北京师范大学广州实验学校(510700) 董友军 冯碧云

北京市房山区教师进修学校(102401) 郭 芳

匀变速直线运动，是高中物理最常见的运动形式之一。匀变速直线运动的位移与速度关系，不仅应用于直线运动，也应用于曲线运动(如平抛运动)；
不仅应用于力学，也应用于电学(如类平抛运动)。“匀变速直线运动的位移与速度的关系”是“匀变速直线运动的位移与时间关系”的补充，它为解决未知时间的匀变速直线运动的实际问题提供了有效帮助。本文以发展学生物理学科核心素养为目标，对“匀变速直线运动的位移与速度的关系”进行深度备课。

“匀变速直线运动的位移与速度的关系”属于第二章“匀变速直线运动的研究”的第3节内容。第二章第1、2节得出匀变速直线运动的速度与时间的关系，本节得出匀变速直线运动的位移与时间的关系、位移与速度的关系，从而完整地呈现匀变速直线运动的初速度、末速度、时间、加速度、位移之间的关系，为定量研究匀变速直线运动提供了分析依据。本节也是第4节“自由落体运动”的一般规律，自由落体运动是匀变速直线运动的特例，学好本节有助于理解自由落体运动。由此可见，本节内容具有承上启下的作用，是本章的教学重点。为了深刻理解本节内容，需要采用“微元法”“数形结合法”。

深度备课是指以物理课程与教学理论为指导，采用备课形式，研究符合物理知识规律、满足物理教学规律、适合学生认知规律的教学设计，体现“物理知识传授-物理方法教育-物理思想形成”的核心理念[1]。它不是基于信息加工理论的传统教学流程描述，而是在物理教学理论指导下，对物理教学问题做出适合物理教学逻辑的优化建构。

笔者优化教学流程、突出科学方法、重视实验验证、关注知识应用，对第二章第3节第2课时“匀变速直线运动的位移与速度的关系”进行深度备课，从而有效发展学生物理学科核心素养——物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，其教学流程如图1所示。

图1 教学流程

深度备课的教学流程更加注重物理逻辑的严谨性、教学逻辑的渐进性、认知逻辑的适切性，有助于学生理解匀变速直线运动的位移与速度的关系的内涵，提升学生用位移与速度关系解决实际问题的能力。依据教学流程，实施以下教学环节。

2.1 创设情境，提出问题

师生活动：教师播放交通事故视频，视频中法官宣判：“司机以超过100 km/h的速度行驶在生活区，严重违反交通法规，造成惨重后果，以交通肇事罪最高处罚判刑”。学生看完视频，对受伤小孩深表同情，但也对法官判案提出质疑：现场没有测速仪，法官是如何知道司机的速度超过100 km/h？

设计意图：通过播放视频，引导学生珍惜生命、遵守法规，培养学生的科学态度与责任。同时提出物理问题，质疑法官判案依据，有利于培养学生的物理观念和科学思维。

2.2 分析问题，展开探究

2.3 意义建构，深度理解

活动1：创设实验验证

表1 实验数据

活动2：探索数形结合

图2 v-t图像

教师：从v-t图像可以看出，速度随时间的关系是什么？

学生：在v-t图像中，速度与时间的关系是一条倾斜的直线，即表示速度随时间均匀增加。

教师：若以纵坐标为v，以横坐标为x，即在v-x图像中，速度与位移的关系是一条直线吗？

教师：若以纵坐标为v2，以横坐标为x，即在v2-x图像中，速度与位移的关系是一条直线吗？

图3 v2-x图像

教师：由图1和图2可以看出：从时间角度理解，匀变速直线运动的速度随时间均匀变化，即相等时间内，速度改变量相等；
从空间角度理解，匀变速直线运动的速度的平方随位移均匀变化，即相等位移内，速度的平方的改变量相等。这就是匀变速直线运动的时空特征。

设计意图：创设实验，验证公式的正确性，强化“实验是检验理论是否正确的唯一标准”的理念，培养学生科学探究素养。引导学生把公式与图形对应起来，深化对物理公式的理解，进一步强化“数形结合”，培养学生科学思维素养。引导学生把v-t图像与v2-x的图像结合起来，强化了学生对匀变速直线运动时空特征的理解，并引导学生学会“化曲为直”的数据处理方法。

2.4 小结巩固，拓展应用

活动1：小结本节内容

教师引导学生从物理学科核心素养的四个方面进行总结。

(2)科学思维：把刹车过程建构成理想物理模型——匀减速直线运动。

(3)科学探究：学生自主探究出匀加速直线运动的位移与速度的关系。

(4)科学态度与责任：作为学生，要珍惜生命，避免出现交通事故；
作为司机，要尊重生命，不要超速行驶，要遵照交通规则，安全驾驶。

活动2：解决实际问题

教师创设4个生活情境——航母舰载机降落、奥运冠军跳水、消防队员滑杆训练、高速公路ETC收费系统，让学生应用匀变速直线运动的位移与速度的关系解决实际问题。

例1：山东号航空母舰是我国第一艘自主建造的国产航母，若舰载机着舰时的速度为80 m/s，把舰载机着舰后看作匀减速直线运动，其加速度大小为20 m/s2，则舰载机降落跑道至少需要多长时间？(要求学生先画出示意图，并在示意图上标出v0、v、a、t、x)。

