AP物理C：力学开发科学实践 

在整个课程中，学生将发展物理学科的基础技能。 由于这些实践代表了熟练的物理学家展示的复杂技能，因此学生将受益于多种机会，以一种脚手架的方式发展它们。 通过使用引导式提问、讨论技巧和其他教学策略，教师可以帮助学生练习在新环境中应用这些技能，为他们的大学和职业准备奠定重要基础。

科学实践 1：视觉表征

分析和/或使用物理情况的[非叙述性/非数学]表示，不包括图表。 现实世界极其复杂。当物理学家描述和解释现象时，他们试图简化真实的对象、系统和过程，以使分析易于管理。这些简化或模型用于预测新现象将如何发生。一个简单的模型可能将系统视为一个对象，而忽略了系统的内部结构和行为。更复杂的模型是对象系统的模型，例如理想气体。过程也可以简化，模型可以是概念性的和数学的。为了建立一个好的模型，需要确定一个现象或系统的一组最重要的特征，这些特征可以简化分析。物理学家发明的模型构建固有的是使用表示。用于模拟介绍物理的表示示例有图片、自由体图、力图、图形、能量条形图和动量条形图。表示有助于分析现象、做出预测和交流想法。 AP物理C：力学要求学生使用和/或分析和/或重新表达自然或人造系统的模型和表示。 下表提供了在课程中实施视觉表示和建模资源的问题和教学策略示例：

技能

1.A 描述表示的物理意义（包括识别特征）。

关键问题

表示显示什么？

教学说明或示例活动

让学生描述图形和表示的物理特征和含义，包括来自 教科书和其他参考资料。

教学策略

标签和描述

“如果有什么 是错的？”

图形和开关

讨论组

技能

1.B 描述同一物理情况的不同类型表征之间的关系。

关键问题

表示之间的关系是什么？

所代表的变量之间的关系是什么？

教学说明或示例活动

让学生匹配具有相同物理情况的表示，并解释哪些特征有助于他们识别这些表示属于相同的情况。

教学策略

“如果有任何问题怎么办？”

改变表示

技能

1.C 演示同一物理情况的不同类型表示之间的一致性。

关键问题

每种表示形式说明了情况的什么特征或物理量？

表示如何显示一致性？

教学说明或示例活动

让学生将他们的论文分成四个部分，并为给定的身体状况提供四种不同的表示。 表示可以包括方程式、书面句子（或段落）、图形、条形图或物理场景的草图。

教学策略

“如果有任何问题怎么办？”

改变表示

四方问题解决

技能

1.D 选择表征的相关特征来回答问题或解决问题。

关键问题

表示显示什么？

有什么特点 表示提供与问题或问题相关的信息？

教学说明或示例活动

让学生练习识别表征的相关特征，让他们在不附加问题的情况下识别表征的特征。 AP物理问题提示是练习表示的良好来源。

教学策略

如果有任何问题怎么办？”

改变表示

条形图

技能

1.E 描述修改关于物理情况表示的假设的影响。

关键问题

在这种物理情况下做出了哪些假设？

如果改变这些假设会发生什么变化（例如，如果分析中包括空气阻力，自由落体物体的自由体图将如何变化）？

在创建表示时做了哪些假设？

如果对表示进行更改，这将如何影响实际情况？

教学说明或示例活动

让学生练习修改他们所做的每个问题的假设。 在家庭作业、课堂作业、测验和测试中，要求学生解释修改关于表征的假设将如何改变 物理情况以及改变物理情况将如何改变表征。

教学策略

定性推理

四方问题解决

科学实践2：问题与方法

确定科学问题和方法。

科学问题的范围可以从宽泛到狭隘，也可以在具体方面，从确定影响因素和/或原因到确定机制。提出的问题将决定要收集的数据类型，并将影响收集数据的计划。设计和改进实验设计和/或数据收集策略是一项学习技能。课堂讨论可以揭示数据收集中的测量不确定性和假设问题。学生需要了解，收集和使用数据来确定问题的数字答案的结果最好被视为一个区间，而不是单个数字。这个区间，即实验不确定性，是由于所用仪器的不确定性和进行测量的过程的组合造成的。尽管不需要详细的误差分析来传达这一关键思想，但重要的是让学生对他们知道测量数据点值的区间做出一些合理的估计，并以明确的方式表达他们的结果。

