重視基本概念 實現(xiàn)有效銜接

王治國

摘? ? 要：高一新生總是習(xí)慣于用初中物理學(xué)習(xí)和生活中的經(jīng)驗對運(yùn)動進(jìn)行描述，這就要求高中教師加強(qiáng)初高中銜接教學(xué)。教師應(yīng)加強(qiáng)學(xué)情分析，利用學(xué)生前概念與新知識的交互作用，深入分析其學(xué)習(xí)的起點和潛在狀態(tài)，找準(zhǔn)最近發(fā)展區(qū)，從其認(rèn)知能力出發(fā)，創(chuàng)設(shè)真實的情境，強(qiáng)化物理知識與實踐情境的關(guān)聯(lián)，豐富學(xué)生在概念學(xué)習(xí)過程、問題解決過程中的真實體驗，使其形成正確的“時空觀”“矢量觀”“實驗觀”和“運(yùn)動觀”。教師還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的思維特點，把這些概念直觀化、形象化，幫助學(xué)生主動去發(fā)現(xiàn)和探索問題，深入地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：物理基本概念;初高中物理銜接教學(xué);認(rèn)知沖突;問題情境;數(shù)形結(jié)合

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“《課程標(biāo)準(zhǔn)》”）在課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程實施、課程評價四個方面對高中物理的教學(xué)提出新的要求，其理念的變化給處于高中起始階段的高一物理教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)。如何做好從初中物理到高中物理的銜接教學(xué)？如何在高一起始階段的教學(xué)中踐行新課程理念？下面，筆者以人教版普通高中教科書《物理》必修第一冊（以下簡稱“必修一”）第一章第二節(jié)《時間? ?位移》教學(xué)為例，探討核心素養(yǎng)理念下物理概念銜接教學(xué)的開展策略。

一、課標(biāo)分析

《課程標(biāo)準(zhǔn)》對“時間? ?位移”的要求為：“理解位移、速度和加速度。通過實驗，探究勻變速直線運(yùn)動的特點，能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運(yùn)動，理解勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，能運(yùn)用其解決實際問題，體會科學(xué)思維中的抽象方法和物理問題研究中的極限方法?！边@表明，《課程標(biāo)準(zhǔn)》不僅重視“描述運(yùn)動的基本物理量的構(gòu)建和理解”，更強(qiáng)調(diào)物理知識在實踐中的應(yīng)用以及基本思維方法的體驗。為此，與必修一配套的人教社新版《教師教學(xué)用書》將以前版本中的四個教學(xué)目標(biāo)整合成三個：（1）知道時刻與時間間隔的含義及在數(shù)軸上的表示方法，會在具體的問題中辨析、識別;（2）理解位置、位移等概念的含義，會在實際問題中正確分析;（3）了解矢量、標(biāo)量的含義，理解位移矢量性，會在一維坐標(biāo)系中表示物體做直線運(yùn)動的位置、位移等物理量。并在此基礎(chǔ)上增加了兩條：（1）理解位移—時間圖像的物理意義，能根據(jù)圖像分析物體在一段時間內(nèi)和位移;（2）了解打點計時器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，會使用打點計時器記錄物體運(yùn)動的位移和時間，知道如實記錄原始數(shù)據(jù)的重要性。

二、教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析

必修一第一章主要是從運(yùn)動學(xué)的角度對做直線運(yùn)動的物體進(jìn)行描述，按照如下邏輯順序展開：描述的對象是什么（質(zhì)點）→描述的工具是什么（參考系）→如何描述（位置變化、位移變化率、速度變化率）。這種安排符合“從簡單到復(fù)雜”的認(rèn)知規(guī)律。由此可知，這一章的主要內(nèi)容是描述質(zhì)點的位置、位置隨時間的變化和速度隨時間的變化。顯然，要完成這些描述，首先要建立“時刻、時間間隔和位移”等概念。也就是說，《時間? ?位移》的內(nèi)容及其思想方法是學(xué)習(xí)速度和加速度等物理量的基礎(chǔ)。

