中學(xué)物理加速度圖式習(xí)得的多維解析與實(shí)踐探究一、引言1.1研究背景在中學(xué)物理的知識體系中，加速度是一個(gè)極為關(guān)鍵且基礎(chǔ)的概念，它在學(xué)生理解物體運(yùn)動規(guī)律、掌握力學(xué)知識等方面發(fā)揮著不可替代的作用。加速度不僅貫穿于直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動等運(yùn)動學(xué)內(nèi)容，更是連接運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)的重要橋梁，對后續(xù)學(xué)習(xí)牛頓定律、功能關(guān)系等知識有著深遠(yuǎn)影響，是解決各類物理問題的核心要素之一。例如在分析汽車啟動過程中速度的變化、自由落體運(yùn)動中物體速度隨時(shí)間的改變，以及天體運(yùn)動中衛(wèi)星軌道變化時(shí)的速度調(diào)整等實(shí)際問題時(shí)，加速度的知識都是必不可少的。在現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)中，圖式被定義為圍繞某一個(gè)主題組織起來的知識的表征和貯存方式，它是一種關(guān)于知識的認(rèn)知模式。加速度圖式則是學(xué)生頭腦中關(guān)于加速度概念、公式、相關(guān)物理情境及解題方法等知識相互關(guān)聯(lián)形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。擁有完善的加速度圖式，意味著學(xué)生能夠深入理解加速度的本質(zhì)內(nèi)涵，清晰把握加速度與速度、力、位移等其他物理量之間的關(guān)系，從而在面對各類涉及加速度的物理問題時(shí)，迅速準(zhǔn)確地提取相關(guān)知識，靈活運(yùn)用合適的方法進(jìn)行分析和解決。例如，當(dāng)遇到求解物體在變力作用下的運(yùn)動狀態(tài)變化這類復(fù)雜問題時(shí)，具備良好加速度圖式的學(xué)生能夠通過對加速度與力、速度關(guān)系的準(zhǔn)確理解，運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式進(jìn)行有效求解。1.2研究目的與意義本研究旨在深入剖析中學(xué)物理加速度圖式的習(xí)得過程，從理論與實(shí)踐層面，為中學(xué)物理加速度教學(xué)提供全面且深入的指導(dǎo)，以提升教學(xué)效果與學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在理論層面，本研究將進(jìn)一步豐富和完善教育心理學(xué)中圖式理論在物理學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用研究。盡管圖式理論在教育領(lǐng)域已得到廣泛關(guān)注，但針對物理學(xué)科中具體概念，尤其是加速度這一復(fù)雜且重要概念的圖式習(xí)得研究仍有待深入。通過本研究，能夠更加清晰地揭示學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度過程中認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成、發(fā)展與變化規(guī)律，為后續(xù)物理概念教學(xué)的理論研究提供更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和新的視角。例如，通過對加速度圖式習(xí)得過程中不同階段學(xué)生思維特點(diǎn)和認(rèn)知障礙的分析，為構(gòu)建更具針對性的物理概念教學(xué)理論模型提供實(shí)證依據(jù)。在實(shí)踐層面，本研究成果對中學(xué)物理教學(xué)具有重要的指導(dǎo)意義。教師可依據(jù)研究結(jié)果，深入了解學(xué)生在加速度學(xué)習(xí)過程中可能出現(xiàn)的困難與問題，如對加速度概念的誤解、公式應(yīng)用的錯(cuò)誤等，從而優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。教師可以在教學(xué)中運(yùn)用更多直觀的教學(xué)手段，如利用生活實(shí)例、多媒體動畫等幫助學(xué)生建立加速度的概念，設(shè)計(jì)層次分明的練習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生逐步完善加速度圖式。同時(shí)，本研究也有助于教師根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異，實(shí)施個(gè)性化教學(xué)，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高教學(xué)的有效性，提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)成績和綜合素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣和探索精神，為學(xué)生未來在物理及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.3研究現(xiàn)狀綜述在國外，關(guān)于圖式理論在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究較為廣泛且深入。在物理學(xué)科方面，部分研究聚焦于學(xué)生對物理概念圖式的構(gòu)建與發(fā)展。例如，有研究通過對不同年齡段學(xué)生學(xué)習(xí)物理運(yùn)動學(xué)概念的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在構(gòu)建加速度圖式時(shí)，初期容易受到日常經(jīng)驗(yàn)中對“速度”概念的影響，將加速度簡單等同于速度的變化，而忽略了加速度與時(shí)間的關(guān)系。在教學(xué)方法上，國外有學(xué)者提出基于圖式理論的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略，強(qiáng)調(diào)通過創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境，打破學(xué)生原有的錯(cuò)誤圖式，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建正確的加速度圖式。在教學(xué)實(shí)踐中，教師會設(shè)計(jì)一些與學(xué)生日常認(rèn)知相悖的物理情境，如汽車急剎車時(shí)速度變化很快但位移很小，讓學(xué)生在思考和討論中認(rèn)識到加速度不僅與速度變化量有關(guān)，還與時(shí)間密切相關(guān)，從而完善加速度圖式。國內(nèi)在加速度圖式習(xí)得方面也開展了不少研究。一些研究從認(rèn)知心理學(xué)角度出發(fā)，運(yùn)用眼動實(shí)驗(yàn)、腦電實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段，探究學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度概念時(shí)的認(rèn)知加工過程。結(jié)果表明，學(xué)生在理解加速度的矢量性這一關(guān)鍵特征時(shí)，存在較大困難，大腦的認(rèn)知負(fù)荷明顯增加，反映出學(xué)生在構(gòu)建加速度圖式時(shí)，對矢量概念的整合存在障礙。在教學(xué)實(shí)踐研究中，國內(nèi)學(xué)者提出多種促進(jìn)學(xué)生加速度圖式構(gòu)建的教學(xué)方法，如問題驅(qū)動教學(xué)法、類比教學(xué)法等。通過設(shè)置一系列具有啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考加速度與其他物理量的關(guān)系，或者將加速度與學(xué)生熟悉的生活概念進(jìn)行類比，幫助學(xué)生更好地理解加速度的概念。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處。一方面，在研究方法上，雖然運(yùn)用了多種技術(shù)手段，但大多數(shù)研究樣本量較小，研究結(jié)果的普適性有待進(jìn)一步提高。另一方面，在教學(xué)實(shí)踐研究中，對不同學(xué)生個(gè)體差異的關(guān)注不夠，未能充分考慮到學(xué)生在學(xué)習(xí)風(fēng)格、原有知識基礎(chǔ)等方面的差異對加速度圖式習(xí)得的影響。此外，對于如何將加速度圖式的習(xí)得與實(shí)際物理問題解決能力的提升有機(jī)結(jié)合，相關(guān)研究還不夠深入。本研究將在已有研究的基礎(chǔ)上，采用更大規(guī)模的樣本進(jìn)行調(diào)查研究，綜合運(yùn)用多種研究方法，深入剖析不同學(xué)生個(gè)體在加速度圖式習(xí)得過程中的差異。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)針對性的教學(xué)干預(yù)實(shí)驗(yàn)，探索如何更有效地促進(jìn)學(xué)生加速度圖式的構(gòu)建與完善，以及如何將加速度圖式的習(xí)得轉(zhuǎn)化為實(shí)際問題解決能力，為中學(xué)物理加速度教學(xué)提供更具針對性和實(shí)效性的指導(dǎo)，彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足，在研究方法和實(shí)踐應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)一定的創(chuàng)新。1.4研究方法與思路本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以全面、深入地剖析中學(xué)物理加速度圖式的習(xí)得過程。文獻(xiàn)研究法是本研究的基礎(chǔ)。通過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)期刊、學(xué)位論文、研究報(bào)告等文獻(xiàn)資料，梳理圖式理論在教育領(lǐng)域尤其是物理學(xué)科中的研究現(xiàn)狀，了解前人在加速度概念教學(xué)、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展以及圖式構(gòu)建等方面的研究成果與不足。比如，通過研讀相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)已有研究在學(xué)生加速度圖式構(gòu)建的影響因素分析上存在欠缺，為本研究的開展提供了方向。這有助于本研究站在已有研究的基礎(chǔ)上，確定研究的重點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)，避免重復(fù)研究，確保研究的科學(xué)性與前沿性。案例分析法在本研究中具有重要作用。選取不同地區(qū)、不同層次學(xué)校的中學(xué)物理教學(xué)案例，深入分析教師在加速度教學(xué)過程中的教學(xué)方法、教學(xué)策略以及學(xué)生的課堂反應(yīng)和學(xué)習(xí)效果。例如，分析某中學(xué)教師在加速度教學(xué)中運(yùn)用生活實(shí)例進(jìn)行導(dǎo)入的案例，觀察學(xué)生對加速度概念的理解程度和接受情況。同時(shí)，收集學(xué)生在作業(yè)、考試中關(guān)于加速度問題的解答案例，分析學(xué)生在解題過程中所運(yùn)用的思維方式、知識運(yùn)用能力以及存在的問題，從而總結(jié)出學(xué)生在加速度圖式形成過程中的常見錯(cuò)誤和困難，為后續(xù)的教學(xué)干預(yù)提供依據(jù)。問卷調(diào)查法用于大規(guī)模收集數(shù)據(jù)。針對中學(xué)物理教師和學(xué)生分別設(shè)計(jì)問卷，向教師了解他們在加速度教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中的感受、困惑以及教學(xué)方法的使用情況等。例如，詢問教師在教授加速度概念時(shí)，認(rèn)為學(xué)生最難理解的知識點(diǎn)是什么，常用的教學(xué)方法有哪些以及教學(xué)效果如何。