实验室经验对于帮助学生理解所考虑的主题也很重要。 因此，要求学生在组织良好的实验室笔记本中非正式地写下他们所做的、观察到的和得出的结论是很有价值的。 AP Physics C: Mechanics Exam 中的某些问题或部分问题涉及与实验室相关的技能，例如实验设计、数据分析和错误分析，旨在区分具有实验室经验的学生和那些有过实验室经验的学生。 没有。 此外，在实验室中获得的理解可能会提高学生的整体考试成绩。

科学实验的例子包括指导性的、基于探究的、动手实验室调查； 个人动手实验室调查； 实验室演示； 或基于实验室的动手课堂活动。

下表提供了在课程中实施问题和方法资源的问题示例和教学策略：

技能

2.A 确定一个可测试的科学问题或问题。

关键问题

可测试或科学问题与非科学问题有何区别？

教学说明或示例活动

让学生列出关于某个主题的问题，然后分组让他们选择其中一个问题并将其细化为科学可测试的问题。

教学策略

讨论组

制定计划

技能

2.B 提出主张或预测实验结果。

关键问题

可以对物理状况做出哪些假设或预测？

可以收集哪些类型的证据来为假设或预测辩护？

教学说明或示例活动

让学生列出可能的假设和/或预测以及为每个假设和/或预测辩护的必要证据。

教学策略

面向概念的演示

预测和解释

技能

2.C确定适当的实验 程序（可能包括实验室设置的草图）。

关键问题

回答科学问题需要哪些信息？

需要什么设备来收集必要的数据？

如何使用每台设备来收集必要的数据？

将如何处理数据（数据分析）来回答科学问题？

教学说明或示例活动

让学生练习 设计收集计划 数据回答科学 问题。 实验室设计 程序并不总是有 要进行。 例如，让学生 设计一个实验并 分析图形数据，其中 曲线下的面积需要 确定完成的工作或 由对象或系统。

教学策略

制定计划

故障排除

桌面实验

科学实践3：表示数据和现象

创建物理情况的视觉表示或模型。

AP物理C：力学需要几项关键技能，包括绘制和解释图形以及以图形形式表示数据或物理关系。学生需要能够从概念、语言、图形和数学思想的角度思考物理课程中的材料。作为理解周围物理世界的综合技能的一部分，学生必须能够以多种形式进行图形分析。随着图形计算器的使用，学生似乎失去了绘制、解释和理解图形的能力。学生在数学课程中学到的知识与他们如何在物理课程中应用这些知识之间

似乎存在脱节。例如，即使学生在以前的数学课程中学习过绘图并理解斜率的概念，他们可能难以理解位移-时间图的斜率是速度。 AP物理C：力学课程应该为学生提供弥合物理和数学之间差距的机会。

下表提供了在课程中实施数据和现象表示资源的问题和教学策略示例：

技能

3.A 选择并绘制适当的数据。

关键问题

应该绘制哪些数据？

应该使用什么比例和轴标签？

教学笔记或示例活动

让学生识别可以在新情况下绘制的数据，而无需提前了解被调查数量之间的关系。

教学策略

“万一出事了怎么办？”

图形和开关

讨论

团体

技能

3.B 使用适当的绘图技术、适当的比例和单位来表示模型的特征或物理系统的行为。

关键问题

图形可以表示哪些重要的物理特征？

为了表示模型或系统，应该绘制什么数量？

适当缩放的图形是什么样的？

一个图需要包含什么才能被称为“正确标记”？

教学笔记或示例活动

让学生通过给他们一个“如果有什么不对怎么办？”来识别正确的图表。 任务。 向学生展示一组数据和一个匹配的图表，并要求他们找出图表有什么问题（如果有的话）。 “错误”的事情一开始可能很简单（比例不统一，标签被遗漏），然后在课程的后期可能会变得更加困难并解决学生的误解。

教学策略

“如果有任何问题怎么办？”

