摘要：“加速度”是高中物理力学内容的重要组成部分，是重难点知识.核心素养是新一轮课改的焦点，是教育教学发展的根本宗旨.本文以“加速度”为例，对“加速度”的教学作深入探讨，以科学探究为主线，借助物理实验、物理学史和智能手机APP，阐述了在物理课堂中如何提升学科核心素养.
关键词：核心素养；教学设计；加速度
“加速度”是力学的重要概念，也是学生较难理解的高中物理概念之一.相比于“速度”等运动学的其他概念，加速度的概念更为抽象，学生普遍缺乏相关的生活经验，这都为学生学习并理解加速度概念带来障碍.现行课堂和教学实践中，多数直接给出两个速度变化快慢不一样的物体，以此引入加速度.这虽实现了知识的获得，却与物理学科核心素养的形成相去甚远.物理核心素养的培养是教育教学发展的根本宗旨目标，学生物理核心素养的形成需要通过教育教学实践得以落实.[1]本文以鲁科版“加速度”一节为载体，在落实并培养学生核心素养视域下，挖掘物理本质，设计教学.
1核心素养视域下的“加速度”教学目标设计
本节为鲁科版(2019版)高中物理必修第一册第一章第4节的内容.加速度是运动学中一个重要的基本物理量，是动力学的核心概念，也是联系运动和力的桥梁，在分析和解决动力学实际问题中有重要作用.本节课既是对比值定义法的进一步巩固应用，又为学生接下来的运动学学习奠定基础，具有承上启下的作用.
课程标准要求学生“理解加速度”，并“结合加速度概念的构建，体会物理学中的抽象思维.”[2]生活中学生已经有了运动物体的初步感性体验，在上一节速度概念的学习中，学生也掌握了比值定义法，但是高一的学生抽象思维能力、类比迁移能力仍较为薄弱，对于速度的变化和速度的变化快慢很难区分清楚.根据课程标准的要求和物理学科核心素养的总体目标，结合“加速度”内容特点及学情，本节课的教学目标设计如下.
1.1物理观念
(1)形成观念.通过复习旧识及情景创设，学生明确需要一个新的物理概念来描述运动，从而初步建立加速度概念.
知道加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，了解加速度的定义式和单位；能区别速度、速度变化量和加速度；了解加速度的矢量性，会根据速度与加速度方向的关系判断运动性质.
(2)解决问题.经历例题计算并结合所学解决实际问题，通过演示实验，检验方法的可靠性，从而学会用加速度描述并解释生活中相关物理现象.
1.2科学思维
(1)科学推理.通过对本章“运动的描述”知识脉络的展示，领悟并学会归纳推理；先后经历了用瞬时速度、平均速度再到加速度来描述课前实验的过程，感悟对物理现象的分析、抽象概括及逻辑推理的方法.
(2)科学论证.对比实验中提问“到底是什么比较快”，学生学会寻找和使用证据来表达自己的观点.
(3)质疑创新.在“回望历史”中对已有观点提出质疑，学会从不同角度思考物理问题；最后解决实际问题中，通过模拟实验，感受从理论和实验两种不同方式解决物理问题的方法.
1.3科学探究
(1)问题.通过对课前两个小车运动现象的分析，提出可探究的物理问题.
(2)证据.能根据所探究的问题在教师引导下设计实验方案，利用光电门计时器等器材获得数据.通过教师示范创新实验利用现代智能设备分析数据的方法，提升根据探究目的制定科学探究方案的能力.
(3)解释.经历“孰快孰慢”实验、探究比对v-x、v-t图像、模拟汽车碰撞实验，学生能根据所得的实验结果和数据进行科学处理并分析，发现数据特点，并具备形成合理结论的素养.
(4)交流.能对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思.
1.4科学态度与责任
(1)科学本质.了解加速度在生活中的应用，认识到物理来源于生活又服务于生活的科学本质；通过加速度概念的形成过程认识到物理学是人类对自然现象的描述和解释，感受物理概念建立的必要性和简洁性，明白物理学是建立在观察和实验基础上的一项长期非一挥而就的创造性工作.