向?qū)W生了解他們對加速度概念的理解程度、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)興趣以及在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難等。通過對大量問卷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，能夠從整體上把握中學(xué)物理加速度教學(xué)與學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，為研究提供量化的數(shù)據(jù)支持，揭示學(xué)生加速度圖式習(xí)得過程中的一般性規(guī)律和特點(diǎn)。本研究的整體思路是從理論分析入手，結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，深入探究中學(xué)物理加速度圖式的習(xí)得過程。具體技術(shù)路線如下：首先，通過文獻(xiàn)研究，對圖式理論、物理概念教學(xué)理論以及加速度相關(guān)的研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)，構(gòu)建研究的理論框架。其次，運(yùn)用案例分析法和問卷調(diào)查法，收集教學(xué)案例和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，從不同角度剖析學(xué)生加速度圖式的習(xí)得過程，包括圖式的形成階段、影響圖式構(gòu)建的因素、圖式構(gòu)建過程中的認(rèn)知障礙等。然后，基于研究結(jié)果，提出促進(jìn)學(xué)生加速度圖式構(gòu)建的教學(xué)策略和建議，并通過教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證和完善。最后，總結(jié)研究成果，撰寫研究報(bào)告，為中學(xué)物理加速度教學(xué)提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)，推動中學(xué)物理教學(xué)改革的深入發(fā)展。二、理論基礎(chǔ)2.1圖式理論概述2.1.1圖式的定義與內(nèi)涵圖式的概念最早可追溯至18世紀(jì)，由哲學(xué)家康德提出，他將圖式視為“潛藏在人類心靈深處的”一種技術(shù)、一種技巧，是連接感性與知性的橋梁，在認(rèn)識過程中起著關(guān)鍵的中介作用。在現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)中，圖式被定義為圍繞某一個(gè)主題組織起來的知識的表征和貯存方式，是一種有組織的、可重復(fù)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)單元。例如，當(dāng)我們提到“水果”這一概念時(shí)，頭腦中便會浮現(xiàn)出關(guān)于水果的顏色、形狀、味道、營養(yǎng)價(jià)值等相關(guān)知識，這些知識相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成了“水果”的圖式。它并非是對事物簡單的、孤立的認(rèn)識，而是一個(gè)包含了事物各種屬性、特征以及與其他事物關(guān)系的知識網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)了人們對事物的整體認(rèn)知框架。在物理學(xué)科中，圖式同樣發(fā)揮著重要作用。以“力”的概念為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不僅要掌握力的大小、方向、作用點(diǎn)這些基本要素，還需理解力與物體運(yùn)動狀態(tài)改變的關(guān)系，以及不同類型力（如重力、彈力、摩擦力等）的特點(diǎn)和產(chǎn)生條件。這些知識相互交織，形成了“力”的圖式。學(xué)生在面對具體的力學(xué)問題時(shí)，能夠依據(jù)這個(gè)圖式，快速提取相關(guān)知識，分析問題并找到解決方案。例如，在分析物體在斜面上的受力情況時(shí)，學(xué)生可以通過“力”的圖式，準(zhǔn)確判斷出物體受到重力、斜面的支持力以及可能存在的摩擦力，進(jìn)而運(yùn)用力的合成與分解等知識進(jìn)行求解。圖式在認(rèn)知心理學(xué)中占據(jù)著極為重要的地位，它是人類認(rèn)知和理解世界的基礎(chǔ)工具。認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，人們通過圖式來組織和存儲知識，將新信息與已有的圖式進(jìn)行匹配和整合，從而實(shí)現(xiàn)對新知識的理解和吸收。在學(xué)習(xí)過程中，圖式為新知識的學(xué)習(xí)提供了一個(gè)框架，幫助學(xué)生將新知識納入已有的知識體系中，促進(jìn)知識的結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化。例如，在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，學(xué)生已有的關(guān)于日常生活中物體運(yùn)動和相互作用的圖式，能夠?yàn)槔斫馕锢砀拍钐峁┲庇^的基礎(chǔ)，使學(xué)生更容易把握概念的本質(zhì)內(nèi)涵。同時(shí)，圖式也影響著人們的記憶、推理和問題解決能力。在記憶過程中，圖式有助于人們對信息進(jìn)行編碼和存儲，提高記憶的效率和準(zhǔn)確性；在推理和問題解決時(shí)，圖式為人們提供了思考的方向和方法，幫助人們快速找到解決問題的策略。例如，在解決物理問題時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)已有的物理圖式，對問題進(jìn)行分析和推理，選擇合適的公式和方法進(jìn)行求解。2.1.2圖式的特征與功能圖式具有諸多顯著特征。首先是層次性，圖式呈現(xiàn)出一種等級結(jié)構(gòu)，不同層次的圖式相互嵌套。例如，在物理學(xué)科中，“運(yùn)動學(xué)”圖式是一個(gè)較為寬泛的上位圖式，其中包含了“直線運(yùn)動”“曲線運(yùn)動”等下位圖式，而“直線運(yùn)動”圖式又可進(jìn)一步細(xì)分為“勻速直線運(yùn)動”“勻變速直線運(yùn)動”等更具體的子圖式。這種層次性使得知識能夠以一種有序的方式組織起來，便于學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和記憶。在學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以將其納入到直線運(yùn)動的圖式中，進(jìn)而與運(yùn)動學(xué)的大框架相聯(lián)系，更好地理解其在整個(gè)物理知識體系中的位置和作用。可變性也是圖式的重要特征之一。隨著個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和學(xué)習(xí)的深入，圖式會不斷地發(fā)展和變化。當(dāng)個(gè)體遇到新的信息或情境時(shí)，如果現(xiàn)有圖式能夠容納新信息，就會發(fā)生同化過程，使圖式得到進(jìn)一步豐富和完善；若現(xiàn)有圖式無法同化新信息，則會引發(fā)順應(yīng)過程，個(gè)體需要調(diào)整或重構(gòu)原有圖式，以適應(yīng)新的情況。例如，在學(xué)習(xí)牛頓力學(xué)時(shí)，學(xué)生最初可能只掌握了物體在恒力作用下的運(yùn)動規(guī)律，但隨著學(xué)習(xí)的深入，接觸到變力作用下的物體運(yùn)動，原有的圖式無法解釋這些新現(xiàn)象，此時(shí)學(xué)生就需要對原有圖式進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)展，引入新的概念和方法，如沖量、動量定理等，從而形成新的、更完善的圖式。圖式在知識組織和信息處理中發(fā)揮著關(guān)鍵功能。在知識組織方面，圖式能夠?qū)⒘闵⒌闹R整合為一個(gè)有機(jī)的整體，使知識之間建立起緊密的聯(lián)系，便于學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和記憶。例如，在構(gòu)建“電場”圖式時(shí)，學(xué)生可以將電場強(qiáng)度、電勢、電勢能等相關(guān)概念聯(lián)系起來，明確它們之間的相互關(guān)系，從而形成一個(gè)完整的知識體系。在學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度的概念時(shí)，學(xué)生可以通過與電勢、電勢能的聯(lián)系，更好地理解電場強(qiáng)度的物理意義和應(yīng)用。在信息處理過程中，圖式能夠幫助個(gè)體快速識別和理解新信息。當(dāng)個(gè)體面對新的信息時(shí)，會自動激活與之相關(guān)的圖式，通過圖式的匹配和推理，對新信息進(jìn)行解釋和加工。例如，在閱讀物理教材時(shí)，學(xué)生遇到關(guān)于電容器的內(nèi)容，會迅速激活頭腦中已有的電學(xué)圖式，將電容器的相關(guān)知識與已有的電場、電荷等知識聯(lián)系起來，從而更好地理解電容器的工作原理和特性。同時(shí)，圖式還能夠引導(dǎo)個(gè)體進(jìn)行預(yù)測和推理，根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，對未知的情況進(jìn)行合理的推斷。在解決物理問題時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)已有的物理圖式，對問題進(jìn)行分析和預(yù)測，選擇合適的解題方法和策略。例如，在分析電路故障時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)電路的基本圖式，預(yù)測可能出現(xiàn)的故障原因，并通過推理和驗(yàn)證來確定具體的故障點(diǎn)。2.1.3圖式的獲得與發(fā)展機(jī)制圖式的獲得與發(fā)展主要通過同化和順應(yīng)這兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過程來實(shí)現(xiàn)。同化是指個(gè)體把新的刺激或信息納入已有的圖式之中，使原有的圖式得到充實(shí)和擴(kuò)展。例如，學(xué)生在已經(jīng)掌握了“力”的基本圖式后，學(xué)習(xí)“浮力”這一概念時(shí)，能夠?qū)⒏×Φ南嚓P(guān)知識，如浮力的定義、計(jì)算公式、方向等，納入到已有的“力”的圖式中，進(jìn)一步豐富了對力的認(rèn)識。在學(xué)習(xí)浮力的計(jì)算公式時(shí)，學(xué)生可以將其與已有的力的計(jì)算公式進(jìn)行類比，更好地理解浮力的計(jì)算方法。當(dāng)個(gè)體遇到的新信息無法被現(xiàn)有圖式所同化時(shí)，就會發(fā)生順應(yīng)過程。此時(shí)，個(gè)體需要調(diào)整或改變原有的圖式，以適應(yīng)新的信息和情境。例如，在學(xué)習(xí)相對論時(shí)，其中關(guān)于時(shí)間和空間相對性的概念與學(xué)生原有的經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀圖式產(chǎn)生了沖突，學(xué)生無法用原有的圖式來理解這些新內(nèi)容。為了適應(yīng)這種變化，學(xué)生就需要打破原有的時(shí)空觀圖式，接受新的概念和理論，構(gòu)建新的關(guān)于時(shí)空的圖式。在學(xué)習(xí)相對論中的時(shí)間膨脹和長度收縮概念時(shí)，學(xué)生需要摒棄原有的絕對時(shí)空觀，建立起相對時(shí)空觀的圖式。在中學(xué)物理加速度圖式的形成過程中，同化和順應(yīng)也發(fā)揮著重要作用。學(xué)生在最初接觸加速度概念時(shí)，可能會基于日常生活中對速度變化的直觀感受，形成一個(gè)初步的加速度圖式，這一過程包含了同化。隨著學(xué)習(xí)的深入，當(dāng)遇到加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系等復(fù)雜內(nèi)容時(shí)，原有的圖式無法完全解釋這些新信息，學(xué)生就需要通過順應(yīng)，調(diào)整和完善原有的加速度圖式。