图形和开关

改变表示

技能

3.C 画一个用图表表示显示一个功能性的关系两个之间数量。

关键问题

表示现象所需的主要功能关系是什么？

两个物理量之间的关系是什么？

教学笔记或示例活动

让学生画一张图，显示两个量之间的函数关系，然后与搭档切换。 学生们都对彼此的工作给予和接受反馈。

教学策略

图形和开关

故障排除

识别子任务

技能

3.D创造合适的图表代表身体的情况。

关键问题

哪些类型的图表可以用来表示不同种类的物理情况？

有多少种不同的表示可以用于物理场景？

教学笔记或示例活动

让学生通过给他们向后工作的任务来练习创建适当的图表。 给学生一个完整的问题解决方案，并要求他们创建与问题解决方案相匹配的适当图表（例如，力图或自由体图）。

教学策略

向后工作

图形和开关

科学实践4：数据分析

分析图表中表示的定量数据。

学生们通常认为，要制作图表，他们需要连接数据点，或者最佳拟合函数始终是线性的。 因此，即使对于不符合线性关系的数据，他们也可以构建最佳拟合曲线，这一点很重要。 学生应该能够将数据点表示为区间，其大小取决于实验的不确定性。 学生在数据中找到一个模式后，他们需要问为什么会出现这种模式，并尝试用他们所拥有的知识来解释它。 在处理新现象时，如果可能，他们应该能够设计出可测试的模式解释。 重要的是，学生要了解仪器不会产生精确的测量结果，并了解他们可以采取哪些步骤来降低不确定性。

学生应该能够设计第二个实验来确定相同的数量，然后检查两次测量的一致性，通过将两个结果都写为间隔而不是单个的绝对数字来比较两个结果。 最后，学生应该能够根据新数据修改他们的推理，其中一些可能出现异常的数据。 定量信息的分析、解释和应用是 AP 物理 C：力学学生的重要技能。 可以使用任何类型的数据教授分析技能，但如果是他们通过自己的调查收集的数据，学生将更多地投入到数据分析中。 鼓励教师为学生提供机会，让他们分析数据、得出结论，并将他们的知识应用于课程中的持久理解和学习目标。

下表提供了实施数据分析的问题和教学策略示例 课程资源：

技能

4.A 识别和描述数据或图表中的模式和趋势。

关键问题

数据或图表显示什么？

您可以从数据中识别出哪些趋势和模式？

教学说明或示例活动

让学生通过分配“没有笔的朋友”任务来练习识别和描述趋势。 给学生一个困难的数据集或图表，让他们在短时间内讨论（不写任何东西）。 然后让学生回到座位上，让他们充分识别和描述给定数据或图表中的模式。

教学策略

没有笔的朋友

写入和切换

预测和解释

技能

4.B 证明同一物理情况的不同图形表示之间的一致性。

关键问题

这些表征有哪些共同的物理特征？

表示如何证明一致性？

如果表示不一致，它会是什么样子？

可以创建哪些其他表示也与物理情况一致？

如何将当前的表示更改为非传统的但仍然是一致的表示？ （例如，动量与时间图可以重新表示为净力与时间图。）

教学说明或示例活动

让学生通过解决四方问题来练习展示图形表示之间的一致性。 给学生一个物理场景，来自教科书、AP 考试或其他来源，并要求他们创建四个与物理场景相匹配的一致表示。 表示的示例包括但不限于草图、图表、自由体图、力图、能量条形图和动量条形图。

教学策略

四方问题解决

条形图

技能

4.C线性化 数据和/或确定最佳拟合线或曲线。

关键问题

所代表的信息是什么，所绘制的变量之间的关系是什么？

需要绘制哪些变量以创建线性关系？

线性化图下方的斜率和/或面积的物理意义是什么？

线性图的 y 和/或 x 截距的物理意义是什么？

教学说明或示例活动

尽可能让学生在实验室活动中练习线性化，但也让学生练习他们以前从未见过的方程，包括数学关系（例如，球体的体积与球体的半径）、超出课程范围的关系（例如 ，电场大小与点电荷距离的关系），甚至是虚构的关系（创建虚构的方程并让学生讨论如何重新排列变量以使其线性化）。

教学策略

制定计划

写和切换/图表和切换

技能

4.D 选择图形的相关特征来描述物理情况或解决问题。

关键问题

图表下方的斜率和/或面积的物理意义是什么？

图的 y 和/或 x 截距的物理意义是什么？

图中表示的数据如何帮助回答问题或解决问题？

从解释图表中获得的信息与所提出的问题之间的关系是什么？

教学说明或示例活动

让学生练习选择和使用图表的相关特征，通过给他们排序任务来描述物理情况或问题。 使用包含无关信息的图表对任务进行排序有助于学生练习对信息进行排序 图形形式来确定哪些信息和特征与问题或实际情况相关。