從內(nèi)容上看，這節(jié)課圍繞著時刻、時間和位置、位移兩組核心概念，按照“時刻和時間間隔→位置和位移→直線運(yùn)動的位移→位移—時間圖像→位移和時間的測量”順序呈現(xiàn)內(nèi)容，并滲透了關(guān)于狀態(tài)和過程的思考，旨在引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟“物理量的建立、描述、測量”這一認(rèn)識思路。這種以初中知識為基礎(chǔ)呈現(xiàn)物理概念的方式，既接近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，又體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性，有助于學(xué)生基本運(yùn)動觀的形成?？紤]到時間和位移概念的抽象性，為了降低教學(xué)臺階，教材沿用初中課本中用路程—時間圖像描述物體運(yùn)動方法，用坐標(biāo)系和位移—時間圖像來表示時刻、時間、位置、位移及物體位置隨時間的變化。這種運(yùn)用知識遷移方法來表征物理量的方式，既易讓學(xué)生接受，又體現(xiàn)了教材重視數(shù)學(xué)在物理學(xué)習(xí)中的作用。該節(jié)最后設(shè)置“練習(xí)使用打點計時器”實驗，讓學(xué)生利用初中所學(xué)的方法來測量時間和位移，表明教材重視初高中知識的銜接與過渡及對物理量認(rèn)識的完整性;設(shè)置“科學(xué)漫步”欄目，介紹全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，既幫助學(xué)生將物理知識與科技和社會聯(lián)系起來，又培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神。

三、初高中銜接教學(xué)實施策略

當(dāng)前，初高中物理銜接教學(xué)中存在如下問題：（1）脫離生活實際，淡化概念形成的過程，忽視基本運(yùn)動觀的培育;（2）不重視高中起始階段的銜接教學(xué);（3）忽視概念間的相互聯(lián)系及概念形成過程中的科學(xué)思維方法教育。不少教師沒有注意到新課程對學(xué)生能力的高要求，對初中物理知識體系和教學(xué)方法缺乏了解，沒有結(jié)合生活實際將初中的“長度”“時間”的內(nèi)涵與高中的“時間”“位移”加以比較認(rèn)識，更不注意對學(xué)生基本運(yùn)動觀的培育，無視學(xué)生學(xué)習(xí)中的存在問題，以自己的思維來代替學(xué)生的思維，不注重引導(dǎo)學(xué)生參與概念構(gòu)建的思維加工活動。

因此，筆者認(rèn)為，要實現(xiàn)初高中銜接教學(xué)有序遞進(jìn)，教師就應(yīng)找準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，創(chuàng)設(shè)“認(rèn)知沖突”情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需求，借助數(shù)形結(jié)合、強(qiáng)化直觀教學(xué)等方法，讓學(xué)生在真實的問題情境中，構(gòu)建新知，啟發(fā)思維，豐富體驗，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境，促進(jìn)概念有序遞進(jìn)

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生并不是空著腦袋走進(jìn)教室的，而是帶著他們在以往的學(xué)習(xí)和生活中積累的知識經(jīng)驗參與新知的學(xué)習(xí)，總是自覺或不自覺地運(yùn)用前概念去判斷、分析、解決問題。高一新生通過初中物理學(xué)習(xí)和生活中的經(jīng)驗對運(yùn)動的描述有了一定的認(rèn)識，習(xí)慣于用路程描述物體的運(yùn)動，在構(gòu)建描述物體位置改變的物理量時，他們會感到迷茫：“為什么不能用路程來描述物體的位置改變？為什么要用有向線段來表示物體的位置變化？位移與路程有怎樣的不同？”

筆者認(rèn)為，要消除學(xué)生的迷茫，教師就應(yīng)加強(qiáng)學(xué)情分析，利用學(xué)生前概念與新知識的交互作用，創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，使其在分析與思考中，不斷調(diào)整自我認(rèn)知體系，順利地實現(xiàn)位移概念的構(gòu)建。

【案例1】位移概念的構(gòu)建（根據(jù)初中所學(xué)的路程概念逐步展開構(gòu)建）

師：某人從北京到南京，用什么來描述他的位置變化呢？

生：路程。

師：從北京到南京有許多條路徑，路程不一樣，可以用它來描述物體的位置變化嗎？

生：用從北京到南京的距離來表示。

師：北京到南京直線距離約為886公里，那么，以同樣的距離到南京的地方有多少個？

生：太多了。

師：如何精準(zhǔn)地描述從北京到南京的位置變化呢？

生：用從北京到南京的有向線段來描述。

師：根據(jù)以上分析，你能感受到位移與路程有什么明顯的不同？

生：位移可以準(zhǔn)確地描述物體的位置變化，路程只能描述物體運(yùn)動軌跡的長度。

教師挖掘、發(fā)現(xiàn)學(xué)生的“前概念”，適時、合理地將其加以轉(zhuǎn)化、提升，更易使學(xué)生在情感上接受“位移的方向性”，進(jìn)而實現(xiàn)認(rèn)知上的自主遷移。

