例談進(jìn)階式科學(xué)探究助力初高中課程銜接
——以《自由落體運動》為例

■徐州市第三十一中學(xué) 朱興國

在中學(xué)物理學(xué)習(xí)的過程中，初高中銜接階段的學(xué)習(xí)讓許多學(xué)生感到困難。初中物理知識側(cè)重生活中常見的物理現(xiàn)象，主要內(nèi)容為物理的基本概念和規(guī)律。高中物理知識內(nèi)容更具系統(tǒng)性，概念和規(guī)律更具嚴(yán)謹(jǐn)性，初高中知識整體呈現(xiàn)螺旋上升的狀態(tài)。在物理核心素養(yǎng)中包含了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，其中學(xué)生經(jīng)過科學(xué)探究，可以形成物理觀念，建構(gòu)提升科學(xué)思維以及養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的基礎(chǔ)和方法。同樣相似相關(guān)的科學(xué)探究過程也可以有效銜接起初高中兩個學(xué)段的知識學(xué)習(xí)。

下面以“自由落體運動”為例，利用進(jìn)階式的思想，具體介紹如何通過相關(guān)科學(xué)探究過程完成相關(guān)初高中銜接課程的教學(xué)。

一、初中階段有關(guān)自由落體運動的教學(xué)過程

雖然生活中學(xué)生對物體下落的情景很熟悉，但還是第一次分析歸納自由落體運動的規(guī)律。學(xué)生需要將感性認(rèn)識逐步上升到理性分析，將生活中總結(jié)出的經(jīng)驗和方法進(jìn)行系統(tǒng)歸納并加以推廣應(yīng)用。為此教學(xué)分成三個階段來完成。

第一階段，學(xué)生可以觀察紙錐下落，比較大小兩個紙錐下落的快慢。以日常生活中常見的現(xiàn)象為觀察和研究對象，學(xué)生可以輕松進(jìn)入科學(xué)探究的狀態(tài)，隨后分析下落中的差異得到比較快慢的兩種方法：第一種，相同時間比路程；第二種，相同路程比時間。引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗中提煉出物理研究方法，積累了使用物理視角解釋現(xiàn)象的經(jīng)驗，最后利用第一種相同時間比路程的方法定義速度，明確了常用概念速度的物理含義和數(shù)學(xué)方法。

第二階段，學(xué)生可以觀察直玻璃管中氣泡的運動情況，針對具體情景進(jìn)行觀察。學(xué)生分組測量通過相同路程所用的時間，獲取實驗數(shù)據(jù)，并記錄在表格中，然后采用不同的方法分析數(shù)據(jù)特點。

學(xué)生在坐標(biāo)圖中畫出氣泡運動的s-t圖像。最后得出在相等時間內(nèi)通過的路程相等的結(jié)論，繼而給出勻速直線運動的名稱，建構(gòu)出相應(yīng)的物理概念。

第三階段，觀察蘋果下落過程照片（每隔相等時間曝光一次）。學(xué)生利用比較快慢的方法得出蘋果下落速度越來越快，并使用前面課程所得結(jié)論，分析研究新的現(xiàn)象，得出變速直線運動的定義。

三個階段的教學(xué)呈現(xiàn)出一種螺旋上升的狀態(tài)。首先，三次科學(xué)探究活動都從實際情景出發(fā)，經(jīng)過一番探究后得出物理概念；其次，三個階段的探究難度不斷提升，由定性觀察發(fā)展到定量研究，從人眼簡單觀察到使用工具測量、利用物理圖像分析數(shù)據(jù)；最后，在第2、3階段的探究中反復(fù)使用了第1階段的探究成果。學(xué)生經(jīng)歷這樣進(jìn)階性的三次科學(xué)探究活動后，基本熟悉了探究的步驟，養(yǎng)成了穩(wěn)定的研究習(xí)慣。

二、高中階段有關(guān)自由落體運動的教學(xué)設(shè)計

第四階段教學(xué)

