牟喜悅 陳紅君

【摘要】科學思維是新課程標準改革的重點，也是教學實踐中教師的關注點及難點.同時“加速度”是高中物理力學中的重要概念，是聯(lián)系運動學和動力學的橋梁.本文從培養(yǎng)學生科學思維能力的角度出發(fā)，以問題提出、問題聚焦、問題探究、問題解決、問題延伸為主線，對人教版高中物理必修一“速度快慢的描述——加速度”一節(jié)的知識進行教學設計，希望能為教師提供一定的參考.

【關鍵詞】科學思維；高中物理；加速度

1 問題的提出

2020年版《普通高中物理課程標準》要求學生要具有初步的科學推理能力、科學論證能力和質疑創(chuàng)新的意識，能將所學物理知識與實際情境聯(lián)系起來，解決簡單的實際問題[1].而當前的課堂教學大多處于低階科學思維的水平，存在一些問題，第一，學生死記硬背，缺少對于解決問題思路以及方法的歸納梳理，對于所學知識缺乏深層次的理解與思考；第二，多數(shù)學生的信息整合能力較差，對于比較零散、瑣碎的知識點記憶不清，容易混淆相似的知識點，知識在學生的頭腦中是碎片化呈現(xiàn)的，學生沒有根據(jù)歸納整理建構出系統(tǒng)清晰的知識網絡，對于知識更多是簡單記憶與加工，因此，在解決較為復雜的實際問題時，難以提取出關鍵知識點，無法順利解決問題；第三，學生實踐創(chuàng)新意識不足，缺乏獨立思考，教師也習慣將所有重要的知識點羅列出來并“塞”給學生，接著通過習題進行鞏固，從而掌握知識點和常規(guī)解法，形成思維的消極定勢，導致學生在解決新問題時便缺乏新思路，只能按照固有思維生搬硬套，缺乏實踐創(chuàng)新能力.因此，培養(yǎng)學生的科學思維是至關重要的.培養(yǎng)學生的科學思維能力是物理課堂教學設計的核心目標，與傳統(tǒng)的教學相比，融入科學思維的教學可以讓學生的思維得到充分的調動及運用，學生可以更容易對知識進行梳理，能夠更好掌握各知識之間的邏輯.

目前關于加速度的教學設計，主要采取講授式教學，這樣常規(guī)的教學模式規(guī)范性較強[2]，但由于抽象思維不足，導致學生容易混淆速度、速度變化量、加速度等概念，不利于學生形成科學思維，同時學生有關加速度概念知識的理解停留在淺層的知識表面，學生也難以想到運用物理知識去解決生活中的實際問題，而在問題解決的過程中培養(yǎng)科學思維是有效途徑，科學思維在物理教學過程中具有關鍵性作用，是學生問題解決的“橋梁”[3].因此，教師有必要深入研究如何在物理教學中有效培養(yǎng)學生的科學思維能力.

2 基于科學思維培養(yǎng)的教學設計

“問題”是思維的源泉，也是思維的動力， 學生在問題解決的過程中也是科學思維得以運用和提升的過程.本研究結合“加速度”特點提出一種以問題提出、問題聚焦、問題探究、問題解決、問題延伸為主線的教學方法，是培養(yǎng)學生科學思維的有效途徑.使學生在解決生活中的實際問題中學習物理知識，激發(fā)學生的學習興趣與好奇心，引發(fā)學生主動探索知識的動機，使學生的思維得到喚醒、搭建、形成、運用、發(fā)散、提升，并最終達到培養(yǎng)學生科學思維的目的.

3 “速度快慢的描述——加速度”教學環(huán)節(jié)

3.1 問題提出，喚醒科學思維

教師通過播放視頻，引發(fā)學生思考，根據(jù)學生以往的生活經驗，讓學生對前概念變速的運動進行充分感知.通過實際生活中的現(xiàn)象，使學生產生興趣并提出問題，進而喚醒學生的科學思維，同時導入課題.

教師 播放小型轎車和旅行客車剎車和啟動的視頻，引發(fā)學生思考，視頻中物體運動速度有何異同？

學生 小型轎車起步快，剎車也快.

教師 追問學生，汽車剎車中的急剎車和緩慢剎車，汽車的減速有什么不同？

學生 認識到速度變化快慢并不相同.提出問題，速度變化的快慢該如何描述呢？

教師 同學們提出的問題非常好，那么這節(jié)課我們就來學習速度變化的快慢是如何描述的.

設計理念 通過生活中的實際問題進行比較提問，經過一系列邏輯嚴密的追問，進而激發(fā)學生的學習興趣，突出問題解決意識，喚醒學生的科學思維.引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并為解決問題奠定基礎[3].

3.2 問題聚焦，搭建科學思維

教師通過啟發(fā)引導將問題具體化，幫助學生建立科學思維框架.

教師 同學們，想要描述一個物體運動快慢我們需要知道哪些相關的物理量呢？

學生 需要知道物體的初速度和末速度.

教師 那我們可以說初速度大的物體速度變化一定快嗎？

學生 不可以，還需要用到末速度，看變化的量.

教師 首先我們應該用末速度減去初速度得到速度變化的量，那我們可以說速度變化的量大的物體速度變化一定快嗎？

學生 也不可以，速度變化大，但可能用了很長的時間，速度變化的快慢還和時間有關.