在學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，學(xué)生需要將加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系納入到加速度圖式中，對原有的圖式進(jìn)行擴(kuò)展和深化。同時(shí)，在解決各種涉及加速度的物理問題時(shí)，學(xué)生不斷地運(yùn)用和鞏固加速度圖式，通過同化新的問題情境和解題方法，使加速度圖式更加豐富和靈活，從而實(shí)現(xiàn)加速度圖式的不斷發(fā)展和完善。在解決汽車啟動過程中加速度變化的問題時(shí)，學(xué)生可以將新的問題情境納入到加速度圖式中，進(jìn)一步提高對加速度概念的理解和應(yīng)用能力。2.2物理概念學(xué)習(xí)與圖式理論2.2.1中學(xué)物理概念學(xué)習(xí)的特點(diǎn)與難點(diǎn)中學(xué)物理概念具有高度的抽象性，它往往是對客觀物理現(xiàn)象的本質(zhì)屬性進(jìn)行抽象和概括而形成的。例如，電場和磁場的概念，它們雖然看不見、摸不著，但卻真實(shí)存在于我們周圍，對電荷和磁體產(chǎn)生著作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些概念時(shí)，難以直接通過感官去感知，需要依靠抽象思維來理解其本質(zhì)。在學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度的概念時(shí)，學(xué)生需要理解電場對放入其中的電荷有力的作用，且電場強(qiáng)度的大小和方向與放入的電荷無關(guān)，這對于學(xué)生的抽象思維能力是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。中學(xué)物理概念還具有很強(qiáng)的邏輯性，各個(gè)概念之間相互關(guān)聯(lián)，形成了一個(gè)嚴(yán)密的邏輯體系。例如，速度、加速度、力等概念之間存在著緊密的邏輯聯(lián)系，牛頓第二定律F=ma就揭示了力與加速度之間的定量關(guān)系，而加速度又與速度的變化相關(guān)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，需要理清這些概念之間的邏輯關(guān)系，才能真正掌握物理知識。如果學(xué)生對速度和加速度的概念理解不清，就難以理解牛頓第二定律，在解決相關(guān)物理問題時(shí)也會遇到困難。此外，物理概念還具有一定的相對性。在不同的物理情境和理論框架下，同一物理概念可能具有不同的含義或表現(xiàn)形式。例如，在經(jīng)典力學(xué)和相對論中，時(shí)間和空間的概念就存在差異。在經(jīng)典力學(xué)中，時(shí)間和空間是絕對的，而在相對論中，時(shí)間和空間會隨著物體的運(yùn)動速度而發(fā)生變化。這種相對性增加了學(xué)生理解物理概念的難度，學(xué)生需要不斷調(diào)整自己的思維方式，以適應(yīng)不同情境下物理概念的變化。學(xué)生在學(xué)習(xí)中學(xué)物理概念時(shí)，常常會受到日常生活經(jīng)驗(yàn)的干擾。在日常生活中，學(xué)生對一些物理現(xiàn)象形成了自己的直觀認(rèn)識，但這些認(rèn)識往往是不準(zhǔn)確的，甚至是錯(cuò)誤的。例如，學(xué)生可能會認(rèn)為物體的運(yùn)動需要力來維持，這與牛頓第一定律所闡述的物體在不受外力作用時(shí)保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)的觀點(diǎn)相悖。這種錯(cuò)誤的前概念會阻礙學(xué)生對正確物理概念的理解，需要教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生打破這些錯(cuò)誤觀念，建立科學(xué)的物理概念。同時(shí)，數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的一大難點(diǎn)。物理概念的描述和定量分析往往需要借助數(shù)學(xué)公式和方法，例如加速度的定義式a=Δv/Δt，就運(yùn)用了數(shù)學(xué)中的比值定義法。對于一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說，理解和運(yùn)用這些數(shù)學(xué)公式來表達(dá)物理概念存在困難，容易將物理問題簡單地?cái)?shù)學(xué)化，忽略了公式背后的物理意義。在學(xué)習(xí)電阻的概念時(shí)，學(xué)生可能會根據(jù)電阻的定義式R=U/I，錯(cuò)誤地認(rèn)為電阻與電壓成正比，與電流成反比，而忽略了電阻是導(dǎo)體本身的一種屬性，只與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積等因素有關(guān)。2.2.2圖式理論在物理概念學(xué)習(xí)中的應(yīng)用原理圖式理論在物理概念學(xué)習(xí)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能夠幫助學(xué)生更好地理解、記憶和應(yīng)用物理概念。在理解物理概念方面，圖式為學(xué)生提供了一個(gè)有效的認(rèn)知框架。當(dāng)學(xué)生接觸到新的物理概念時(shí)，他們可以將其與已有的圖式進(jìn)行聯(lián)系和匹配。例如，在學(xué)習(xí)“電容器”這一概念時(shí)，學(xué)生可以激活頭腦中已有的電學(xué)圖式，將電容器與電場、電荷、電壓等相關(guān)概念聯(lián)系起來，通過已有圖式的幫助，理解電容器儲存電荷的原理以及電容的定義和影響因素。學(xué)生可以通過將電容器的電容與容器的容積進(jìn)行類比，利用已有的關(guān)于容積的圖式來理解電容的概念，即電容表示電容器儲存電荷的能力，就像容積表示容器儲存液體的能力一樣。在記憶物理概念時(shí)，圖式能夠促進(jìn)知識的結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化，提高記憶的效率和準(zhǔn)確性。圖式將零散的物理知識組織成一個(gè)有機(jī)的整體，使知識之間建立起緊密的聯(lián)系。例如，在學(xué)習(xí)“力”的概念時(shí)，學(xué)生可以構(gòu)建一個(gè)關(guān)于力的圖式，包括力的定義、力的三要素（大小、方向、作用點(diǎn)）、常見的力（重力、彈力、摩擦力等）以及力的作用效果等內(nèi)容。這樣，在記憶力的相關(guān)知識時(shí)，學(xué)生可以通過圖式的框架，快速回憶起各個(gè)知識點(diǎn)，并且能夠清晰地把握它們之間的關(guān)系。當(dāng)學(xué)生需要回憶彈力的相關(guān)知識時(shí)，他們可以通過力的圖式，快速聯(lián)想到彈力是由于物體發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的，其大小與形變程度有關(guān)，方向與形變方向相反等內(nèi)容。在應(yīng)用物理概念解決問題時(shí)，圖式能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效的思維和推理。當(dāng)學(xué)生面對物理問題時(shí)，他們可以根據(jù)問題的情境激活相應(yīng)的圖式，從圖式中提取相關(guān)的知識和方法，對問題進(jìn)行分析和解決。例如，在解決“物體在斜面上的受力分析”問題時(shí)，學(xué)生可以激活力學(xué)圖式，根據(jù)圖式中關(guān)于重力、支持力、摩擦力等力的知識，分析物體在斜面上的受力情況，進(jìn)而運(yùn)用牛頓第二定律等物理規(guī)律求解問題。學(xué)生可以根據(jù)力學(xué)圖式，確定物體受到重力、斜面的支持力以及可能存在的摩擦力，然后根據(jù)力的合成與分解方法，將重力分解為沿斜面方向和垂直于斜面方向的兩個(gè)分力，再結(jié)合牛頓第二定律列出方程求解。2.3概念圖式與物理問題解決2.3.1中學(xué)物理問題解決的思維過程在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生解決物理問題時(shí)，其思維過程通常遵循一定的步驟。首先是理解問題階段，學(xué)生需要仔細(xì)閱讀題目，明確問題所描述的物理情境，提取關(guān)鍵信息，包括已知條件、所求物理量以及涉及的物理對象和物理過程等。在解決“一個(gè)質(zhì)量為m的物體在水平面上受到一個(gè)恒定拉力F的作用，求物體的加速度”這一問題時(shí)，學(xué)生需要明確已知的物體質(zhì)量m和拉力F，以及要求解的加速度這一關(guān)鍵信息，同時(shí)理解物體在水平面上的受力和運(yùn)動情境。在這一過程中，學(xué)生還需要將題目中的文字信息轉(zhuǎn)化為物理圖像，在腦海中構(gòu)建出清晰的物理模型，這有助于學(xué)生更好地把握問題的本質(zhì)。選擇方法階段是解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生需要根據(jù)對問題的理解，結(jié)合已有的物理知識和經(jīng)驗(yàn)，判斷問題所屬的類型，進(jìn)而選擇合適的物理原理、公式和方法來解決問題。對于上述問題，學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律F=ma，判斷出可以通過已知的拉力F和物體質(zhì)量m來求解加速度a，從而確定了解題方法。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要對所學(xué)的物理知識有清晰的理解和記憶，能夠準(zhǔn)確地將問題與相應(yīng)的知識和方法進(jìn)行匹配。如果學(xué)生對牛頓第二定律的適用條件和公式理解不透徹，就可能無法正確選擇解題方法。在推導(dǎo)答案階段，學(xué)生運(yùn)用選定的方法和公式進(jìn)行邏輯推理和數(shù)學(xué)運(yùn)算。按照牛頓第二定律F=ma，將已知的拉力F和物體質(zhì)量m代入公式，計(jì)算出物體的加速度a=F/m。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要注意數(shù)學(xué)運(yùn)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)要確保物理量的單位統(tǒng)一，并且要對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理性分析，判斷答案是否符合實(shí)際物理情境。如果計(jì)算出的加速度為負(fù)數(shù)，學(xué)生需要思考是否存在受力分析錯(cuò)誤或公式使用不當(dāng)?shù)那闆r，因?yàn)樵趯?shí)際情境中，加速度的方向應(yīng)與拉力方向一致，通常為正值。在解決問題后，學(xué)生還需要對整個(gè)解題過程進(jìn)行反思和總結(jié)?；仡櫧忸}思路和方法，思考是否有其他更簡便的解法，總結(jié)解題過程中遇到的問題和困難，以及從中獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，這有助于學(xué)生加深對物理知識的理解，提高解決問題的能力。在反思過程中，學(xué)生可以將同一類型的物理問題進(jìn)行歸納總結(jié)，找出它們的共性和差異，形成解題的思維模式，以便在今后遇到類似問題時(shí)能夠迅速準(zhǔn)確地解決。例如，對于各種涉及物體受力和運(yùn)動的問題，學(xué)生可以總結(jié)出通用的解題步驟，即先進(jìn)行受力分析，再根據(jù)牛頓第二定律列出方程，最后求解方程得出答案。2.3.2概念圖式在物理問題解決中的作用概念圖式在中學(xué)物理問題解決中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為學(xué)生提供了有效的框架和思路，極大地促進(jìn)了知識的遷移和應(yīng)用。概念圖式為問題解決提供了一個(gè)整體的框架。當(dāng)學(xué)生面對物理問題時(shí)，頭腦中的概念圖式能夠被激活，幫助學(xué)生快速識別問題所涉及的物理知識領(lǐng)域，明確相關(guān)的物理概念和原理。在解決關(guān)于電路問題時(shí)，學(xué)生的電學(xué)概念圖式會被激活，使學(xué)生迅速意識到問題與電流、電壓、電阻、歐姆定律等電學(xué)知識相關(guān)，從而能夠從圖式中提取相關(guān)信息，為解決問題奠定基礎(chǔ)。