（二）立足最近發(fā)展區(qū)，注重教學(xué)循序漸進(jìn)

從標(biāo)量到矢量是我們認(rèn)識自然界物理量上的一次質(zhì)的飛躍。位移是學(xué)生在高中階段接觸到的第一個矢量，他們不習(xí)慣這種既有大小又有方向且遵從特殊運(yùn)算法則的物理量學(xué)習(xí)，常常忽略位移的方向性，對矢量不同于標(biāo)量的特點感到奇怪、不好理解。筆者認(rèn)為，要有效地處理好位移矢量性的教學(xué)，教師應(yīng)當(dāng)深入分析學(xué)生學(xué)習(xí)的起點和潛在狀態(tài)，找準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，從學(xué)生的認(rèn)知能力出發(fā)，不追求對矢量認(rèn)識的一步到位，降低難度、循序漸進(jìn)、妥善過渡，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立對位移矢量性的認(rèn)識，為后續(xù)理解速度、速度變化量、加速度打好基礎(chǔ)。

筆者首先引導(dǎo)學(xué)生比較位移和路程兩個概念，使其認(rèn)識到用有向線段可以表示末位置相對初位置的變化，體會用位移反映位置變化時，不僅要考慮大小還要考方向，理解矢量方向的現(xiàn)實意義。

【案例2】位移矢量性（理解一維矢量運(yùn)算與標(biāo)量運(yùn)算的不同之處）

師：如圖1所示，若汽車沿直線先從O點到A點，再從A點到B點，位移和路程分別等于多少？

生：OA段：位移x1=100m，路程s1=100m。AB段：位移x2=50m，路程s2=50m。

師：從O點到B點位移和路程等于多少？位移方向如何？

生：位移x=150 m，方向由O指向A，路程s=150m。

師：若汽車沿直線先從O點到C點，再從C 點到B 點，位移和路程分別等于多少？

生：OC段：位移x3=-100 m，路程s3=100m。CB 段：位移x4=250 m，路程s4=250m。

師：整個過程中的位移和路程等于多少？位移方向如何？

生：整個過程中的位移x=150 m，方向沿x軸正方向，路程s=350m。

師：你能畫出上述過程中位移矢量圖嗎？

生：畫出上述過程中的矢量圖（圖略）。

師：（引導(dǎo)學(xué)生得出）一維矢量的運(yùn)算可轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算，總位移等于各位移（帶有方向符號）的代數(shù)和。

最后，筆者通過以下問題，讓學(xué)生理解多維矢量運(yùn)算。

如果汽車從O 點向北運(yùn)動300米到 A 點，然后又向東走了400米到B點，請在圖（圖略）中畫出汽車先后兩次運(yùn)動的位移和總位移矢量圖。根據(jù)圖形，你能總結(jié)出矢量和標(biāo)量的運(yùn)算有哪些不同嗎？

筆者運(yùn)用“比較”和“直觀的圖示”等方法，引導(dǎo)學(xué)生從一維到多維認(rèn)識位移矢量運(yùn)算法則的設(shè)計，既考慮到了學(xué)生已有的知識水平，又符合學(xué)生對矢量知識從簡單到復(fù)雜的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生親自動手作圖，獨(dú)立思考，既理解了位移的矢量性、感知了矢量與標(biāo)量遵循不同的運(yùn)算法則，又為后續(xù)建立和理解速度、速度變化量、加速度等概念作了鋪墊。

（三）創(chuàng)設(shè)真實問題情境，形成物理觀念

物理觀念不可能通過記憶物理知識自發(fā)形成，如果教學(xué)過程是“速成”的，物理概念是以“簡捷”的方式告知的，沒有必要的構(gòu)建過程體驗，就不可能形成正確、全面而又有深度的觀念。《時間? ?位移》是高中物理的開篇章節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理需要具備的很多都要在這節(jié)課中第一次學(xué)習(xí)：第一次深入理解時刻、時間、位置、位移等概念的確切含義，體會關(guān)于狀態(tài)和過程的思考;第一次接觸矢量的有關(guān)知識;第一次用打點計時器進(jìn)行定量的實驗;第一次用數(shù)學(xué)圖像描繪物理過程和規(guī)律。具體教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)做好初高中知識的銜接與過渡，慎重處理好這些重要的“第一次”，注重創(chuàng)設(shè)真實的情境，強(qiáng)化物理知識與實踐情境的關(guān)聯(lián)，豐富學(xué)生在概念學(xué)習(xí)過程、問題解決過程中的真實體驗，從而形成正確的“時空觀”“矢量觀”“實驗觀”和“運(yùn)動觀”，扎扎實實地從這些第一次中獲得基本素養(yǎng)的提高。

