小學(xué)科學(xué)與初中物理“能量”相關(guān)概念銜接研究

李雅蘭

實(shí)現(xiàn)學(xué)生大概念的連續(xù)進(jìn)階是當(dāng)前國際科學(xué)教育的普遍共識，各學(xué)段的教師應(yīng)當(dāng)在展開教學(xué)之前充分思考學(xué)生從何處來（認(rèn)知起點(diǎn)）、往何處去（課程目標(biāo)）的問題，尤其是學(xué)生跨學(xué)段的發(fā)展。能量是教育部修訂的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》和《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中的主要內(nèi)容之一。本文以人教版小學(xué)科學(xué)與初中物理教科書為分析對象（其中小學(xué)科學(xué)教科書1～3年級為人教鄂教版），分析能量相關(guān)概念的銜接情況，并提出相關(guān)教學(xué)建議，以期給中小學(xué)教師提供些許教學(xué)參考。

能量相關(guān)概念銜接路徑

1.教科書結(jié)構(gòu)銜接

教科書結(jié)構(gòu)受到課程設(shè)計理念、內(nèi)容的廣度、深度以及課程目標(biāo)等因素的影響，故而梳理結(jié)構(gòu)是從整體上把握教科書必不可少的部分。

小學(xué)科學(xué)六年級下冊教科書用單獨(dú)的單元“能量與生活”探討了能量這一主題，該單元內(nèi)容按照“能量—能源—能源的開發(fā)與利用”這一路徑展開（見表1）。此外，在六年級上冊《水的三態(tài)變化》一課中提到水的三態(tài)變化涉及熱量的變化。整體上看，小學(xué)科學(xué)教科書能量內(nèi)容較少，結(jié)構(gòu)呈直線式。

從表1可以看出，初中物理教科書在結(jié)構(gòu)上注意知識的遞進(jìn)和銜接，呈螺旋上升式。首先學(xué)習(xí)了功和能這兩個核心概念，再圍繞這兩個核心概念進(jìn)行延伸，學(xué)習(xí)機(jī)械能、內(nèi)能與電功率。值得一提的是，《內(nèi)能的利用》這一章的最后一節(jié)是“能量轉(zhuǎn)化與守恒”，此節(jié)在能量基本知識的基礎(chǔ)之上，從更高的視角幫助學(xué)生認(rèn)識能量的本質(zhì)內(nèi)涵和物質(zhì)世界的統(tǒng)一性。

2.概念銜接路徑

能量的教學(xué)內(nèi)容可分為能量的形式、能量轉(zhuǎn)化與能量守恒、能量耗散、能源開發(fā)與利用四個部分。分析課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)兩套教科書中能量相關(guān)概念的銜接路徑如左頁圖。

能量相關(guān)概念主要教學(xué)內(nèi)容及銜接路徑

小學(xué)科學(xué)教科書在能量形式、能量轉(zhuǎn)化與守恒、能量耗散、能源的開發(fā)與利用四個部分均有所涉及，相關(guān)內(nèi)容皆在初中有進(jìn)一步的拓展和深化。

在學(xué)習(xí)能量的形式時，小學(xué)階段只涉及能量的存在形式，如核能、動能，而初中階段則涉及產(chǎn)生核能的方式（聚變、裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等），動能與勢能同屬于機(jī)械能等。

小學(xué)階段學(xué)習(xí)能量轉(zhuǎn)化與守恒時，只涉及不同形式的能量的轉(zhuǎn)化，初中階段則以功為核心，進(jìn)一步學(xué)習(xí)功率、機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒、能量守恒定律等內(nèi)容。

在能量耗散方面，小學(xué)階段僅涉及熱量和熱傳遞的概念，初中階段需要以此為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)能、電流熱效應(yīng)、焦耳定律、能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性等內(nèi)容。

由此可以發(fā)現(xiàn)，初中物理能量概念的結(jié)構(gòu)化程度更高，各內(nèi)容間的銜接更加復(fù)雜。

能量目標(biāo)的逐層進(jìn)階

對比課程標(biāo)準(zhǔn)中的課程目標(biāo)發(fā)現(xiàn)，初中物理在小學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)上對能量相關(guān)概念的認(rèn)知目標(biāo)在不斷提升，具體表現(xiàn)為：

1.能量形式更加豐富，需了解勢能與內(nèi)能;進(jìn)一步了解已學(xué)的能量形式;知道產(chǎn)生核能的方式并辯證地看待核能、了解動能的影響因素、定量計算電能、電功率和電熱。

2.引入功、功率的概念，知道做功是能量轉(zhuǎn)化的方式并能定量計算;知道機(jī)械能守恒的條件、認(rèn)識能量守恒。

3.知道能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移有一定的方向性，并能從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識效率。

4.從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性的角度，理解節(jié)約能源的原因與意義。相較小學(xué)科學(xué)，初中物理能量相關(guān)概念的課程目標(biāo)在廣度和深度上都有所提升。

初中物理在小學(xué)科學(xué)的能量相關(guān)概念主要內(nèi)容見表2。

小學(xué)、初中能量相關(guān)概念的銜接特點(diǎn)