通過概念圖式，學(xué)生可以將問題中的各種信息與已有的知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)有序的思維路徑，避免在解題過程中出現(xiàn)盲目嘗試和混亂的思維。概念圖式有助于促進(jìn)知識的遷移和應(yīng)用。完善的概念圖式能夠幫助學(xué)生在不同的問題情境中靈活運(yùn)用所學(xué)知識，將已有的知識經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到新的問題中。例如，學(xué)生在掌握了牛頓第二定律在直線運(yùn)動中的應(yīng)用后，當(dāng)遇到曲線運(yùn)動中涉及力與加速度關(guān)系的問題時(shí)，能夠通過概念圖式中力、加速度、運(yùn)動等概念之間的聯(lián)系，將牛頓第二定律的知識遷移到曲線運(yùn)動的情境中，理解在曲線運(yùn)動中物體所受合外力與加速度的關(guān)系，從而運(yùn)用相關(guān)知識解決問題。在學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以將牛頓第二定律應(yīng)用到平拋運(yùn)動的豎直方向和水平方向上，分別分析物體在這兩個(gè)方向上的受力和運(yùn)動情況，進(jìn)而求解平拋運(yùn)動的相關(guān)物理量。這種知識的遷移能力是學(xué)生解決物理問題的關(guān)鍵能力之一，而概念圖式為這種能力的培養(yǎng)提供了有力的支持。概念圖式還能夠幫助學(xué)生對問題進(jìn)行深入分析和推理。圖式中的知識節(jié)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)，學(xué)生可以根據(jù)這些關(guān)聯(lián)進(jìn)行邏輯推理，挖掘問題中的隱含條件，拓展思維的深度和廣度。在解決力學(xué)問題時(shí)，通過力與加速度、速度、位移等概念之間的關(guān)系，學(xué)生可以從已知條件出發(fā)，逐步推導(dǎo)未知量，并且能夠?qū)栴}進(jìn)行多維度的思考，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。例如，在分析一個(gè)物體在斜面上的運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以通過概念圖式中重力、支持力、摩擦力與加速度的關(guān)系，以及加速度與速度、位移的關(guān)系，深入分析物體在斜面上的運(yùn)動狀態(tài)變化，包括速度的變化、位移的大小等，從而全面準(zhǔn)確地解決問題。三、加速度圖式的內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)3.1加速度概念的本質(zhì)剖析3.1.1加速度的定義與物理意義加速度在物理學(xué)中被定義為速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值，用公式表示為a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，其中a代表加速度，\Deltav表示速度的變化量，\Deltat為速度變化所經(jīng)歷的時(shí)間。加速度是一個(gè)矢量，不僅有大小，還有方向，其方向與速度變化量\Deltav的方向相同。加速度的物理意義在于它精確地描述了物體速度變化的快慢程度。例如，在汽車啟動時(shí)，若在短時(shí)間內(nèi)速度迅速增大，就意味著汽車具有較大的加速度；而當(dāng)汽車在行駛過程中緩慢減速時(shí)，其加速度相對較小。在賽車比賽中，賽車在短時(shí)間內(nèi)能夠從靜止加速到極高的速度，這體現(xiàn)了賽車具有很大的加速度，反映出其速度變化非?？臁＜铀俣仍诿枋鑫矬w運(yùn)動狀態(tài)變化方面起著關(guān)鍵作用，它是連接運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的重要橋梁，通過加速度，我們可以深入理解物體在力的作用下如何改變其運(yùn)動狀態(tài)。根據(jù)牛頓第二定律F=ma（其中F是物體所受的合外力，m是物體的質(zhì)量），我們可以知道加速度與物體所受的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，這進(jìn)一步說明了加速度在揭示物體運(yùn)動本質(zhì)方面的重要性。3.1.2加速度與速度、速度變化量的關(guān)系辨析加速度、速度和速度變化量是三個(gè)緊密相關(guān)但又有著本質(zhì)區(qū)別的物理概念。速度是描述物體運(yùn)動快慢和方向的物理量，它反映了物體在某一時(shí)刻的運(yùn)動狀態(tài)。例如，一輛汽車以60km/h的速度在公路上勻速行駛，這里的60km/h就是汽車的速度，它表示汽車在單位時(shí)間內(nèi)所通過的路程以及運(yùn)動的方向。速度變化量\Deltav=v-v_0，其中v是末速度，v_0是初速度，它描述的是物體速度在一段時(shí)間內(nèi)的改變情況。若汽車在加速過程中，初速度為30km/h，經(jīng)過一段時(shí)間后速度變?yōu)?0km/h，那么速度變化量\Deltav=50-30=20km/h，表示汽車的速度增加了20km/h。加速度則是速度變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值，強(qiáng)調(diào)速度變化的快慢。若上述汽車速度從30km/h增加到50km/h用時(shí)5s，根據(jù)加速度公式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，可算出加速度a=\frac{20}{5}=4km/h/s，表明汽車每秒速度增加4km/h，體現(xiàn)了速度變化的快慢程度。從大小關(guān)系來看，速度大并不意味著加速度大，加速度大也不代表速度大。比如，高速勻速飛行的飛機(jī)，其速度很大，但由于速度沒有變化，加速度為零；而火箭發(fā)射瞬間，速度很小，但加速度卻非常大。加速度的大小與速度變化量的大小也沒有必然聯(lián)系，速度變化量大，加速度不一定大，還與速度變化所用的時(shí)間有關(guān)。若一個(gè)物體速度變化量很大，但經(jīng)歷的時(shí)間很長，其加速度可能較??；反之，速度變化量小，但時(shí)間很短，加速度也可能較大。在方向上，加速度的方向與速度變化量的方向始終相同，但與速度方向不一定相同。當(dāng)加速度方向與速度方向相同時(shí)，物體做加速運(yùn)動；當(dāng)加速度方向與速度方向相反時(shí)，物體做減速運(yùn)動。汽車加速前進(jìn)時(shí)，加速度方向與速度方向相同；汽車剎車時(shí)，加速度方向與速度方向相反。理解加速度與速度、速度變化量之間的關(guān)系，是準(zhǔn)確把握加速度概念的關(guān)鍵，對于解決各種物理運(yùn)動學(xué)問題至關(guān)重要。在分析物體的運(yùn)動過程時(shí)，只有清晰地區(qū)分這三個(gè)概念，才能正確地運(yùn)用物理規(guī)律進(jìn)行計(jì)算和推理。三、加速度圖式的內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)3.2加速度圖式的組成要素3.2.1基本概念要素加速度圖式中的基本概念要素是構(gòu)建整個(gè)圖式的基石，對學(xué)生理解加速度的本質(zhì)起著關(guān)鍵作用。加速度的定義式為a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，這是學(xué)生首先需要掌握的核心公式，它清晰地表明了加速度是速度變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值。在計(jì)算汽車啟動過程的加速度時(shí)，若已知汽車在t=5s內(nèi)速度從v_0=0m/s增加到v=10m/s，根據(jù)公式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}=\frac{v-v_0}{t}=\frac{10-0}{5}=2m/s^2，即可求出加速度。加速度的單位是米每二次方秒（m/s^2），這一單位的理解對于學(xué)生將加速度的數(shù)值與實(shí)際物理情境相聯(lián)系至關(guān)重要。學(xué)生需要明白1m/s^2表示物體每秒速度增加或減少1m/s，這有助于學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)對加速度的大小有更直觀的感受。加速度的方向也是一個(gè)極為重要的基本概念。加速度作為矢量，其方向與速度變化量\Deltav的方向相同。當(dāng)物體做加速直線運(yùn)動時(shí)，加速度方向與速度方向一致；當(dāng)物體做減速直線運(yùn)動時(shí)，加速度方向與速度方向相反。汽車加速行駛時(shí)，速度逐漸增大，加速度方向與速度方向相同；汽車剎車時(shí)，速度逐漸減小，加速度方向與速度方向相反。在分析物體的曲線運(yùn)動時(shí)，加速度方向與速度方向不在同一直線上，而是指向曲線的凹側(cè)。在平拋運(yùn)動中，物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動，速度方向不變，在豎直方向做自由落體運(yùn)動，加速度方向豎直向下，因此平拋運(yùn)動的加速度方向與速度方向始終不在同一直線上。理解加速度的方向?qū)τ跍?zhǔn)確把握物體的運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動趨勢具有重要意義，它是學(xué)生解決復(fù)雜物理運(yùn)動問題的關(guān)鍵。3.2.2相關(guān)規(guī)律要素與加速度相關(guān)的物理規(guī)律是加速度圖式的重要組成部分，它們揭示了加速度與其他物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，為學(xué)生解決物理問題提供了理論依據(jù)。牛頓第二定律F=ma是加速度圖式中最為核心的規(guī)律之一。該定律表明，物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。在分析物體的受力和運(yùn)動情況時(shí)，牛頓第二定律起著關(guān)鍵作用。當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為m=2kg的物體受到一個(gè)大小為F=4N的合外力作用時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律a=\frac{F}{m}，可計(jì)算出物體的加速度a=\frac{4}{2}=2m/s^2，方向與合外力方向相同。這一規(guī)律使學(xué)生能夠?qū)⑽矬w所受的力與加速度聯(lián)系起來，深入理解力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。運(yùn)動學(xué)公式也是加速度圖式中的重要規(guī)律要素。勻變速直線運(yùn)動的速度公式v=v_0+at，它描述了物體在勻變速直線運(yùn)動中速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。若已知物體的初速度v_0、加速度a和運(yùn)動時(shí)間t，就可以通過該公式計(jì)算出物體在任意時(shí)刻的速度。位移公式x=v_0t+\frac{1}{2}at^2則描述了物體在勻變速直線運(yùn)動中的位移與初速度、加速度和時(shí)間的關(guān)系。速度位移公式v^2-v_0^2=2ax，它在已知物體的初末速度、加速度和位移中的任意三個(gè)量時(shí)，可求解第四個(gè)量。在解決汽車剎車問題時(shí)，已知汽車的初速度v_0、加速度a（剎車時(shí)加速度為負(fù)值），可通過速度公式計(jì)算出汽車停止所需的時(shí)間，再利用位移公式計(jì)算出剎車距離，或者直接使用速度位移公式求解剎車距離。這些運(yùn)動學(xué)公式相互關(guān)聯(lián)，為學(xué)生解決勻變速直線運(yùn)動問題提供了多種途徑和方法。3.2.3典型情境要素常見的涉及加速度的物理情境是加速度圖式的重要內(nèi)容，它們?yōu)閷W(xué)生理解加速度概念和應(yīng)用相關(guān)規(guī)律提供了具體的場景和實(shí)例。勻變速直線運(yùn)動是一種典型的加速度不變的運(yùn)動情境。