(2)科学态度.通过3个实验探究过程，认识到物理概念是建立在实验研究基础上，养成尊重事实、严谨认真的科学态度；同时，培养了学习和研究物理的兴趣和热情，养成乐于与他人合作共享成果的态度和习惯.
(3)社会责任.通过对“加速度”概念的应用和实例分析，感悟物理在生活中的应用价值；通过对生活现象的解释加强安全意识，养成遵守交通规则的良好习惯，促进STEM发展，进而成为一位合法公民.
2核心素养视域下的“加速度”教学设计思路
根据拟定的教学目标，本节课的教学设计以“科学探究”为主线，在科学探究中完成“加速度”概念的教学，同时落实物理学科核心素养，整体设计思路如图1所示.
百余年来，科学探究对科学改革与科学课程产生了重要影响.它可以帮助学生获取知识、学习科学家的思想观念、感悟科学方法的巧妙，在一定程度上可能间接促进学生的元认知能力.[3]本节课以科学探究为主线进行推进.首先，在两个对比斜面小车的实验中，寻找新的描述运动的物理量，以此引入“加速度”概念，并渗透“科学推理”和“科学论证”的核心要素；其次在重演物理学史的过程中，建立“加速度”概念，从而形成物理观念，培养学生质疑创新和解决问题能力；最后在应用并解决“加速度”概念的问题时，演示模拟实验，体现了科学本质，强化学生质疑创新和解决问题能力.
3核心素养视域下的“加速度”教学环节设计
3.1谚语导入，复习旧知
西方有句谚语是“对运动的无知，就是对大自然的无知.”教师提出，在了解大自然的过程中，首先要认识运动.紧接着引领学生回顾之前所学内容，如图2所示.
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图2第一章知识脉络图
设计意图：用谚语引入，贴进生活，进一步体现运动学在物理学当中的重要地位，以此引出本书第一章节的内容——运动的描述.通过展示知识脉络图，一则让学生对本章内容有个更为宏观的认知，二则通过知识与知识之间的联结培养学生科学推理的素养，其中对速度相关内容的回顾也为本节课的教学作了相应铺垫.
3.2比对实验，引入概念
教师演示实验，如图3所示，分别让小车从两个长度、高度、倾斜程度不一的斜面上静止释放，如图3所示(甲为实物图，乙为示意图).提出问题“哪次运动更快”，引导学生提出猜想“在比较陡的斜面上的小车运动得更快”，然后借助光电门、数字计时器，收集证据，实验全程由师生协助完成并实时投屏，完成表1.最终发现用之前已学过的平均速度和瞬时速度概念来比较这两个运动，得到的结论都与事先的猜想相悖.由此引发学生认知冲突，引导学生思考“小车在比较陡的斜面上运动的比较快”的快究竟指的是什么？这种快慢又该如何描述？
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图3两个对比斜面小车实验
通过观察表中数据，启发学生思考，两次运动的速度变化是否存在差异，速度变化的快慢是否一致.类比上节课所学的速度概念，提问学生，如何比较速度变化的快慢？当位移时间都不相同时，可采用单位时间内的位移大小比较运动的快慢.同理，当速度的变化和时间都不相同时，则可采用单位时间内速度的变化来比较速度变化的快慢.学生通过计算发现，确是小车在短而陡的斜面运动时单位时间内速度的变化大，因而可用单位时间内的速度变化量来衡量物体速度变化的快慢，物理学上称之为“加速度”.
设计意图：相比于常规教学中直接通过生活现象引入加速度概念的生硬，本环节基于最近发展区理论，通过两个斜面实验和“两次运动孰快孰慢”的问题设计，从已有知识自然地过渡到本节内容.在寻找哪个物理量比较大时，学生对速度变化快慢也有了更深入的认识和建构.当已有的平均速度和瞬时速度已无法满足对现有物理现象的描述时，学生进一步知悉引入速度变化快慢这一概念的必要性，从而在脑海中初步建立了深刻的物理观念.而在找寻较快物理量的过程中，已然渗透了科学论证和科学推理的核心素养要素.
