透視高一物理“難學”現象*
——以“運動的描述”教學為例

在普通大眾心目中，對高中物理學習形成了一些“偏見”。例如物理學得好的學生數學一定學得好，但數學好的物理不一定好。高中物理是最難學的一門課，物理學習男生要好于女生，學物理對智力水平要求高，等等。現行人教版教材把“運動學”放到高中物理的最前面，意圖或許是為了降低學習的難度，讓高一學生更好地適應高中物理的學習，但“難學”的問題依然十分嚴重。筆者以為，我們應當從一線教學實踐出發分析物理“難學”的原因，進而找到對應的解決辦法。

在筆者看來，高中物理的學習對學生來說是有很大的挑戰的，學習難度不可避免地客觀存在。從客觀上來說主要因素有，初、高中學習內容跨度大，高中對學生的學習要求明顯提高，對學生的建模能力、理解能力、分析能力、解決實際問題的能力要求與初中相比顯著提高。從主觀上來說也有高中要分科，部分學生缺少學習熱情，學生過早地放棄物理學習等原因。由此梳理造成困難的內在原因，依據學生的身心發展規律及認知規律，采取科學的應對策略可以有效降低學習的難度，提振學生學習物理的熱情，從而改變學生對物理學科學習的態度，讓更多的學生樹立“盡管物理有難度但我仍然喜歡，我會自覺地努力學習物理”的觀念。以下結合物理必修一第一章“運動的描述”做具體剖析。

一、物理思想方法的變化帶來的困難

1.更高的要求。

初中學習中已經涉及的不少物理思想方法，到高中階段有了更高的要求，使得部分學生覺得難以掌握。我們以“理想模型”為例。將具體復雜問題簡單化，摒棄次要條件，抓住主要因素，對實際問題進行理想化處理，構建理想化的物理模型，這是一種重要的物理思想。初中階段的“光線”，就是一種理想模型。高中階段對理想模型要求更高，對理想模型有了抽象表達，這種表達對學生極具挑戰性。在建立起理想模型的基礎上，有時為了更加形象地描述所要研究的物理現象、物理問題，還需要引入一些虛擬的內容，借此來形象、直觀地表述物理情景。什么是次要條件、主要因素？對實際問題為什么能進行理想化處理？這些對高一學生來說都是極具難度的。

高中生最先遇到的物理理想模型是“質點”。學生對簡單具體的問題還可以進行正確的判斷，但對于諸如“平動的汽車能否看成質點”等與實際結合的問題或間接表達的問題，學生卻難以把握。為幫助學生克服這一難點，教師一方面要對比初、高中階段對同一思想方法的不同要求，另一方面則要將學術表達轉化為易于學生理解的表達，要引導學生從概念的定義和法則出發，去進行具體問題的具體分析。

2.更新的方法。

相較于初中物理，高中階段的物理增加了不少新的思想方法，重點有“微元法”和“極限思想”等。

“微元法”是指在處理問題時，從對事物的極小部分（微元）分析入手，達到解決事物整體目的的方法。它在解決物理學問題時很常用，思想就是“化整為零”，先分析“微元”，再通過“微元”分析整體。把變化的物理量通過無限細分后，轉化為便于計算的恒量，從而解決問題。

“極限思想”是微積分的基本思想，數學分析中的一系列重要概念，如函數的連續性、導數以及定積分，等等，都是借助于極限來定義的。極限思想本是高等數學中的知識，在高中階段不可能也不需要把具體知識體系教給學生，但作為思想方法，它的重要性反而更高。雖然對問題的分析都是定性的，卻反映了思維的質量和深度。在處理勻變速直線運動的位移、瞬時速度、變力做功等問題時都會涉及。

以“瞬時速度”學習為例，在測量瞬時速度時采取的策略是：用平均速度來代替瞬時速度，選擇研究點的前后相鄰點間的距離作為位移，時間則通過打點計時器來測量，前后相鄰點離研究點越近則平均速度越接近研究點的瞬時速度。筆者課后在與學生交流時多數學生表示：“由于計算平均速度研究的是過程，對應的是時間，瞬時速度對應的是時刻，心里總覺得平均速度跟瞬時速度總歸有一點差異，我只能當作結論來記住了。”由此看來學生還是沒有真正接受與理解這樣的實驗做法。為更好地幫助學生掌握瞬時速度的概念，教學時可以通過對一個具體問題進行深入研究，如對紙帶上某點瞬時速度測量，以此點為基點，從較大的相鄰兩點間距離開始，逐步減小兩點間的距離，通過測量、計算，把得到的速度和通過其他方法得到的瞬時速度進行比對，通過增強事實的直觀性提升說服力，強化學生對概念的認可度，也使得學生更加理解相關思想方法。

二、從經驗思維走向科學思維帶來的困難

1.生活經驗及初中思維習慣帶來的影響。

生活經驗對學習有時具有負面的影響，例如亞里士多德關于重量和運動關系的描述來源于生活觀察，但它是不科學的，并且影響了人類兩千多年，直到伽利略出現，他利用邏輯的力量推翻了這一錯誤認識。由此可見，生活經驗對人類認識世界的影響之大。從初中到高中學生要經歷從經驗思維到科學思維的跨越。