在自由落體運(yùn)動中，物體只在重力作用下，從靜止開始下落，加速度為重力加速度g，方向豎直向下。根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式，可計(jì)算物體下落的速度、位移等物理量。若一個(gè)物體從高處自由下落，經(jīng)過t=3s，根據(jù)速度公式v=gt=9.8??3=29.4m/s（取g=9.8m/s^2），位移公式h=\frac{1}{2}gt^2=\frac{1}{2}??9.8??3^2=44.1m。在分析自由落體運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以深入理解加速度與速度、位移之間的關(guān)系，以及重力在其中所起的作用。平拋運(yùn)動是另一種常見的涉及加速度的物理情境。在平拋運(yùn)動中，物體具有水平方向的初速度，同時(shí)在豎直方向上受到重力作用，加速度為重力加速度g，方向豎直向下。水平方向上物體做勻速直線運(yùn)動，速度保持不變；豎直方向上物體做自由落體運(yùn)動。通過對平拋運(yùn)動的分析，學(xué)生可以將加速度的知識應(yīng)用到曲線運(yùn)動中，理解加速度在不同方向上的作用和效果。若一個(gè)物體以水平初速度v_0=10m/s做平拋運(yùn)動，經(jīng)過t=2s，在水平方向上的位移x=v_0t=10??2=20m，在豎直方向上的速度v_y=gt=9.8??2=19.6m/s，位移y=\frac{1}{2}gt^2=\frac{1}{2}??9.8??2^2=19.6m。在分析平拋運(yùn)動時(shí)，學(xué)生需要運(yùn)用運(yùn)動的合成與分解方法，將平拋運(yùn)動分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分運(yùn)動，分別進(jìn)行分析和計(jì)算，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和解決問題的能力。3.3加速度圖式的層次結(jié)構(gòu)3.3.1初級圖式：對加速度的初步理解在中學(xué)物理加速度學(xué)習(xí)的初期階段，學(xué)生主要構(gòu)建的是初級加速度圖式。這一階段，學(xué)生對加速度的認(rèn)識多基于日常生活中的直觀感受，如汽車啟動時(shí)速度逐漸加快，剎車時(shí)速度迅速減慢，這些現(xiàn)象使學(xué)生初步感知到物體速度是可以變化的，且變化存在快慢之分。在這個(gè)基礎(chǔ)上，學(xué)生開始接觸加速度的基本定義和公式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，通過簡單的數(shù)值計(jì)算來理解加速度的概念。當(dāng)已知汽車在5s內(nèi)速度從0m/s增加到10m/s，學(xué)生能夠運(yùn)用公式計(jì)算出加速度a=\frac{10-0}{5}=2m/s^2，從而認(rèn)識到加速度表示速度變化的快慢程度。初級圖式下的學(xué)生在解題時(shí)，多應(yīng)用基本公式進(jìn)行簡單的計(jì)算。例如，在解決“已知物體初速度為5m/s，經(jīng)過3s后速度變?yōu)?1m/s，求加速度”這類問題時(shí)，學(xué)生能夠熟練地運(yùn)用加速度定義式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}=\frac{11-5}{3}=2m/s^2得出答案。但此時(shí)學(xué)生對加速度的理解較為膚淺，往往僅關(guān)注公式的表面應(yīng)用，對加速度的矢量性認(rèn)識不足，容易忽略加速度方向與速度變化方向的一致性。在分析物體做減速運(yùn)動的情況時(shí)，部分學(xué)生可能只是單純地計(jì)算加速度的大小，而忽視了加速度方向與速度方向相反這一關(guān)鍵要點(diǎn)。3.3.2中級圖式：深化理解與規(guī)律應(yīng)用隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生逐漸構(gòu)建起中級加速度圖式。在這一階段，學(xué)生對加速度概念的理解更為深入，不僅能夠準(zhǔn)確把握加速度的定義和公式，還能深刻理解加速度的矢量性，明確其方向與速度變化量的方向相同。在分析物體的運(yùn)動過程時(shí)，學(xué)生能夠全面考慮加速度的大小和方向?qū)ξ矬w運(yùn)動狀態(tài)的影響。在研究汽車剎車問題時(shí)，學(xué)生不僅能根據(jù)速度變化計(jì)算出加速度的大小，還能清晰地認(rèn)識到加速度方向與汽車運(yùn)動方向相反，從而準(zhǔn)確判斷汽車是做減速運(yùn)動。中級圖式下的學(xué)生開始運(yùn)用加速度相關(guān)規(guī)律解決較為復(fù)雜的問題。例如，在結(jié)合牛頓第二定律F=ma解決力學(xué)問題時(shí)，學(xué)生能夠通過對物體進(jìn)行受力分析，計(jì)算出合外力，再利用牛頓第二定律求出加速度，進(jìn)而分析物體的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為m=3kg的物體受到一個(gè)水平向右的拉力F=6N，同時(shí)受到水平向左的摩擦力f=3N時(shí)，學(xué)生能夠先計(jì)算出合外力F_{???}=F-f=6-3=3N，方向水平向右，然后根據(jù)牛頓第二定律a=\frac{F_{???}}{m}=\frac{3}{3}=1m/s^2，得出物體的加速度大小為1m/s^2，方向水平向右。在解決勻變速直線運(yùn)動的問題時(shí)，學(xué)生能夠熟練運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式v=v_0+at、x=v_0t+\frac{1}{2}at^2、v^2-v_0^2=2ax，根據(jù)已知條件靈活選擇合適的公式進(jìn)行求解。3.3.3高級圖式：綜合運(yùn)用與拓展創(chuàng)新當(dāng)學(xué)生構(gòu)建起高級加速度圖式時(shí)，他們已經(jīng)能夠?qū)⒓铀俣戎R與其他物理概念進(jìn)行深度融合，形成一個(gè)完整的知識體系，具備較強(qiáng)的綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新思維。在分析復(fù)雜的物理問題時(shí)，學(xué)生能夠從多個(gè)角度出發(fā)，運(yùn)用加速度與力、速度、位移等物理量之間的關(guān)系，全面、深入地理解問題的本質(zhì)。在研究天體運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以將加速度與萬有引力定律相結(jié)合，分析衛(wèi)星在不同軌道上運(yùn)行時(shí)的加速度變化情況。根據(jù)萬有引力定律F=G\frac{Mm}{r^2}（其中G為引力常量，M為中心天體質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星到中心天體的距離），以及牛頓第二定律F=ma，可得衛(wèi)星的加速度a=G\frac{M}{r^2}，從而深入理解衛(wèi)星在不同軌道上加速度與軌道半徑的關(guān)系。在解決創(chuàng)新性問題方面，高級圖式下的學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識，提出獨(dú)特的解決方案。在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以巧妙地利用加速度的原理，設(shè)計(jì)出測量加速度的新方法。通過讓物體在斜面上做勻加速直線運(yùn)動，利用光電門傳感器測量物體在不同位置的速度，再結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式計(jì)算出加速度。在解決實(shí)際生活中的問題時(shí)，學(xué)生也能夠運(yùn)用加速度知識進(jìn)行創(chuàng)新思考。在研究汽車的安全性能時(shí)，學(xué)生可以從加速度的角度出發(fā)，分析汽車在碰撞過程中的速度變化和加速度大小，提出改進(jìn)汽車安全裝置的建議，以減少碰撞時(shí)對乘客的傷害。四、加速度圖式的習(xí)得過程分析4.1感知與初步構(gòu)建階段4.1.1生活經(jīng)驗(yàn)與物理現(xiàn)象的引入在中學(xué)物理教學(xué)中，教師通常會從學(xué)生熟悉的生活場景入手，引導(dǎo)學(xué)生感知加速度的存在。汽車啟動和剎車是常見的生活實(shí)例，當(dāng)汽車啟動時(shí)，速度從零逐漸增大，學(xué)生能夠直觀地感受到汽車速度在不斷變化，且變化有快慢之分。在啟動過程中，不同的汽車其速度增加的快慢有所不同，一些高性能汽車能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到較高速度，這體現(xiàn)了其較大的加速度；而普通汽車的速度增加相對較為緩慢，加速度較小。當(dāng)汽車剎車時(shí)，速度會逐漸減小直至停止，剎車過程中速度變化的快慢同樣反映了加速度的大小。緊急剎車時(shí)，汽車能在很短的時(shí)間內(nèi)停下來，速度變化快，加速度大；而緩慢剎車時(shí)，速度變化相對較慢，加速度較小。自由落體運(yùn)動也是引入加速度概念的典型物理現(xiàn)象。在日常生活中，學(xué)生可以觀察到物體從高處自由下落，如蘋果從樹上掉落。在這個(gè)過程中，物體的速度不斷增大，且速度變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。通過對自由落體運(yùn)動的觀察和分析，學(xué)生能夠初步認(rèn)識到物體在重力作用下會產(chǎn)生加速度，且加速度的大小近似為重力加速度g。伽利略曾通過著名的斜面實(shí)驗(yàn)，將自由落體運(yùn)動進(jìn)行“沖淡”，使得時(shí)間測量更容易，從而更準(zhǔn)確地研究了物體在重力作用下的運(yùn)動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)物體下落的距離與時(shí)間的平方成正比，這一實(shí)驗(yàn)為加速度概念的建立奠定了重要基礎(chǔ)。在教學(xué)中，教師可以通過演示伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀地感受物體在重力作用下的加速度以及速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。4.1.2概念的初步形成與認(rèn)知沖突在初步接觸加速度概念時(shí)，學(xué)生往往會產(chǎn)生一些認(rèn)知沖突，其中最常見的是將加速度與速度混淆。學(xué)生在日常生活中對速度的概念較為熟悉，容易受到日常經(jīng)驗(yàn)的影響，將加速度簡單地等同于速度。在描述汽車行駛時(shí)，學(xué)生可能會說“汽車開得很快，所以加速度很大”，這種錯(cuò)誤的理解源于他們對加速度本質(zhì)的認(rèn)識不足，沒有意識到加速度描述的是速度變化的快慢，而不是速度的大小。將加速度與速度變化量混淆也是學(xué)生常見的問題。學(xué)生可能會認(rèn)為速度變化量大，加速度就一定大，忽略了速度變化所用的時(shí)間對加速度的影響。在比較兩個(gè)物體的加速度時(shí)，僅依據(jù)速度變化量的大小來判斷，而不考慮時(shí)間因素。若一個(gè)物體在較長時(shí)間內(nèi)速度變化了10m/s，另一個(gè)物體在很短時(shí)間內(nèi)速度變化了5m/s，學(xué)生可能會錯(cuò)誤地認(rèn)為速度變化量為10m/s的物體加速度更大，而實(shí)際上，根據(jù)加速度的定義a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，還需要考慮速度變化所用的時(shí)間，才能準(zhǔn)確判斷加速度的大小。此外，學(xué)生在理解加速度的矢量性時(shí)也存在困難。由于加速度不僅有大小，還有方向，這對于學(xué)生來說較為抽象。在分析物體的運(yùn)動時(shí)，學(xué)生往往只關(guān)注加速度的大小，而忽視其方向。在物體做減速運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可能難以理解加速度方向與速度方向相反這一概念，導(dǎo)致在解決相關(guān)問題時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在計(jì)算汽車剎車時(shí)的加速度時(shí)，學(xué)生可能只計(jì)算出加速度的大小，而沒有考慮到加速度方向與汽車運(yùn)動方向相反，從而在后續(xù)的計(jì)算和分析中產(chǎn)生偏差。