3.3回望历史，建立概念
引入加速度概念后，给出其物理意义是描述物体速度的变化快慢便水到渠成.接着指出，在物理学的历史长河中，一个物理概念的建立并非像今日课堂这般顺利、快速又平坦.
教师介绍伽利略这一伟大物理学家对加速度概念诞生的重要贡献.历史上曾出现两种比较速度变化快慢的观点，其一是width=25，height=30，dpi=110其二是width=23，height=30，dpi=110学生会不自觉地指出第一种描述的谬误，教师引导学生看待事物的角度不应习惯性地持有非黑即白的立场.众所周知，第二种沿用至今，自有其独到优势，为何第一种被遗弃淘汰，需要用实验一探究竟.
教师重复课前斜面实验，引导学生明白，此时记录每个时刻的速度和位移是实验的关键所在.教师向学生介绍一款分析处理视频的手机软件——Tracker，其可自主从视频中获取小车的各个位置信息、对应的速度和时刻，为本实验提供巨大便利.因而借助软件，可分别轻松得到2个斜面小车的v-t图像和v-x图像，如图4甲、乙所示.让学生自由讨论并发言两组图像有何区别和特点，思考为何最后width=19，height=30，dpi=110在历史的潮流中胜出.
学生容易得出，两组图像中，比起v-x图是一条曲线，v-t图作为一条直线的优越性和简洁性不言而喻.教师及时反馈并给予肯定，学生的观点和伽利略的立场不谋而合.伽利略认为大自然是简洁的，物理学总是尝试用最简单而美丽的语言描述自然，对于物体从斜面上滑下这样一个简单的运动，其遵循的物理规律也应该是简单的.因此，用width=17，height=30，dpi=110来描述物体速度变化的快慢比用width=17，height=30，dpi=110更合理.
设计意图：物理学史作为重要的教学资源，生动活泼了物理课堂，让学生感知每个物理知识背后的重要物理思维和路径，更让学生明白科学道路不是一蹴而就，而需要耐力与恒心，学生也能从中感悟物理的科学本质，培养正确的科学态度.
在评判两种加速度表达式的优劣的过程中，学生逐渐学会利用实验、采集数据以论证自己的观点，而不再是停留在口头的浅层观念上.借用手机软件辅助实验的完成，让学生明白身边的智能手机如果利用得当是个有效且重要的学习工具，物理实验也不再仅限于实验室和课堂，从而延伸了物理课的时间和空间.充分利用2个斜面，获取2组图像，减少实验的偶然性，培养学生严谨的科学态度.组内互相讨论交流自由阐述加速度表达式，培养学生独立思考问题能力，提升学生的表达沟通能力.
3.4应用概念，联系实际
通过一道例题，让学生掌握加速度同速度、位移一样属于矢量.再向学生展示生活中运动快慢不相同物体的加速度表格，如表2所示，从高铁、汽车起步、到子弹发射和跳伞者着陆，让学生自主归纳，谈谈发现.学生表示速度大的物体加速度不一定大，速度小的物体加速度不一定小，因而加速度的大小与速度大小无关，只与速度的变化率有关.
向学生介绍国家颁布的汽车碰撞最大加速度条例，提出问题，如何根据所学，减少汽车碰撞时人员的加速度.学生提出相关方案后，教师设计实验，将手机从不同高处静止下落模拟汽车的不同碰撞过程，借助PhyphoxAPP(可以监测各个方向加速度的手机软件)获取加速度.实验表明，高度越高，物体落地的加速度越大，当垫上缓冲物质时，加速度明显减少，从而验证了猜想.
设计意图：展示生活中的加速度，意让学生做个有心人，明白物理源于生活，物理无处不在，通过自主总结提升学生的归纳能力；在提出减少加速度方案的过程中，进一步巩固所学知识；提出假设、设计实验、得出结论，培养学生的科学探究意识和精神，从而达到提升学生核心素养的教学目的.