1.能量概念與形式

能量概念界定多樣、本質(zhì)抽象、內(nèi)涵豐富，使其難以被學(xué)生接受和理解，在不同階段對能量概念的界定側(cè)重不同，適切學(xué)生認(rèn)知水平的詮釋方式將更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。小學(xué)科學(xué)教科書對能量的界定與能量形式緊密相連，其在《生活中的能量》這一課指出：一切物體在工作中都離不開能量，并介紹了生活中常見的各種能量的形式。這樣的界定幫助學(xué)生建立起的對能量意義的認(rèn)知是：能量是可供人們利用，變化形態(tài)而去協(xié)助人類進(jìn)行生產(chǎn)制造的一種資源。初中物理教科書對能量的界定是通過功的概念進(jìn)行的：物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量。這樣的界定強(qiáng)化了能量能夠轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的特性。

小學(xué)、初中兩套教科書的界定充分考慮了學(xué)生的認(rèn)知水平，側(cè)重于能量的不同特性。小學(xué)科學(xué)以生活經(jīng)驗(yàn)為依托，突出能量的有用性;初中物理借助功的概念，強(qiáng)調(diào)能量能夠轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的特性。

2.能量的轉(zhuǎn)化、守恒、耗散

在能量轉(zhuǎn)化方面，小學(xué)科學(xué)教科書的內(nèi)容是生活中的能量轉(zhuǎn)化，在能量耗散方面包括物態(tài)變化會伴有熱量變化、熱傳遞，未涉及能量守恒，且各部分內(nèi)容互相獨(dú)立。初中物理教科書不僅增加了能量觀的核心內(nèi)容——能量守恒定律、能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的具有方向性，并以功和內(nèi)能為基礎(chǔ)，介紹了系列相關(guān)的概念串：功、功率、電功、電功率、機(jī)械能、內(nèi)能、熱量、熱傳遞等。

更重要的是，初中物理教科書還包括利用能量的思想分析解釋現(xiàn)象的內(nèi)容，如用能量耗散的思想解釋機(jī)械效率和節(jié)約能源的必要性等，各內(nèi)容間建立了有意義的連接，對學(xué)生思維能力的要求也更高。

3.能源的開發(fā)與利用

能源的開發(fā)與利用是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感的重要部分。小學(xué)科學(xué)教科書主要介紹了當(dāng)前人類的能源利用情況、化石能源形成過程和新能源的開發(fā)舉措;初中物理教科書在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步介紹了核能的優(yōu)點(diǎn)和可能的隱患以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性是我們需要節(jié)約資源的重要原因。

小學(xué)科學(xué)與初中物理教科書編寫理念具有連續(xù)性，均展現(xiàn)了重視STS的教育理念，這對于培養(yǎng)學(xué)生崇敬科學(xué)的態(tài)度和節(jié)約資源、愛護(hù)環(huán)境的社會責(zé)任感以及可持續(xù)發(fā)展的意識具有深遠(yuǎn)意義。

教學(xué)策略

1.積累感性經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建基本框架

能量是貫穿中小學(xué)學(xué)習(xí)的一個主要內(nèi)容，對它的認(rèn)知的發(fā)展不是一朝一夕可以完成的，它需要在普遍的應(yīng)用和與其他概念的有意義連接中逐步發(fā)展、完善。因此，依據(jù)能量核心觀點(diǎn)建立起基本的知識框架，并在此基礎(chǔ)上不斷拓展延伸可以實(shí)現(xiàn)能量相關(guān)概念的螺旋式上升。

能量守恒和耗散是能量概念的核心內(nèi)容，雖然小學(xué)科學(xué)教科書和課程標(biāo)準(zhǔn)中未提到相關(guān)要求，不過，倘若在教學(xué)過程中能夠通過趣味活動補(bǔ)充一些感性經(jīng)驗(yàn)，既可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可避免使學(xué)生負(fù)擔(dān)過重。如通過擺球碰鼻實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獲利能量守恒的感性經(jīng)驗(yàn);通過感受手機(jī)充電時充電頭發(fā)熱現(xiàn)象，幫助學(xué)生建立最樸素的能量會耗散的感性經(jīng)驗(yàn)——總有一部分能量未被以我們期待的形式利用。教學(xué)時，除了基本概念的教學(xué)，更要注意建構(gòu)簡單卻基本的知識構(gòu)架，這將更有利于學(xué)生在初中階段知識體系的系統(tǒng)化。

2.注意能量概念的跨學(xué)科滲透

能量是一個跨學(xué)科的概念，且小學(xué)科學(xué)是綜合課程，因此教師在教學(xué)中可適當(dāng)滲透跨學(xué)科的思想。例如，植物的生長需要太陽，是因?yàn)樘枮樗峁┝四芰?動物進(jìn)食是為了為身體提供營養(yǎng)和能量，食物鏈本質(zhì)上是能量的流動;云、霧、雨、雪等是水的多種形態(tài)，不同形態(tài)的變化需要吸熱或放熱。以跨學(xué)科的視角促進(jìn)能量概念的滲透，有助于學(xué)生知識遷移能力的提升，有助于學(xué)生更好地理解能量相關(guān)概念。

長江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院

物理教育研究所（434023）