4.2理解與深化階段4.2.1實(shí)驗(yàn)探究與概念理解在學(xué)生對加速度有了初步感知和認(rèn)識后，實(shí)驗(yàn)探究成為深化理解加速度概念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。斜面小車實(shí)驗(yàn)是這一階段的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更直觀、深入地理解加速度的概念。在實(shí)驗(yàn)中，通常會用到一個(gè)可調(diào)節(jié)傾斜角度的斜面、一輛小車、計(jì)時(shí)器以及測量長度的尺子等器材。將小車放置在斜面頂端，松開手讓小車自由下滑，此時(shí)小車在重力沿斜面方向分力的作用下做勻加速直線運(yùn)動。學(xué)生可以通過改變斜面的傾斜角度來觀察小車運(yùn)動的變化。當(dāng)斜面傾角增大時(shí)，小車受到的重力沿斜面方向的分力增大，根據(jù)牛頓第二定律F=ma（這里F為合外力，即重力沿斜面方向的分力，m為小車質(zhì)量，a為加速度），小車的加速度增大，學(xué)生可以明顯觀察到小車下滑得更快，在相同時(shí)間內(nèi)通過的距離更遠(yuǎn)。反之，當(dāng)斜面傾角減小時(shí)，小車的加速度減小，下滑速度變慢，相同時(shí)間內(nèi)通過的距離變短。通過測量小車在不同斜面傾角下，從斜面頂端滑到底端的時(shí)間t以及斜面的長度s，再利用運(yùn)動學(xué)公式s=v_0t+\frac{1}{2}at^2（由于小車從靜止開始下滑，v_0=0，公式簡化為s=\frac{1}{2}at^2），就可以計(jì)算出小車在不同情況下的加速度a=\frac{2s}{t^2}。這樣，學(xué)生通過實(shí)際測量和計(jì)算，親身體驗(yàn)到加速度與物體所受外力（這里是重力沿斜面方向的分力）以及運(yùn)動狀態(tài)變化之間的關(guān)系，從而更深刻地理解加速度的概念。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生還可以進(jìn)一步探究小車質(zhì)量對加速度的影響。保持斜面傾角不變，改變小車的質(zhì)量，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量和分析，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，在合外力不變的情況下，小車質(zhì)量越大，加速度越小，這進(jìn)一步驗(yàn)證了牛頓第二定律中加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。4.2.2數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用與定量分析在理解加速度概念的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量分析是深化對加速度認(rèn)識的重要手段。數(shù)學(xué)公式是描述加速度與其他物理量關(guān)系的精確語言，其中加速度的定義式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}是最基本的公式。在實(shí)際問題中，學(xué)生可以通過已知的速度變化量\Deltav和時(shí)間變化量\Deltat，利用該公式準(zhǔn)確計(jì)算出加速度的大小。當(dāng)汽車在5s內(nèi)速度從20m/s增加到30m/s，則速度變化量\Deltav=30-20=10m/s，根據(jù)加速度定義式可得加速度a=\frac{\Deltav}{\Deltat}=\frac{10}{5}=2m/s^2。通過這樣的計(jì)算，學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮募铀俣雀拍钷D(zhuǎn)化為具體的數(shù)值，更加直觀地感受加速度的大小。v-t圖像是分析加速度的有力工具。在v-t圖像中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間t，縱坐標(biāo)表示速度v。對于勻變速直線運(yùn)動，v-t圖像是一條傾斜的直線，直線的斜率就表示加速度的大小。斜率越大，加速度越大；斜率越小，加速度越小。當(dāng)v-t圖像的斜率為正，表示加速度方向與速度方向相同，物體做加速運(yùn)動；當(dāng)斜率為負(fù)，表示加速度方向與速度方向相反，物體做減速運(yùn)動。通過觀察v-t圖像，學(xué)生可以直觀地了解物體速度隨時(shí)間的變化情況，進(jìn)而分析加速度的大小和方向。在分析汽車啟動過程時(shí)，v-t圖像呈現(xiàn)出一條斜率逐漸增大的曲線（假設(shè)汽車做變加速啟動），這表明汽車的加速度在不斷增大，速度增加得越來越快。4.3應(yīng)用與拓展階段4.3.1解決物理問題中的圖式應(yīng)用在解決物理問題時(shí)，加速度圖式為學(xué)生提供了關(guān)鍵的分析框架和解題思路。以勻變速直線運(yùn)動問題為例，假設(shè)題目為：“一輛汽車以5m/s的初速度在平直公路上勻加速行駛，加速度大小為2m/s^2，求4s后汽車的速度和行駛的位移?！睂W(xué)生首先會激活頭腦中的加速度圖式，明確這是一個(gè)勻變速直線運(yùn)動問題，涉及加速度、初速度、時(shí)間、末速度和位移等物理量。根據(jù)加速度圖式中的運(yùn)動學(xué)公式，學(xué)生可以選擇速度公式v=v_0+at來計(jì)算4s后汽車的速度v，將v_0=5m/s，a=2m/s^2，t=4s代入公式，可得v=5+2??4=13m/s。在計(jì)算位移時(shí)，學(xué)生運(yùn)用位移公式x=v_0t+\frac{1}{2}at^2，代入相應(yīng)數(shù)值，得到x=5??4+\frac{1}{2}??2??4^2=20+16=36m。在這個(gè)過程中，學(xué)生通過加速度圖式，將題目中的信息與已掌握的物理公式和規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確匹配，從而順利解決問題。再如，在涉及牛頓第二定律的問題中，題目為：“一個(gè)質(zhì)量為3kg的物體在水平面上受到一個(gè)15N的水平拉力作用，同時(shí)受到3N的摩擦力，求物體的加速度。”學(xué)生依據(jù)加速度圖式，先對物體進(jìn)行受力分析，明確物體受到水平拉力F=15N和摩擦力f=3N，根據(jù)牛頓第二定律F_{???}=F-f=15-3=12N，再由F_{???}=ma，可得加速度a=\frac{F_{???}}{m}=\frac{12}{3}=4m/s^2。學(xué)生通過加速度圖式，將力學(xué)知識與加速度概念緊密聯(lián)系起來，運(yùn)用牛頓第二定律這一關(guān)鍵規(guī)律，準(zhǔn)確求解出物體的加速度。4.3.2知識遷移與綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)為了培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移與綜合應(yīng)用能力，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將加速度知識應(yīng)用到各種不同的物理情境中。在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考加速度在圓周運(yùn)動中的作用和表現(xiàn)形式。例如，向心加速度是描述做圓周運(yùn)動的物體速度方向變化快慢的物理量，其大小為a=\frac{v^2}{r}（v為線速度，r為圓周運(yùn)動的半徑）。學(xué)生可以通過與直線運(yùn)動中的加速度進(jìn)行對比，理解向心加速度雖然不改變速度的大小，但不斷改變速度的方向，從而使物體做圓周運(yùn)動。在分析汽車在彎道上行駛時(shí)，學(xué)生可以運(yùn)用加速度知識，理解汽車需要一個(gè)指向彎道內(nèi)側(cè)的向心力來產(chǎn)生向心加速度，以維持其做圓周運(yùn)動。若汽車速度過快，所需的向心力超過了地面與輪胎之間的摩擦力提供的向心力，汽車就會發(fā)生側(cè)滑，這體現(xiàn)了加速度知識在圓周運(yùn)動情境中的應(yīng)用。在研究天體運(yùn)動時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將加速度與萬有引力定律相結(jié)合。例如，對于繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，其向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，根據(jù)牛頓第二定律F=ma，可得G\frac{Mm}{r^2}=ma，其中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星到地球中心的距離，由此可計(jì)算出衛(wèi)星的加速度a=G\frac{M}{r^2}。通過這樣的分析，學(xué)生能夠理解衛(wèi)星在不同軌道上運(yùn)行時(shí)加速度的變化規(guī)律，以及加速度與萬有引力、衛(wèi)星運(yùn)動狀態(tài)之間的關(guān)系。這不僅深化了學(xué)生對加速度概念的理解，還培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用物理知識解決復(fù)雜問題的能力。在分析行星繞太陽的運(yùn)動時(shí)，學(xué)生可以進(jìn)一步拓展思維，探討不同行星的加速度與它們和太陽的距離、公轉(zhuǎn)周期等因素之間的關(guān)系，從而將加速度知識應(yīng)用到更廣泛的天體運(yùn)動領(lǐng)域。五、影響加速度圖式習(xí)得的因素5.1學(xué)生個(gè)體因素5.1.1認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)能力差異不同認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力的學(xué)生在加速度圖式習(xí)得過程中表現(xiàn)出顯著差異。認(rèn)知水平較高的學(xué)生能夠快速理解加速度的抽象概念，迅速把握加速度與速度、速度變化量之間的本質(zhì)區(qū)別。在學(xué)習(xí)加速度的定義式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}時(shí)，他們能夠深刻理解公式中各物理量的含義，不僅能從數(shù)學(xué)角度進(jìn)行計(jì)算，還能從物理意義上理解加速度是描述速度變化快慢的物理量。在面對復(fù)雜的物理問題時(shí)，這類學(xué)生能夠靈活運(yùn)用加速度圖式，通過邏輯推理和分析，準(zhǔn)確地選擇合適的公式和方法進(jìn)行求解。在分析物體在斜面上的運(yùn)動時(shí)，他們能夠迅速對物體進(jìn)行受力分析，結(jié)合牛頓第二定律F=ma求出加速度，進(jìn)而分析物體的運(yùn)動狀態(tài)。相比之下，認(rèn)知水平較低的學(xué)生在理解加速度概念時(shí)往往會遇到較大困難。他們?nèi)菀资艿饺粘＝?jīng)驗(yàn)的干擾，難以擺脫錯(cuò)誤前概念的束縛，將加速度與速度簡單等同，認(rèn)為速度大加速度就大。在學(xué)習(xí)加速度的矢量性時(shí)，他們也會感到困惑，難以理解加速度方向與速度變化量方向的一致性。在解決物理問題時(shí)，這類學(xué)生常常無法準(zhǔn)確地提取加速度圖式中的相關(guān)知識，對公式的運(yùn)用也較為生硬，缺乏靈活應(yīng)變的能力。在遇到物體做曲線運(yùn)動涉及加速度的問題時(shí)，他們可能無法正確分析加速度的方向和大小，導(dǎo)致解題錯(cuò)誤。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生在加速度圖式習(xí)得過程中具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和知識遷移能力。他們能夠主動探索加速度相關(guān)的知識，通過閱讀教材、查閱資料等方式，深入了解加速度的概念、規(guī)律和應(yīng)用。在學(xué)習(xí)過程中，他們善于將加速度知識與其他物理知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成知識網(wǎng)絡(luò)，提高知識的系統(tǒng)性和綜合性。