例2：在2020东京奥运会上，全红婵以三跳满分的成绩获得女子单人10米跳台冠军。若全红婵起跳高度为1 m，从最高点下落做匀加速直线运动，设加速度大小为10 m/s2，求全红婵接触水面时的速度大小？(要求学生先画出示意图，并在示意图上标出v0、v、a、t、x) 。

例3：如图4所示，一名消防队员在演习训练中，沿着长为l的竖立在地面上的钢管往下滑。他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到地面时速度恰好为零，如果加速和减速运动的加速度大小分别为a1和a2，求下滑过程的最大速度？

图4 例3图示

例4：汽车分别通过ETC通道和人工收费通道的流程如图5所示。若汽车以v0=30 m/s朝收费站正常沿直线行驶，如果过ETC通道，需要在收费站中心线前20 m处正好匀减速至v=10 m/s，匀速通过中心线后，再匀加速至v0正常行驶；
若过人工收费通道，需要恰好在中心线处匀减速至零，经过20 s缴费成功后，再启动汽车匀加速至v0正常行驶。设汽车加速和减速过程中的加速度大小均为1 m/s2，求：

图5 例4图示

(1)汽车过ETC通道时，从开始减速到恢复正常行驶过程中的位移大小；

(2)汽车过ETC通道比过人工收费通道节省的时间是多少。

设计意图：对所学重要知识进行小结，有利于增强学生的归纳能力，培养学生科学思维素养。把舰载机降落看作匀减速直线运动、跳水降落看作匀加速直线运动、消防队员滑杆训练看作先匀加速后匀减速直线运动、高速公路ETC收费系统看作先匀减速、再匀速、后匀加速直线运动，培养学生建构物理模型等科学思维。做习题过程中，要求学生先画出运动过程示意图，并标出对应物理量，除了可以清晰呈现物体的运动过程，也可以促进知识结构化，提升学生运用物理知识解决物理问题的能力。

传统备课存在处理教材呆板、制定目标笼统、设计教案简单、教学反思空洞等问题，其原因在于缺乏科学理论指导。深度备课要求教师超越传统教材分析，不仅要明确“教什么”“如何教”，还要明白“为何教”“教如何”。回顾备课过程，得到五点启发。

3.1 深度备课体现学生主体

学生主体是指学生是课堂教学活动的主体，学生主动建构知识、解决实际问题。本节课由学生自己提出问题，由学生自己推导出位移与速度的关系并验证法官判案结论，由学生自己实验验证位移与速度关系正确性，由学生自己完成4个应用并总结规律，学生是课堂的主人、是物理知识的建构者、是应用物理知识解决实际问题的实践者。

3.2 深度备课凸显科学方法

科学方法是人们在认识和改造世界中遵循并符合科学原则的各种途径或手段，包括在科学活动中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。物理深度备课，以科学方法为中心开展物理教学设计如图6所示。自然现象通过科学方法得到物理知识，物理知识通过科学方法得到函数关系，函数关系通过科学方法得到拓展应用，科学方法把自然现象、科学知识、函数关系、拓展应用联结起来。整个备课过程，以知识为载体，先后用到情景引入法、实验验证法、数形结合法、反思总结法、过程图像法等，从而实现用科学方法得到物理知识，用物理知识传承科学方法。

图6 物理教学设计图示

3.3 深度备课创设验证实验

实验是物理学科的基础，也是物理教学的特色。笔者提出：“无实验不物理”，即没有实验就不是物理教学。在物理教学过程中，物理教师必须想方设法创设实验，让学生在实验中验证物理规律。本节备课，先通过速度与时间关系、位移与时间关系，推导出位移与速度关系，再创设学生实验，让学生验证匀变速直线运动的位移与速度的关系符合实际，体现理论的正确性。这不仅可以培养学生实验动手能力，也可以养成学生科学研究习惯。

3.4 深度备课强化数形结合

数与形反映了事物两个方面的属性，把数与形联系起来，就称为数形结合。通过“以形助数”或“以数解形”，可以使复杂问题简单化、抽象问题具体化。著名数学家华罗庚教授说，“数形结合百般好，隔裂分家万事休”。备课过程中，推导出位移与速度的关系后，把它转化成v-t图像，强化学生科学思维，让学生对匀变速直线运动的位移与速度的关系理解既深刻又具体。

3.5 深度备课联系现实生活

认知心理学表明，要让学生真正理解知识，最有效的方式就是把知识应用于生活[2]。匀变速直线运动是生活中最常见的物理现象，教师可以精心挑选现实生活情境，把物理知识融于生活素材中，让学生把现实过程转变为物理模型，运用物理知识解决生活问题，既可以增强学生解决问题能力，也可以体现物理学科应用价值，还可以培养学生科学态度与责任素养。如选用消防员滑杆训练、高速ETC收费系统，让学生把物理知识与运动结合起来，体会到生活即物理、物理即生活。还有选用奥运冠军跳水、国产航母舰载机降落作为素材，除了让学生用物理知识解决生活实际问题，还可以树立学生民族自豪感和国家自信心，培养学生科学态度与责任素养。

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