基于物理觀念下的初高中光學銜接教學建議

周格格 須萍

摘? ?要：在核心素養(yǎng)的背景下，為初高中物理更好地銜接，為學生能夠終身發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，應注重學生物理觀念的形成。從觀念產生的重要前提、形成的必要條件及深化的關鍵步驟三方面，以“光學”為例討論如何做好初高中銜接教學。

關鍵詞： 物理觀念;教學銜接;光學

物理核心素養(yǎng)是物理學科育人價值的集中體現，是三維課程目標的整合和提煉，是學生進一步成長的基礎。與初中相比，高中物理不論是在深度上還是廣度上都提高許多，在核心素養(yǎng)的背景下，如何做好初高中銜接，幫助學生克服學習困難，不僅是高中物理教師急需解決的問題，也是初中物理教師需要考慮的問題。物理觀念作為物理學科核心素養(yǎng)中的首要素養(yǎng)，是重要的科學觀念，更是物理教育中重要的目標之一，有助于增進學生對知識的理解，學習方式的轉變，更有利于重建教育價值觀[ 1 ]，對學生全面發(fā)展有著重要意義。本文基于物理觀念產生、形成和深化，對初高中光學銜接提出教學建議，以實現有效的教學銜接。

1? 觀念產生的重要前提：創(chuàng)設真實情境作用學生前概念

物理知識體系是由物理概念、規(guī)律和方法構建起來的，學生的物理觀念形成需要以相當數量的物理知識為基礎。在初中生看來，這些知識是零散的、分離的，就難以對物理知識進行提煉與升華，也難以對物理世界形成完整的認識。因此，物理觀念是超出碎片化知識，對學生知識的掌握及能力的發(fā)展提出的更高要求，其產生的重要前提是結構化知識的構建，核心概念的形成[ 2 ]。

將初高中物理“光學”分為波動光學和幾何光學進行教學內容分析，如圖1所示。

從圖1可看出，初高中光學知識存在銜接關系，初中詳細介紹幾何光學知識，對于波動光學卻只是在“信息庫”中要求了解光速、頻率等知識，但高中光學中波動光學是學生面臨的普遍難題。為使初高中知識更好地銜接，破除碎片化知識影響學生對光學整體知識的理解，在教學中不能單單著眼于某個知識點的教學，更應幫助學生產生物理觀念，如在物質觀上，應了解到光具有波動性，其存在形式是多樣的;在運動與相互作用觀上，應認識相互作用是物質之間的相互作用，是無處不在的;在能量觀上，應結合實際生活理解能量轉換的意義，如光能量轉換成熱能等。

為適應初中生現有認知水平，教學內容不建議達到高中水平，在初中物理教學內容的基礎上結合學生身心發(fā)展特點，可采取創(chuàng)設真實情境經歷科學探究和思維加工，打破或加深學生前概念，促生出某個具體觀念的知識的教學措施。

案例1. 銜接初高中光學演示實驗

以蘇教版八年級上冊初中物理教材為例，初中生在第三章“光現象”的“信息庫”里學習到光也是一種波，初步認識光的波動性。而前面通過建立光線模型，學習“光沿直線傳播”知識，與光其實是一種波的形象差別較大，難以進行知識遷移。初中生從學習光的基本現象到初步接觸光的本質，是學習光學的第一次大跨步，能否對光的本質理解上一臺階這關系到未來是否能順利銜接高中光學。因此，用必要的演示實驗向學生展示光的波動性對學生未來進一步學習有很大幫助。泊松光斑是典型的驗證光的波動性實驗，但是在高中階段才會具體進行學習，對于初中生來說缺乏知識鋪墊，所以需要輔助來進行演示才能達到預期效果。

泊松亮斑是由科學家泊松提出的，當用單色光照射在直徑恰當的小圓片上時，會在光屏上出現環(huán)狀的互為同心圓的衍射條紋，如圖2所示。這本是堅持光的微粒說的泊松用來推翻光的波動說，卻意外成為光的波動說的有力證據。