教学策略

排行

图形和开关

没有笔的朋友

技能

4.E解释数据如何或图表说明物理学原则，过程，概念，或理论。

绘制了哪些信息或数据？

关键问题

图中变量之间的关系是什么？

可以对图表提出哪些类型的声明？

图表中的哪些证据可用于支持该主张？

什么物理过程、原理、概念或理论可以将图表提供的证据与主张联系起来？

教学说明或示例活动

让学生通过给学生图表或数据来练习构建论证，然后要求学生构建数学论证，以支持或反对图表或数据说明给定过程、概念或理论的主张。

教学策略

构造一个论点

写入和切换

冲突的争论

科学实践5：理论关系

确定当另一个量或物理情况发生变化时对一个量的影响。

物理学家通常使用数学表示来描述和解释现象以及解决问题。当学生使用这些表示时，他们应该理解数学描述、物理现象和数学描述中表示的概念之间的联系。在使用方程或数学表示时，学生需要能够证明为什么使用特定方程来分析特定情况是有用的，并了解可以使用方程/数学表示的条件。学生往往过于依赖数学表示。在解决问题时，他们需要能够以多种方式描述问题情况，包括图形表示、力图等，然后选择合适的数学表示，而不是首先选择变量似乎与给定匹配的公式在问题中。 学生应该能够在代入值之前使用方程的代数形式，并且还应该能够根据单位和极限情况分析来评估方程和答案。学生应该能够在方程中的函数关系（比例、反比例等）和物理世界中的因果关系之间进行转换。最后，学生应该能够评估一个数值结果是否有意义。在许多物理情况下，可能需要简单的数学例程来得出结果，即使它们不是学习目标的重点。

下表提供了实施理论的问题和教学策略示例 课程中的关系资源：

技能

5.A 选择一个适当的法律， 定义，或数学的关系或模型来描述身体状况。

关键问题

问题中给出了哪些线索可以帮助确定应该将哪些基本物理定律、关系或方程应用于该情况？

教学说明或示例活动

让学生识别应该使用哪个主要定律、定义或数学关系 仅在问题词干上。 （AP物理问题提示是一个很好的材料来源。）

教学策略

写入和切换

向后工作

技能

5.B 当现有变量发生变化时，确定方程内变量之间的关系。

关键问题

可以重写关系以使所讨论的变量仅在等式的一侧吗？

关系中的哪些符号是常数与可以改变的变量？

哪些潜在变量不能改变这个情况？

教学说明或示例活动

让学生通过给他们定性推理任务来练习确定变量之间的关系。 向学生展示身体状况，并要求他们应用一项原则来定性地推理会发生的事情。 给学生一个在物体上施加力的场景，并要求他们确定物体质量增加时净力和加速度之间的关系。

教学策略

定性推理

图形和开关

技能

5.C 当引入新变量时，确定方程中变量之间的关系。

关键问题

变量之间最初存在什么关系？ 新变量的引入对原有关系有何影响？

教学说明或示例活动

让学生练习通过使用冲突的争用任务来确定变量之间的关系。 给学生一个方程和一个引入新变量的场景，并询问两个学生在引入新变量后对新关系的看法。 让学生确定哪个主张是正确的并解释原因。

教学策略

冲突的争论

定性推理

技能

5.D 使用数学关系确定或估计数量的变化。

关键问题

如何重新排列数学关系，以便可以轻松识别所讨论的变量并理解关系？

如何修改或组合关系以估计或计算值？

是否有不止一种方法可以计算或估计所需数量？

教学说明或示例活动

让学生通过给他们定性推理任务来练习确定数量的变化。 向学生展示身体状况，并要求他们应用一项原则来定性地推理会发生的事情。 例如，在分析施加在门上的扭矩时，学生应该能够定性和定量地确定和/或估计施加扭矩的变化，具体取决于杠杆臂的长度。

