確概念的支架，從而降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理核心概念的難度。

3.4 多設(shè)計進階型問題和任務(wù)

核心概念教學(xué)是教學(xué)中的難點和重點。越是難，越是重要，越需要學(xué)生充分發(fā)揮主動性，調(diào)動自身學(xué)習(xí)的積極性，從而突破重難點，取得好的教學(xué)效果。在教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)多設(shè)計進階型的問題和任務(wù)，給學(xué)生思考的契機，通過問題和任務(wù)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生思維逐漸向深處拓展，實現(xiàn)對知識的透徹理解。

參考文獻

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