在教學中運用已經學習過的手影游戲對學生進行提問，如果將手無限縮小成一個小小的圓，手的影子還會不會是一個圓的影子呢？學生利用已有知識和想象力進行回答，再進行實驗，發(fā)現光屏上形成的圓盤陰影的中心有一個亮點，陰影的邊緣出現明暗相間的光環(huán)，讓學生尋找光條紋與水波之間的聯系與相似之處，進而促進學生理解光的波動性，為高中學習光打下基礎，也了解到光存在的形式是多樣的。引導初中生對光學知識進行整理，形成知識結構，促進核心概念的形成，打好初高銜接基礎。

2? 觀念形成的必要條件：物理知識的提煉與升華

“物理觀念”與“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”是構建物理核心素養(yǎng)的四大要素，它們相互依賴、共同發(fā)展[ 3 ]。在相當數量的物理知識基礎上，提煉與升華的發(fā)生需要依靠學生的主觀能動性?？梢哉f，物理觀念的產生到形成過程也是學生發(fā)展科學探究能力和科學思維能力的過程，并在此基礎上，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任[ 4 ]。通過“課標”對學生探究活動的要求，梳理初高中物理觀念的區(qū)別，在初中物理探究活動中對知識進行適當提煉與升華，形成物理觀念，以便更好地銜接高中學習。

初高中《物理課程標準》對比如表1。

相較于初中以認知性目標行為動詞和體驗性目標行為動詞為主，高中則是技能性目標行為動詞與操作性目標行為動詞較多，這也說明高中強調對相對整體性知識進行抽象、提煉和升華，強調在運用觀念解決問題以及看待自然界過程深化對觀念的理解，但初中階段更多的是關注基礎知識掌握情況，物理觀念是零散的、沒有進行整合的。

從物理觀念角度分析，高中部分注重具體知識及其內在邏輯聯系，如將質能方程和物質總能量建立聯系，提升對慣性質量的理解;物質間的相互作用可以用動量和能量來描述，能量的改變、轉換與守恒取決于相互作用;光的運動是物質的運動，光運動的形式決定了能量的存在及形式等等。因此高中光學的探究活動中，無一不體現著物質觀、運動觀、相互作用觀和能量觀之間的聯系。初中生實現物理觀念從產生到形成，也需理清知識間的內在聯系，如在運動與相互作用觀，認識到物質的運動形式決定了能量的形式，光運動對應光能;相互作用的客觀存在決定了物質動能和能量的改變等。

這就需要在初中慎重選擇一些物理觀念用恰當、生動的方法幫助學生建立結構化知識，即實現物理概念和規(guī)律在頭腦中進行提煉和升華。

案例2.圍繞“折射定律”串聯光學知識

在不增加學生認知負荷的基礎上，串聯初高中“折射定律”知識，有益于培養(yǎng)學生物理觀念。教師將激光從空氣中沿一個角度射向水和玻璃兩種不同介質中，引導學生觀察光線偏折角度。假設光傳播的方式與其中間界面無關，思考為什么兩種介質中的偏折角度不同。在學習過光疏介質和光密介質后，應能判斷出由于光速在兩種介質中傳播速度不同，所以折射角大小不同。教師再提問，光在兩種介質中的傳播速度和什么有關？學生稍作思考就能明白是和介質本身的光學屬性有關。再思考，光在介質中發(fā)生折射，光能會發(fā)生改變嗎？不論是從傳播速度角度思考還是根據日常生活經驗出發(fā)，學生都能進行回答，由此形成物質間的相互作用使得能量發(fā)生改變的物理觀念。

3? 觀念深化的關鍵步驟：運用觀念

通過對自然和實驗觀察得到的物理事實，經過思維加工構建物理知識體系，從理解中對物理概念和規(guī)律進行更高層次的提煉與升華，在對自然現象的分析解釋以及實際問題的解決中深化物理觀念，可視為物理觀念養(yǎng)成途徑。

需要注意的是，物理觀念是規(guī)律和概念在頭腦中的提煉和升華，主體只能是學生，教師應引導學生在理解中自行提煉和升華，成為連接知識與學生的能動性媒介[ 5 ]。而物理觀念的形成不能只是從支離破碎、脫離現實的抽象理論和事實開始，否則會造成學生把觀念當作知識來學的后果，教師也應區(qū)分物理觀念、物理知識，需要厘清物理具體觀念在中學課程中的主要內涵[ 6 ]。以此為前提，根據學生認知特點及物理學知識內在邏輯，提出下述教學措施。