筆者如此設(shè)計教學(xué)：（1）創(chuàng)設(shè)“描述汽車在長安街上的位置和運(yùn)動情況” “描述遠(yuǎn)洋貨輪在大海中的位置和位置改變”等情境，讓學(xué)生經(jīng)歷“時間→位移”“時刻→位置”對應(yīng)關(guān)系的體驗，在對時間、空間、參考系逐步深化認(rèn)識的過程中，培養(yǎng)運(yùn)動時空觀;（2）創(chuàng)設(shè)“從北京到南京的三種行程方案”“汽車在同一直線上和不在同一直線上運(yùn)動”等情境，讓學(xué)生在分析、比較物體的位置變化中構(gòu)建位移概念，在分析汽車不同階段的位移變化情況中探究位移矢量的運(yùn)算法則，培養(yǎng)矢量觀;（3）創(chuàng)設(shè)“使用打點計時器測小車運(yùn)動的位移和時間”實驗情境，讓學(xué)生學(xué)習(xí)利用打點計時器測量物體運(yùn)動位移和時間的方法，弄清實驗記錄時間和位移的原理，形成正確的實驗觀;（4）創(chuàng)設(shè)“記錄小車運(yùn)動情況”的情境，讓學(xué)生自主設(shè)計表格、記錄數(shù)據(jù)，建立位移—時間圖像，形成用圖像來描述運(yùn)動的觀念。

（四）借助數(shù)形結(jié)合，強(qiáng)化直觀教學(xué)

高一學(xué)生抽象思維能力較弱，形象思維占據(jù)主導(dǎo)地位，對知識的理解需要建立在豐富的直觀表象之上。在第一次比較系統(tǒng)地面對“時刻、時間、坐標(biāo)系、位置、位移、位移—時間圖像”等概念時，如果教師不加以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，他們是難以形成正確認(rèn)識的。因此，教師要根據(jù)學(xué)生的思維特點，把這些概念直觀化、形象化，幫助學(xué)生主動去發(fā)現(xiàn)和探索問題，深入地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

例如，我們常說“位置和時刻是對應(yīng)物理狀態(tài)的物理量，而時間和位移是對應(yīng)物理過程的物理量”。但實際教學(xué)中，教師往往是用盡千言萬語也難以講清楚這一區(qū)別，學(xué)生在學(xué)的過程中也是一知半解、概念混淆。筆者采用數(shù)形結(jié)合的方法幫助學(xué)生進(jìn)行理解、構(gòu)建：（1）引導(dǎo)學(xué)生建立時間數(shù)軸和位置數(shù)軸，理解時間、時刻的含義，理解“時刻是一個瞬時值，對應(yīng)著運(yùn)動過程中的一個確定的狀態(tài)和位置，時間間隔是一個過程量，對應(yīng)始、末兩個狀態(tài)之間的變化過程”;（2）在學(xué)習(xí)“位移”概念時，讓學(xué)生動手畫運(yùn)動圖，理解位移和路程的概念及它們的區(qū)別，體會“只要掌握了質(zhì)點的原有位置和位移，就可以確定質(zhì)點的新位置。如果只知道質(zhì)點路程是不能確定質(zhì)點的新位置”的含義;（3）在學(xué)習(xí)位移的矢量性時，引導(dǎo)學(xué)生在位置數(shù)軸和坐標(biāo)系上畫點、線，體會坐標(biāo)點、圖線的物理意義，以及在運(yùn)動過程中各段位移所形成圖形的關(guān)系，進(jìn)而理解位移矢量運(yùn)算法則;（4）在學(xué)習(xí)位移—時間圖像時，讓學(xué)生根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)軸上描點、作圖，細(xì)心體會坐標(biāo)、原點、圖線的截距的物理含義，通過對圖像的分析，判斷“位移”和“時間”之間的關(guān)系，體會圖像在描述物體運(yùn)動中的直觀化、明晰化的特點。筆者發(fā)現(xiàn)，這種借助數(shù)形結(jié)合直觀地構(gòu)建物理概念的方法，能讓學(xué)生在直觀感知的基礎(chǔ)上建立對概念的理解，既降低了學(xué)習(xí)新知識的難度，使學(xué)生對概念的理解更為清晰，又激發(fā)了學(xué)生的思維，促進(jìn)了深度學(xué)習(xí)，還提升了學(xué)科間的融合。[□][◢]