在學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動時(shí)，他們能夠?qū)⒓铀俣戎R與運(yùn)動的合成與分解方法相結(jié)合，深入理解平拋運(yùn)動中物體在水平方向和豎直方向的加速度和運(yùn)動狀態(tài)變化。而學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生則依賴教師的講解和指導(dǎo)，自主學(xué)習(xí)能力不足，知識遷移能力較差。他們在學(xué)習(xí)加速度時(shí)，往往局限于課堂上教師所講授的內(nèi)容，難以將加速度知識應(yīng)用到新的情境中。在解決與加速度相關(guān)的實(shí)際問題時(shí)，他們常常感到無從下手，缺乏分析問題和解決問題的能力。5.1.2學(xué)習(xí)興趣與動機(jī)的影響學(xué)習(xí)興趣和動機(jī)對學(xué)生加速度圖式的構(gòu)建有著深遠(yuǎn)影響。對物理學(xué)科充滿濃厚興趣的學(xué)生，在學(xué)習(xí)加速度知識時(shí)，往往會表現(xiàn)出更高的積極性和主動性。他們會主動關(guān)注與加速度相關(guān)的物理現(xiàn)象，積極參與課堂討論和實(shí)驗(yàn)探究，主動思考加速度在各種物理情境中的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)加速度概念時(shí)，他們會深入探究加速度的本質(zhì)，不僅僅滿足于掌握公式和計(jì)算方法，還會思考加速度與生活實(shí)際的聯(lián)系，如汽車加速、飛機(jī)起飛等現(xiàn)象中的加速度問題。這種主動探索的學(xué)習(xí)態(tài)度有助于他們更全面、深入地理解加速度的概念和規(guī)律，從而構(gòu)建起更為完善的加速度圖式。在學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，他們會積極思考力與加速度之間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)探究和理論分析，深入理解牛頓第二定律的內(nèi)涵，將其納入到加速度圖式中。學(xué)習(xí)動機(jī)強(qiáng)烈的學(xué)生在加速度圖式習(xí)得過程中更具目標(biāo)導(dǎo)向性。他們明確學(xué)習(xí)加速度的重要性，將其視為掌握物理知識、解決物理問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這類學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會制定明確的學(xué)習(xí)計(jì)劃，努力克服學(xué)習(xí)中遇到的困難和挑戰(zhàn)。當(dāng)遇到加速度與速度、速度變化量關(guān)系的理解困難時(shí)，他們會主動查閱資料、請教教師和同學(xué)，直到完全理解為止。他們對加速度知識的學(xué)習(xí)不僅僅停留在表面，而是追求對知識的深度理解和掌握，注重知識的系統(tǒng)性和邏輯性。在構(gòu)建加速度圖式時(shí)，他們會將加速度的定義、公式、相關(guān)規(guī)律以及典型物理情境等要素進(jìn)行有機(jī)整合，形成一個(gè)完整的知識體系。在解決物理問題時(shí)，他們能夠迅速調(diào)動加速度圖式中的相關(guān)知識，運(yùn)用科學(xué)的思維方法進(jìn)行分析和求解。而學(xué)習(xí)動機(jī)不足的學(xué)生，在學(xué)習(xí)加速度時(shí)往往缺乏動力和熱情，對知識的掌握較為膚淺，難以構(gòu)建起有效的加速度圖式。他們在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生懈怠情緒，對加速度概念和規(guī)律的理解不夠深入，在解決問題時(shí)也缺乏信心和能力。五、影響加速度圖式習(xí)得的因素5.2教學(xué)因素5.2.1教學(xué)方法與策略的選擇教學(xué)方法與策略的選擇對學(xué)生加速度圖式的習(xí)得有著至關(guān)重要的影響。講授法是一種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在加速度教學(xué)中，教師通過系統(tǒng)的講解，能夠準(zhǔn)確地向?qū)W生傳授加速度的概念、公式和相關(guān)規(guī)律。在講解加速度的定義式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}時(shí)，教師可以詳細(xì)地解釋公式中每個(gè)物理量的含義，以及加速度與速度、速度變化量之間的關(guān)系。通過清晰的闡述和舉例，幫助學(xué)生建立起對加速度的初步認(rèn)識。在講解汽車啟動時(shí)加速度的計(jì)算時(shí)，教師可以根據(jù)已知的速度變化量和時(shí)間，運(yùn)用加速度定義式進(jìn)行計(jì)算，讓學(xué)生直觀地了解加速度的計(jì)算方法。講授法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在較短時(shí)間內(nèi)傳遞大量的知識信息，使學(xué)生對加速度知識有一個(gè)系統(tǒng)的了解。然而，講授法也存在一定的局限性，它側(cè)重于教師的單向傳授，學(xué)生的參與度相對較低，可能導(dǎo)致學(xué)生對知識的理解不夠深入，難以將所學(xué)知識靈活應(yīng)用到實(shí)際問題中。探究式教學(xué)法注重學(xué)生的自主探究和思考，在加速度教學(xué)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。教師可以設(shè)計(jì)一系列探究活動，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀察、分析等方式，自主探究加速度的概念和規(guī)律。在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，教師可以讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過改變物體所受的力和質(zhì)量，測量相應(yīng)的加速度，然后分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要親自動手操作實(shí)驗(yàn)儀器，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和邏輯思維能力。通過探究式教學(xué)，學(xué)生能夠更加深入地理解加速度的概念和規(guī)律，因?yàn)樗麄兪峭ㄟ^自己的探索和實(shí)踐得出結(jié)論的，對知識的理解和記憶更加深刻。同時(shí)，探究式教學(xué)還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。然而，探究式教學(xué)需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力，對教師的指導(dǎo)能力和組織能力要求較高，而且在實(shí)際教學(xué)中，可能會受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)時(shí)間等因素的限制。5.2.2教學(xué)資源與實(shí)驗(yàn)條件的支持豐富的教學(xué)資源和良好的實(shí)驗(yàn)條件為學(xué)生的加速度學(xué)習(xí)提供了有力的支持，能夠極大地促進(jìn)學(xué)生加速度圖式的構(gòu)建。教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源，優(yōu)質(zhì)的教材在加速度內(nèi)容的編排上，通常會遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從簡單到復(fù)雜、從具體到抽象地呈現(xiàn)加速度的概念和相關(guān)知識。教材會先通過生活中的實(shí)例，如汽車啟動、剎車等現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生初步感知加速度的存在，然后逐步引入加速度的定義、公式和單位等內(nèi)容。教材中還會配備大量的例題和練習(xí)題，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，提高運(yùn)用加速度知識解決問題的能力。在講解加速度的概念時(shí)，教材會通過具體的數(shù)據(jù)和圖表，直觀地展示速度變化快慢與加速度的關(guān)系，讓學(xué)生更容易理解。除了教材，多媒體教學(xué)資源也為加速度教學(xué)帶來了新的活力。教師可以利用多媒體課件，展示加速度相關(guān)的動畫、視頻等素材，將抽象的加速度概念形象化、直觀化。通過播放汽車加速、減速的動畫，讓學(xué)生更清晰地觀察速度的變化過程，從而更好地理解加速度的概念。多媒體教學(xué)資源還可以拓展學(xué)生的視野，展示一些在課堂上無法直接觀察到的物理現(xiàn)象，如天體運(yùn)動中的加速度變化等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要組成部分，良好的實(shí)驗(yàn)條件對于學(xué)生學(xué)習(xí)加速度具有不可替代的作用。在加速度教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生親身體驗(yàn)加速度的存在和變化，加深對加速度概念的理解。斜面小車實(shí)驗(yàn)是研究加速度的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，通過改變斜面的傾角，學(xué)生可以觀察到小車加速度的變化，進(jìn)而理解加速度與外力的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生還可以測量小車的速度、位移和時(shí)間等物理量，運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式計(jì)算加速度，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)處理能力。然而，如果實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足或陳舊，可能會影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和效果，導(dǎo)致學(xué)生無法獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而影響對加速度知識的理解和掌握。實(shí)驗(yàn)場地的限制也可能會影響實(shí)驗(yàn)的開展，無法滿足學(xué)生進(jìn)行多樣化實(shí)驗(yàn)探究的需求。因此，學(xué)校應(yīng)加大對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入，更新和完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提供充足的實(shí)驗(yàn)場地，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)條件，促進(jìn)學(xué)生加速度圖式的有效構(gòu)建。5.3知識本身的因素5.3.1加速度概念的抽象性與復(fù)雜性加速度概念具有高度的抽象性，這對學(xué)生的理解構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。加速度描述的是速度變化的快慢，它并非像速度那樣直接反映物體的運(yùn)動狀態(tài)，而是涉及速度在時(shí)間維度上的變化率。速度可以通過物體在單位時(shí)間內(nèi)的位移直觀地感知，而加速度則需要學(xué)生從速度的變化情況以及變化所用的時(shí)間這兩個(gè)維度去綜合理解。汽車在加速過程中，速度逐漸增大，加速度體現(xiàn)的是速度增大的快慢程度，這一概念相對抽象，學(xué)生難以直接通過感官來感受加速度的大小和方向。加速度的矢量性進(jìn)一步增加了其復(fù)雜性。加速度不僅有大小，還有方向，其方向與速度變化量的方向相同。