3.1? 展示物理觀念內涵

初中生在進入高中后，常常面臨需要通過物理觀念解決問題的難題，例如電勢能，強調場與帶電粒子間的相互作用，其能量來源于相互作用這一能量觀，學生沒有前期感受的鋪墊就難以從物理觀念的角度理解。對于物理觀念，學生需要先獲得感受，再積累一些感受，才有可能將物理知識與物理觀念區(qū)分，這也是學生進行自我提煉與升華的基礎。

在教學中滲透相關的物理觀念，給與學生視聽覺表象，為學生進行提煉與升華打下基礎。例如講光沿直線傳播，體現光的運動軌跡，以及傳播過程中的能量形式。通過太陽能電池板等事例，用能量轉換和能量守恒定律分析與解釋光學現象，對光能的轉換與利用作批判性的思考與評價。于是能量來源于物質、運動和相互作用這一能量觀在教學中得到暗示，并在學生進入深層次思考時加以明示。

3.2? 培養(yǎng)學生“說理”習慣

培養(yǎng)“說理”習慣即對科學論證能力的培養(yǎng)?？茖W論證是指學生以科學知識為中介，依據收集到的數據資料提出主張和進行推理，反思自己和別人論點的不足以提出反論點，同時反駁他人的質疑和批判為自己辯護的綜合思維[ 7 ]。是一種在從“物理學視角”看待問題的能力，而物理觀念教育基本途徑就是養(yǎng)成從“物理學視角”出發(fā)的習慣。

在初中階段，由于學生身心發(fā)展階段的限制，還不能夠對復雜實際問題進行分析做出判斷，選擇支持觀點的物理知識，用演繹推理等方法證明觀點和證據的因果鏈，對他人的觀點進行反駁。依據高中“課標”中學業(yè)質量水平要求，初中生在畢業(yè)時至少達到水平1，能區(qū)別觀點和證據。為便于教師和學生的理解，在初中階段將科學論證能力的培養(yǎng)視為“說理”習慣的培養(yǎng)，并在“說理”中要求學生形成提煉與升華的自覺意識，完成從“意識”到“習慣”再到“自覺意識”的過程。例如在學完第三章之后，對波有了一定的認識，自己可以提煉出：光波與聲波都是一種運動形式，能夠攜帶能量，是傳遞能量的一種特定運動形式。

初高中物理知識聯系密切，基于初中物理角度，考慮初高中銜接困難，為學生跨越銜接障礙打下基礎。在實際教學中要基于學生實際情況，在學生的最近發(fā)展區(qū)內培養(yǎng)學生物理觀念，運用情境刺激前概念方法使學生產生物理概念;接著在學生現有知識的基礎上，串聯所學知識使物理概念和規(guī)律在頭腦中進行提煉與升華，形成知識結構化;最后通過展示物理觀念及培養(yǎng)“說理”習慣，通過暗示明示的方式以及有意培養(yǎng)科學論證能力進而深化物理觀念。通過物理觀念的產生、形成于深化有助于學生對完整物理世界的認識，有利于物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，有利于終身學習能力的獲得。

參考文獻：

[1] 王聿奎. 高中物理觀念的涵義、教學價值及培養(yǎng)[J]. 教學與管理，2018（34）：44-46.

[2] 郭玉英. 從三維課程目標到物理核心素養(yǎng)[J].物理教學， 2017， 39（11）：2-4，8.

[3] 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[4] 胡衛(wèi)平. 物理學科核心素養(yǎng)的內涵與表現[J]. 中學物理教學參考， 2017（8）：1-3.

[5] 續(xù)佩君. 關于物理觀念的思考與教學探討[J]. 物理通報， 2020（5）：2-5.

[6] 續(xù)佩君， 宋詩偉. 中學物理課程中的物理觀[J]. 中小學教材教學， 2018（7）：60-65.

[7] 韓葵葵， 胡衛(wèi)平. 科學實踐活動中合作論證教學模式研究[J]. 現代中小學教育， 2017（9）：62-66.