2.“前概念”的影響。

初中物理的學習更多地停留在較為理想的情境，對問題的處理比較單一，思維的要求不高，再加上應試教育在一定程度上加劇了對物理現象的片面認識，形成了一些固化的經驗認知，即物理“前概念”。生活經驗及初中形成的思維對學習高一物理產生影響的典型“前概念”有：運動快就是速度大，負的速度比正的速度小，速度由增大變為減小方向變了；速度由正變為負，加速度變了；加速度為負，速度一定減小；第2秒末在時間軸上對應的是第3秒等。為解決這一問題，對教學概念的要求要發生變化：概念的定義是簡潔的，但學生對概念內涵的理解應該是豐富的，對概念外延要認知清晰；要引導學生不僅關注常規性現象，還要關注非常規性現象并且進行比較，形成一個完整意義上的概念的理解。

3.高強度機械訓練讓學生陷入推理慣性。

初中生更多的是憑經驗解題，進入高中一個階段學習強化后，學生又更傾向公式的邏輯推理，這也導致學生容易脫離生活實際去空想。這在解決相遇問題中特別明顯。因此教師要及時教會學生結合實際構建運動情境，繪制運動過程的簡圖，描繪相關運動圖象，如v-t圖等。

曾有個典型的情境讓筆者觸動很深。在學習了“自由落體運動”后，筆者讓學生做了一道練習：甲、乙兩物體在同一地點分別從4h和h高處開始做自由落體運動，若甲的質量是乙的4倍，則下列說法中正確的是（ ）

A.甲乙兩物體落地時速度相等；

B.落地時甲的速度是乙的兩倍；

C.甲乙兩物體同時落地；

D.甲在空中運動的時間是乙的兩倍

筆者以為此題很簡單，因而讓學生稍作思考后就進行回答。結果一名學生居然說答案是A，理由是后經深入交流發現，他沒有完全讀懂題目的意思，認為同一地點就是同一高度，然后就直接套用公式。

為更好地解決這一不足，我們在教學時要關注學生解題的量的同時還要關注質，更加強調學生解題過程中審題、表達、檢查等習慣的養成。

三、用數學解決物理問題的要求顯著提高帶來的困難

1.要求用數形結合解決問題。

在高中物理學科的數形結合部分，學生多容易混淆圖象與圖形的區別。從計算機學來說，圖形是矢量文件，由一組組數據構成，隨著圖象的放大縮小圖形不會變形或清晰度降低。而圖象是點陣圖，由像素填充。此外，圖形是指在一個二維空間中可以用輪廓劃分出若干的空間形狀，它是空間的一部分，不具有空間的延展性，是局限的、可識別的形狀。

我們要在教學中逐漸讓學生明晰，對物理學而言，當用精確的數學描述、表達物理概念的聯系時，物理圖象的構建就開始了。要作出一個確定的物理圖象，需要得到相關的函數關系式。在把物理量之間的關系式轉化為圖象時，最重要的就是要明確公式中的哪個量是自變量，哪些是常量；關系式描述的是哪兩個物理量之間的函數關系，這兩個物理量就是物理圖象中的兩個坐標軸。只有從高一開始培養學生這樣的意識，才能使他們順利跨越對圖形圖象的模糊認識。

除了區分圖形與圖象，高中生在物理學習中還常對物理情境與圖象的轉化感到棘手。為此，教師有必要選取典型例題與習題，在每個單元的教學結束后有意識地進行講解與滲透。

2.要求對數學圖象進行物理解讀。

結合物理要求，科學認識數學圖象的物理特定意義，能收到事半功倍的效果。為此在教學中，教師可以有針對性地向學生講解，以提升學生理解數學圖象的能力。筆者梳理出常見“點、線、面”的含義如下——

點：圖線上每一個點對應研究對象的一個狀態。

線：表示研究對象的變化過程和規律。物理學圖象中的“斜率”（注意與數學上斜率的區別）在直線中表示橫、縱坐標上兩物理量的比值，在曲線中表示該點橫、縱坐標微小變化量的比值。一個物理量與“斜率”對應，用于求解定量計算中對應物理量的大小或定性分析變化的規律。如在線性變化圖象中，x-t圖象的“斜率”表示速度大小，v-t圖象的“斜率”表示加速度大小。

面：在物理圖象中，“面積”的意義可以分為兩大類。一類是圖線與坐標軸所圍的“面積”，它表示相關的過程，如v-t圖象中，圖線與坐標軸所圍“面積”表示位移；a-t圖象中，圖線與坐標軸所圍“面積”表示速度的變化；F-t圖象中，圖線與坐標軸所圍“面積”表示力F的沖量；I-t圖象中，圖線與坐標軸所圍“面積”表示流過導體的電荷量等。另一類是圖線上某一點的坐標與坐標軸所圍的“面積”表示相關的狀態量，如U-I圖象中，圖線上任一點到坐標軸的垂線與坐標軸所圍的“面積”等于對應狀態的電功率。

綜上，學生感到高中物理“難學”有其客觀原因，教師應“對癥下藥”，讓學生逐漸地沖破“難學”的道道關卡，從而更好地完成高中物理的學習。