教学策略

定性推理

识别子任务

技能

5.E派生通过选择并遵循逻辑代数路径，从已知量中获得符号表达式。

关键问题

与给定物理场景相关的基本物理原理、定律或关系是什么？

该基本物理原理、定律或关系如何与给定信息和/或其他物理定律相结合，以帮助推导出通向所需解决方案的逻辑路径？

教学说明或示例活动

让学生练习用 write 和 switch 来确定符号表达式。 要求学生推导出一个表达式并在短时间内单独处理它。 然后学生交换论文并与合作伙伴分享他们的步骤。 两名学生都会收到关于他们推导（包括它是否遵循逻辑代数路径）和最终符号表达的反馈。

教学策略

示范题

写入和切换

科学实践 6：数学套路

使用数学关系解决物理情况的问题。

学生需要精通解决问题并将基本原理应用于广泛的领域 各种情况。解决问题的能力可以通过脚手架练习和接触一系列具有挑战性的问题来培养。一般而言，允许在 AP 物理 C：力学考试的两个部分使用计算器和方程式的目的是更加强调对基本物理原理和概念的理解和应用。所有学生都可以使用方程式，这意味着与考试评分相比，简单地写下方程式将获得很少或没有学分。对于解决问题，复杂的科学或图形计算器无法替代对所涉及的物理学的透彻掌握。应该注意的是，虽然 AP 物理 C：力学中涵盖的主题比 AP 物理 1 少，但涵盖的内容更深入，分析和数学更复杂，包括微积分应用。

下表提供了实施数学的问题和教学策略示例 课程中的常规资源：

技能

6.提取物来自叙述或数学关系的数量来解决问题。

关键问题

给出的数量是多少？

回答问题需要多少数量？

什么关系将需求与给定数量联系起来？

教学说明或示例活动

让学生练习从叙述和/或数学关系中提取数量，方法是让他们完成逆向任务。 这些任务要求学生以一种不寻常的方式推理身体状况，而且经常 允许一种以上的解决方案。 例如，给学生以下等式，并要求他们创建另一个表示或书面解释 物理场景。 µs (200kg)(9.8 m s2 )cos30o = (200kg)(9.8 m s2 )sin30o

教学策略

向后工作

简化问题

技能

6.B 应用适当的定律、定义或数学关系来解决问题。

关键问题

存在哪些与给定问题相关的定律、定义或数学关系？

围绕使用所选法律、定义或关系的规则、假设或限制是什么？

教学说明或示例活动

让学生练习通过写入和切换应用适当的定律、定义或数学关系。 让他们推导出一个表达式或解决一个问题，给他们很短的时间来单独处理它。 然后学生交换论文并与合作伙伴分享他们的步骤。 两名学生都会收到关于他们的推导或问题解决方案的反馈（包括它是否遵循逻辑代数路径）。

教学策略

写入和切换

简化问题

询问专家

技能

6.C 通过选择并遵循逻辑计算路径，用已知量的单位计算未知量。

关键问题

计算是从方程式或基本物理关系、定律或定义开始的吗？

步骤是否清楚地写出并注释？

是否跳过任何步骤？

未知量是否清楚地标记为最终量 用单位回答完整吗？

教学说明或示例活动

让学生练习从已知数量计算未知数量，分配给他们“如果有什么不对怎么办？” 任务。 这些任务通过关注他们自己执行相同程序时可能出现的问题，将学生的注意力集中在排除错误和误解上。 例如，在绕地球运行的宇宙飞船的机械能计算中包括 mgh 的重力势能关系，以代替或补充正确的重力势能 GmM/R 表达式。

教学策略

“如果有任何问题怎么办？”

示范题

讨论组

技能

6.D 评估结果或解决方案的合理性。

关键问题

对于数值解，“合理”是什么意思？

象征性解决方案的“合理”是什么样的？

如何对结果或解决方案的“合理性”进行双重检查？

教学说明或示例活动

让学生通过分配一个有意义的、无意义的计算任务来练习评估结果或解决方案的合理性。 例如，当被要求写一个系统能量的表达式时， 让学生决定下列哪些表达是有意义的。 （MgD、Mg/D、MD/g 和 1/MgD）