教師 那接下來我們通過一些生活中具體的實例來簡單體會一下.

設計理念 通過小問題作為支架，降低學生學習臺階，易于學生對難點的理解.將生活中的問題聚焦為物理問題，將物理問題聚焦到具體的物理量和知識點，幫助學生細化問題，體會問題解決的必要性，加深對物理意義的理解，一步步幫助學生搭建科學思維框架.

3.3 問題探究，形成科學思維

教師展示問題，引導學生進行探究，進行科學推理，幫助學生形成科學思維.

教師 展示下列圖表，請同學們比較表1中物體速度變化的快慢，我們可以得到什么結論？

學生 戰(zhàn)斗機速度變化大，而且戰(zhàn)斗機速度變化時所用的時間較少.

學生 雖然摩托車的速度變化小，但是所用時間也少.

教師 那我們如何具體去比較兩物體速度變化的快慢呢？

學生 有兩種方法，一是比較相同變化量時所用的時間；二是比較相同時間的速度變化量.

學生 那我們可以類比速度的定義，用速度變化量與時間的比值來比較速度變化快慢.

教師 同學們回答得很好，那么我們接下來運用比值定義法來學習加速度的概念.

設計理念 本小節(jié)是教學環(huán)節(jié)的重點，將抽象問題轉化為具體問題，是解決問題的前提.以驅動問題提問的方式來引導學生提出自己的觀點，通過類比法啟發(fā)學生，幫助學生逐步形成科學思維.

3.4 問題解決，運用科學思維

教師引導學生通過科學論證定義加速度，并結合加速度的知識運用科學思維解決生活中的實際問題.

教師 如表2所示，按照同學們所說計算出速度變化量Δv和速度變化量與時間的比值ΔvΔt，那我們可以得到什么結論呢？

學生 只需要比較速度變化量與時間比值的大小，就可以比較各物體速度變化的快慢.

教師 同學們回答得非常正確，在物理學中，我們就將速度變化量與時間的比值ΔvΔt命名為加速度，用a 表示.

教師 我們得出a=ΔvΔt，那加速度物理意義是什么呢？同學們思考一下加速度的單位該如何表示？

學生 加速度是描述速度變化快慢的物理量.速度的單位是 m/s，時間的單位是?s，所以加速度單位應該是它們的比值m/s2.

教師 接下來請同學們運用加速度比較一下表2中各物體速度變化的快慢.

學生 它們加速度的大小關系為 aE>aC>aA>aB>aD.

設計理念 運用比值定義法發(fā)展學生的遷移能力， 引導學生得出加速度的概念， 讓科學思維得以運用和發(fā)展，引導學生主動探索知識，提高學生的自主學習能力和歸納總結能力.

3.5 問題延伸，發(fā)散科學思維

學生主動提出疑問，將問題進行延伸，發(fā)散學生的科學思維.

學生 老師我有一些疑惑，汽車在啟動時候的加速度和汽車剎車時候的加速度是一樣的嗎？它們有什么區(qū)別呢？

教師 我們知道速度是一個矢量，那么加速度是一個矢量嗎？如果是矢量，它的方向是什么呢？

學生 我覺得加速度是矢量，它的方向是速度的反方向.因為加速度就是速度變化量比時間，我們都知道速度是一個矢量，有方向，時間是一個標量，沒有方向，那么加速度的方向應該和速度變化量的方向保持一致.

教師 總結得非常到位.那在日常生活中哪些地方我們可以用到加速度的概念去解釋呢？

學生 跑車的百公里加速性能就可以用加速度知識進行解釋.

學生 通過剎車痕跡判斷汽車是否超速，用到的也是加速度知識.

設計理念 物理源于生活，并應用于生活，從科學的角度思考生活，這些實際問題都是提升學生科學思維能力的良好素材，可以幫助學生深刻領悟自然現(xiàn)象背后的規(guī)律，在解決問題的過程中，兼顧了課前的疑問，達到了前后呼應，進一步提升了學生的科學思維能力.

4 結語

本研究以培養(yǎng)學生科學思維為出發(fā)點，以問題解決為主線，教師在教學過程中通過層層遞進的問題引領，引發(fā)學生對未知領域的思考，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲[4] ，學生進行科學探究和問題解決的過程，正是學生科學思維得以提升和發(fā)展的過程；學生在學習加速度概念的過程中，通過科學推理以及科學論證得出了加速度的概念，積極主動地探索知識，通過質疑創(chuàng)新引發(fā)新的問題與思考，使學生的思維得到喚醒、搭建、形成、運用、發(fā)散、提升，促進了學生科學思維的發(fā)展.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]穆艷宇，陳紅君，丁美予等.基于物理科學思維培養(yǎng)的教學設計—— 以“平面鏡成像”為例[J].中學物理，2021，39（16）：40-42.

[3]唐紅鷹.淺談“研究性學習”在物理實驗教學中的滲透[J].物理教學探討，2006（08）：7-8.

[4]李仁喜.確立核心素養(yǎng)培養(yǎng)關鍵能力—— 高中物理教學再思考[J].中學教學參考，2021（15）：42-44.