1.觀察蘋果下落過程照片（每隔相等時間曝光一次）（情景引入，回憶初中的學(xué)習(xí)內(nèi)容。）

教師：蘋果下落的過程是一種什么運動？

學(xué)生：加速直線運動。

教師：每秒速度增大多少？（進(jìn)一步研究運動的細(xì)節(jié)）

2.測量下落時的瞬時速度（根據(jù)研究需要，介紹打點計時器的使用方法）

教師：測定下落速度需要確定下落過程中路程和時間的情況，我們需要一種既能記錄時間又能標(biāo)記路程的測量工具。（介紹打點計時器的使用方法）

此時學(xué)生學(xué)習(xí)打點計時器的使用方法，進(jìn)行分組實驗，得到記錄自由落體運動點跡的紙帶。

教師：有了這些紙帶，如何測量瞬時速度？（根據(jù)研究需要，介紹瞬時速度的計算方法）

（直接給出瞬時速度計算方法）

此時學(xué)生閱讀測量瞬時速度的方法，計算出連續(xù)幾個時刻的瞬時速度。

3.得出速度變化情況

教師：這些瞬時速度有什么變化？

學(xué)生：隨著時間的增加，速度不斷變大。（分析實驗數(shù)據(jù)）

教師：速度每次變大多少？

此時學(xué)生計算出速度變化量；教師介紹加速度的概念、公式、單位。（定義新出現(xiàn)的物理量）

4.得出勻加速直線運動的概念

教師：整個過程加速度是否變化？（分析運動過程的特點，定義這種運動的名稱）

學(xué)生：基本保持不變。

此時教師給出勻加速直線運動的概念。

課程從學(xué)生熟悉的情景入手，通過教師的提問引出進(jìn)一步的探究活動。而此時學(xué)生以前掌握的測量工具不能滿足現(xiàn)在的探究需要，教師可及時向?qū)W生介紹新的測量工具，并應(yīng)用在新的探究活動中。分組實驗中，在分析紙帶點跡計算瞬時速度時，學(xué)生可能會再次遇到困難，教師這時應(yīng)再次提供幫助。最后分析所得速度，得到速度的變化量，加速度的概念自然生成。整個探究活動接近尾聲，學(xué)生腦海中有了加速度的概念，再次觀察蘋果下落，從自由落體運動為加速度不變的直線運動得到勻加速直線運動的概念。

三、初高中課程間的進(jìn)階性聯(lián)系

縱觀初高中銜接課程的教學(xué)過程，每一次的教學(xué)過程都是前一次課程的延伸和拓展，也同樣是后一次課程的鋪墊。教師首先針對實際情景提出問題，每一階段課程所選取的實際情景是逐漸變化的，與前一次既有聯(lián)系又有不同。在設(shè)計實驗和進(jìn)行實驗的環(huán)節(jié)，實驗實施的環(huán)節(jié)不斷增多，操作的難度加大，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了鍛煉。在對實驗數(shù)據(jù)的分析論證過程中，也從簡單表格記錄升級到學(xué)習(xí)并應(yīng)用新的數(shù)據(jù)處理方法，以及繪制并分析物理圖像（s-t圖和v-t圖）。學(xué)生在探究活動中的交流、合作也越來越熟練，越來越深入。

四、結(jié)語

綜上所述，在初高中銜接課程教學(xué)設(shè)計中，科學(xué)探究活動對學(xué)生物理學(xué)習(xí)有著極大的幫助。而進(jìn)階式的教學(xué)設(shè)計思路，可以很好地解決前后課程內(nèi)容之間的銜接問題，發(fā)現(xiàn)前后知識之間的聯(lián)系，這里的聯(lián)系不僅有內(nèi)容上的關(guān)聯(lián)，還有知識呈現(xiàn)形式上的聯(lián)系。學(xué)生在這種具備多重聯(lián)系的課程中學(xué)習(xí)時，會自主調(diào)動自身的知識儲備，提升自身解決問題的能力。進(jìn)階式科學(xué)探究可以使初中和高中物理課程形成合力，更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。