教学策略

有意义、无意义的计算

向后工作

科学实践 7：论证

提出解释或科学论证。

解释观察到的现象的科学解释需要经过实验检验。人们应该能够用它来预测新现象。一个理论使用统一的方法来解释大量现象，并在该理论的适用范围内给出与多个实验结果一致的解释。物理学理论的例子包括动力学分子理论、量子理论和原子理论。学生应该理解解释和理论之间的区别。 学生应该准备好提供证据，从证据中为他们的主张构建合理的论据，并使用主张或解释进行预测。预测根据解释或受到审查的主张陈述特定实验设计的预期结果。 物理学家检查数据和证据以提出有关物理现象的主张。在阐述他们的主张时，物理学家使用推理过程，这些过程依赖于他们对数据和证据中不同类型的关系、联系和模式的认识。然后，他们提出一个主张并提出一个论据，解释现有证据如何支持该主张。 AP物理C：力学教师应该帮助学生通过提高他们对这些技能的熟练程度来学习如何创造有说服力和有意义的论点。 下表提供了在课程中实施论证资源的问题示例和教学策略：

技能

7.A 提出科学主张。

关键问题

根据问题和证据，您可以提出哪些可能的主张？

你会提出什么要求？

你的目的是什么（定义、显示因果关系、比较或解释一个过程）？

有哪些证据支持您的主张？

证据如何支持您的主张？

教学说明或示例活动

让学生识别和解释支持他们主张的证据，重点是证据如何支持主张。 给学生一个问题，例如，“以下哪项对 . . . ” 学生应该分析支持和反对每个职位的可能性和证据。 让学生选择一个职位并写出一个可以辩护的主张或论文，以反映他们的推理和证据。

教学策略

冲突争论

技能

7.B 用来自实验数据的证据支持一个主张。

关键问题

根据问题和证据，您可以提出哪些可能的主张？

你会提出什么要求？

你的目的是什么（定义、显示因果关系、比较或解释一个过程）？

有哪些证据支持您的主张？

证据如何支持您的主张？

教学说明或示例活动

让学生识别和解释支持他们主张的实验数据，重点是如何 数据支持这一说法。 这可以通过给学生一个汇报活动来练习。 在学生完成一项实验室活动并收集数据后，让他们分组讨论对数据的理解，从而就其含义达成共识。 这有助于澄清误解并加深对证据和主张之间关系的理解。

教学策略

预测和解释

汇报

快写

技能

7.C 用证据支持索赔从物理表征。

关键问题

在这种物理场景中，哪些物理表示是有效的？

什么物理表现支持您的主张？

实物表现如何支持您的主张？

教学说明或示例活动

让学生识别并解释 来自支持其主张的物理表示（图表、自由体图等）的证据，重点是推理如何支持该主张。

教学策略

冲突的争论

构造一个论点

技能

7.D 使用物理原理或定律提供推理来证明索赔的合理性。

关键问题

使用“因为”或“因此”等过渡解释为什么您的证据支持您的主张。 质疑你的推理。 是否有意义？

你对你的推理提供了一个可靠的解释吗？

什么推理（物理原理或定律）支持你的主张？

推理如何支持您的主张？

教学说明或示例活动

让学生识别并陈述支持他们主张的推理，重点是该推理如何支持该主张。 要求学生“闭环”并解释为什么证据通过推理来支持他们的主张。

教学策略

桌面实验构造一个争论写入和切换

技能

7.E 解释实验结果与更大的物理原理、定律或理论之间的联系。

关键问题

实验结果与物理定律、原理或理论有什么关系？

实验结果与物理定律、原理或理论之间有什么联系？

是否有不止一种基本物理原理可以用来支持实验结果？

教学说明或示例活动

让学生通过练习构建论证来练习解释实验结果和物理原理之间的联系。 让学生创建一个简短的段落或一组句子来解释实验结果，然后让他们交换论文以审查彼此的联系。

教学策略

定性推理

构造一个争论

写入和切换

技能

7.F 解释实验误差的潜在来源如何影响结果和/或结论。

关键问题

实验存在哪些基本误差来源？

这些来源怎么可能 减少错误或 被淘汰？

每个误差源将如何影响实验的最终结果？

教学说明或示例活动

让学生练习通过分配桌面实验任务来解释实验错误的潜在来源如何影响结果。 向学生展示一个小型简单的桌面实验，并要求他们使用该设备来回答问题并解决错误来源。

教学策略

桌面实验

冲突的争论

分享和回应