在直線運(yùn)動中，加速度方向與速度方向的關(guān)系相對容易理解，當(dāng)加速度方向與速度方向相同時(shí)，物體做加速運(yùn)動；當(dāng)加速度方向與速度方向相反時(shí)，物體做減速運(yùn)動。然而，在曲線運(yùn)動中，加速度方向的判斷變得更為復(fù)雜，它與速度方向不在同一直線上，而是指向曲線的凹側(cè)。在平拋運(yùn)動中，物體同時(shí)具有水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動，加速度方向始終豎直向下，但速度方向不斷變化，這使得學(xué)生在理解加速度與速度的關(guān)系時(shí)感到困惑。加速度的單位是米每二次方秒（m/s^2），這一復(fù)合單位對于學(xué)生來說也較為抽象，需要學(xué)生花費(fèi)時(shí)間去理解其物理意義。5.3.2與其他物理知識的關(guān)聯(lián)性加速度與其他物理知識緊密關(guān)聯(lián)，這對學(xué)生加速度圖式的習(xí)得既帶來了機(jī)遇，也帶來了挑戰(zhàn)。在運(yùn)動學(xué)中，加速度與速度、位移等物理量密切相關(guān)。勻變速直線運(yùn)動的速度公式v=v_0+at，位移公式x=v_0t+\frac{1}{2}at^2，速度位移公式v^2-v_0^2=2ax，這些公式清晰地表明了加速度與速度、位移之間的定量關(guān)系。在分析汽車剎車問題時(shí)，學(xué)生需要運(yùn)用加速度與速度、位移的關(guān)系，根據(jù)已知的初速度、加速度和時(shí)間，計(jì)算出剎車過程中的速度變化和位移大小。如果學(xué)生對速度、位移等概念理解不透徹，就難以準(zhǔn)確把握加速度在運(yùn)動學(xué)中的作用，影響加速度圖式的構(gòu)建。在動力學(xué)中，加速度與力、質(zhì)量通過牛頓第二定律F=ma緊密聯(lián)系在一起。這一定律揭示了物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。在分析物體的受力和運(yùn)動情況時(shí)，學(xué)生需要綜合運(yùn)用牛頓第二定律和加速度的知識。當(dāng)一個(gè)物體受到多個(gè)力的作用時(shí)，學(xué)生需要先對物體進(jìn)行受力分析，計(jì)算出合外力，再根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，進(jìn)而分析物體的運(yùn)動狀態(tài)。如果學(xué)生對力的概念理解不清，或者不能正確運(yùn)用牛頓第二定律，就無法準(zhǔn)確求解加速度，導(dǎo)致在解決動力學(xué)問題時(shí)出現(xiàn)困難。加速度與其他物理知識的關(guān)聯(lián)性要求學(xué)生具備較強(qiáng)的綜合分析能力和知識遷移能力，能夠?qū)⒉煌奈锢碇R融會貫通，這對學(xué)生加速度圖式的習(xí)得提出了較高的要求。六、教學(xué)案例分析6.1基于圖式理論的教學(xué)設(shè)計(jì)6.1.1教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定與圖式構(gòu)建的關(guān)聯(lián)根據(jù)圖式理論，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定對于學(xué)生加速度圖式的構(gòu)建具有重要的導(dǎo)向作用。在知識與技能目標(biāo)方面，設(shè)定學(xué)生要深入理解加速度的概念，包括其定義、公式、單位以及物理意義，這有助于學(xué)生構(gòu)建加速度圖式的基本概念要素。學(xué)生需要清晰地掌握加速度的定義式a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，理解加速度是描述速度變化快慢的物理量，其單位為米每二次方秒（m/s^2）。通過對這些基本概念的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在頭腦中初步形成加速度圖式的核心框架。在過程與方法目標(biāo)中，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制變量法進(jìn)行科學(xué)探究的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要控制物體的質(zhì)量不變，改變力的大小，觀察加速度的變化；或者控制力不變，改變物體的質(zhì)量，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。這一過程有助于學(xué)生將加速度與力、質(zhì)量等物理量聯(lián)系起來，構(gòu)建起加速度圖式中相關(guān)規(guī)律要素的聯(lián)系。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比的關(guān)系，從而將牛頓第二定律F=ma納入到加速度圖式中，完善圖式的規(guī)律部分。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的設(shè)定，旨在激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和合作精神。當(dāng)學(xué)生對物理學(xué)科充滿興趣時(shí)，他們會更積極主動地參與到加速度知識的學(xué)習(xí)中，主動探索加速度在各種物理情境中的應(yīng)用，這有助于學(xué)生不斷豐富加速度圖式中的典型情境要素。在合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過與同學(xué)的交流和討論，能夠從不同角度理解加速度的概念和應(yīng)用，進(jìn)一步完善自己的加速度圖式。6.1.2教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與實(shí)施在教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，注重通過多種方式促進(jìn)學(xué)生加速度圖式的構(gòu)建。在情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，通過展示汽車啟動、飛機(jī)起飛、運(yùn)動員起跑等生活中的加速現(xiàn)象視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生直觀地感受物體速度的變化以及加速度的存在。在展示汽車啟動視頻時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察汽車速度的逐漸增大，思考速度變化的快慢與什么因素有關(guān)，從而引發(fā)學(xué)生對加速度概念的思考，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。問題引導(dǎo)是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)。在引入加速度概念時(shí)，提出問題：“如何比較汽車和飛機(jī)啟動時(shí)速度變化的快慢？”引導(dǎo)學(xué)生思考速度變化量和時(shí)間對速度變化快慢的影響，從而引出加速度的定義。在學(xué)習(xí)加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，提出問題：“當(dāng)物體受到不同大小的力時(shí)，加速度會如何變化？當(dāng)物體質(zhì)量不同時(shí)，加速度又會怎樣改變？”通過這些問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究和思考，逐步構(gòu)建起加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系圖式。在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，組織學(xué)生進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生配備一輛小車、一個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、不同質(zhì)量的砝碼等實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生通過改變砝碼的質(zhì)量來改變小車所受的力，通過在小車上添加不同質(zhì)量的物體來改變小車的質(zhì)量，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動情況，測量不同情況下小車的加速度。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要認(rèn)真操作實(shí)驗(yàn)儀器，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生能夠親身體驗(yàn)加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系，將抽象的物理規(guī)律轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)驗(yàn)感受，從而更深刻地理解加速度的概念和相關(guān)規(guī)律，完善加速度圖式。6.2教學(xué)效果的評估與反饋6.2.1評估指標(biāo)與方法的選擇為了全面、準(zhǔn)確地評估學(xué)生加速度圖式的習(xí)得效果，本研究選取了多種評估指標(biāo)與方法?？荚嚦煽兪且粋€(gè)直觀且重要的評估指標(biāo)，通過定期的單元測試、期中期末考試等，考查學(xué)生對加速度相關(guān)概念、公式、規(guī)律的掌握程度。在一次單元測試中，設(shè)置了關(guān)于加速度定義、牛頓第二定律應(yīng)用以及勻變速直線運(yùn)動公式運(yùn)用的題目，如“已知物體的質(zhì)量和所受合力，求加速度大小”“根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的初速度、加速度和時(shí)間，求位移”等。學(xué)生在這些題目上的得分情況，能夠反映出他們對加速度知識的記憶和基本應(yīng)用能力。作業(yè)表現(xiàn)也是評估的重要方面。通過批改學(xué)生的課后作業(yè)，觀察學(xué)生對加速度問題的解題思路、方法運(yùn)用以及對物理過程的分析能力。在作業(yè)中，會出現(xiàn)一些需要學(xué)生綜合運(yùn)用加速度知識進(jìn)行分析的題目，如“分析汽車在不同路況下加速或減速時(shí)的加速度變化情況”。從學(xué)生的作業(yè)完成情況可以看出他們對加速度知識的理解深度和靈活運(yùn)用能力，以及是否能夠準(zhǔn)確地將加速度圖式應(yīng)用到實(shí)際問題的解決中。課堂表現(xiàn)同樣不容忽視，包括學(xué)生在課堂上的參與度、提問情況、小組討論中的表現(xiàn)等。在加速度相關(guān)的課堂討論中，觀察學(xué)生是否能夠積極參與討論，提出自己的觀點(diǎn)和疑問，以及能否正確理解和回應(yīng)其他同學(xué)的觀點(diǎn)。在討論“加速度方向與速度方向的關(guān)系”時(shí)，學(xué)生能夠主動發(fā)言，結(jié)合生活實(shí)例闡述自己的理解，或者對其他同學(xué)的錯(cuò)誤觀點(diǎn)進(jìn)行糾正，這表明他們在積極構(gòu)建加速度圖式，對相關(guān)知識有一定的思考和理解。6.2.2教學(xué)反饋與改進(jìn)措施通過對教學(xué)效果的評估，獲得了豐富的教學(xué)反饋信息。從考試成績來看，部分學(xué)生在加速度概念的理解和應(yīng)用上仍存在不足，對加速度與速度、速度變化量的區(qū)別混淆不清，導(dǎo)致在解答相關(guān)題目時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在一道考查加速度與速度關(guān)系的選擇題中，很多學(xué)生誤選了認(rèn)為速度大加速度就大的選項(xiàng)，這反映出學(xué)生對加速度的本質(zhì)理解不夠深入，沒有構(gòu)建起正確的加速度圖式。從作業(yè)表現(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生在解決復(fù)雜物理問題時(shí)，不能準(zhǔn)確地運(yùn)用加速度圖式中的規(guī)律和方法，缺乏對物理過程的整體把握能力。在分析物體在多個(gè)力作用下的加速度問題時(shí)，部分學(xué)生不能正確地進(jìn)行受