重視概念教學(xué) 實(shí)現(xiàn)初高中物理教學(xué)有效銜接①
——以“時(shí)間 位移”教學(xué)為例

王治國

(江蘇省南京市雨花臺中學(xué)，江蘇 南京 210012)

良好的開端是成功的一半。高一是高中學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，也是初高中銜接的重要階段，做好高一起始階段的物理教學(xué)對學(xué)生整個(gè)高中階段的學(xué)習(xí)起著奠基和引領(lǐng)作用?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》在課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施、課程評價(jià)等四個(gè)方面對高中物理教學(xué)提出了新的要求。新課程理念的變化給高一物理教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)，如何做好初中物理與高中物理的銜接教學(xué)？如何在高一的教學(xué)中踐行新課程理念？筆者以人“時(shí)間 位移”教學(xué)為例，探討高中起始階段物理概念教學(xué)的途徑。

1 課程標(biāo)準(zhǔn)分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對“時(shí)間 位移”的內(nèi)容要求為：“理解位移、速度和加速度。通過實(shí)驗(yàn)，探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)，理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，能運(yùn)用其解決實(shí)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”。課程標(biāo)準(zhǔn)不僅重視“描述運(yùn)動(dòng)的物理量的構(gòu)建和理解”，而且更加強(qiáng)調(diào)物理知識在實(shí)踐中的應(yīng)用和科學(xué)思維方法的學(xué)習(xí)。為此，人教版教師教學(xué)用書提出了以下教學(xué)目標(biāo)：(1) 知道時(shí)刻與時(shí)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(shí)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(dòng)的位置、位移等物理量；(4) 理解位移-時(shí)間圖像的物理意義，能根據(jù)圖像分析物體在一段時(shí)間內(nèi)的位移；(5) 了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，會使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄物體運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間。知道如實(shí)記錄原始數(shù)據(jù)的重要性。以上教學(xué)目標(biāo)充分體現(xiàn)了新課標(biāo)對教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性和“學(xué)以致用”理念的重視。

2 教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析

本章是從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度對做直線運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行描述，從教材結(jié)構(gòu)體系來看，知識內(nèi)容按照以下邏輯順序展開：描述對象(質(zhì)點(diǎn))→描述工具(參考系)→如何描述(位置變化、位移變化率、速度變化率)，這種“從簡單到復(fù)雜”的安排符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。由此可知，本章的主要內(nèi)容是描述質(zhì)點(diǎn)的位置、位置隨時(shí)間的變化和速度隨時(shí)間的變化，要完成這些描述，首先要建立“時(shí)刻、時(shí)間間隔和位移”等概念，可見，該內(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，本節(jié)課圍繞時(shí)刻、時(shí)間和位置、位移兩組核心概念，按時(shí)刻和時(shí)間間隔→位置和位移→直線運(yùn)動(dòng)的位移→位移-時(shí)間圖像→位移和時(shí)間的測量順序呈現(xiàn)，并滲透關(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，這種呈現(xiàn)方式體現(xiàn)了課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性，有助于學(xué)生運(yùn)動(dòng)觀念的形成；考慮到時(shí)間和位移概念的抽象性，為了降低教學(xué)臺階，教材變換了物理量的表征方式，用坐標(biāo)系和位移-時(shí)間圖像來表示時(shí)刻、時(shí)間、位置、位移及物體位置隨時(shí)間的變化，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)在物理學(xué)習(xí)中的作用。該節(jié)的最后，教材增加了“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄物體的位移和時(shí)間”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)這些物理量的測量方法。在“科學(xué)漫步”欄目，通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、特別是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的介紹，既幫助學(xué)生將物理知識與科技和社會聯(lián)系起來，也培養(yǎng)了學(xué)生的愛國主義精神。

3 常規(guī)教學(xué)中存在的問題

3.1 脫離生活實(shí)際，淡化概念建構(gòu)的過程，忽視運(yùn)動(dòng)觀念的培育

有的教師認(rèn)為時(shí)間和位移概念非常簡單，沒有深入研究其教學(xué)方法，在教學(xué)中，概念的呈現(xiàn)簡單、直接，沒有把這兩個(gè)概念的教學(xué)與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系起來，更不注意學(xué)生運(yùn)動(dòng)觀念的培育，而將大量的時(shí)間用在習(xí)題訓(xùn)練上。由于學(xué)生沒有獲得足夠的感性認(rèn)識，沒有親身經(jīng)歷概念的建構(gòu)過程，致使部分學(xué)生對時(shí)間和位移概念理解不到位，只是機(jī)械地記憶其定義，無法形成正確的運(yùn)動(dòng)觀念。

3.2 不重視高中物理起始階段的銜接教學(xué)

高一新生面對著知識內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、思維方式、教學(xué)要求與教學(xué)方式的諸多臺階，特別是新課程對學(xué)生能力的要求，學(xué)生會產(chǎn)生一些不適應(yīng)。而部分教師對初中物理知識體系和教學(xué)方法又缺乏了解，造成初、高中物理教與學(xué)的脫節(jié)，甚至有些教師為了提高學(xué)生成績，操之過急，違反學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，追求概念理解的“一步到位”，加大課堂教學(xué)的知識容量，導(dǎo)致學(xué)生負(fù)擔(dān)加重，使部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

3.3 忽視概念間的相互聯(lián)系及概念形成過程的科學(xué)思維方法教育

本節(jié)課涉及“時(shí)刻”“時(shí)間”“位置”“位移”“路程”等眾多概念，這些概念之間既有區(qū)別又有聯(lián)系，部分教師在物理概念教學(xué)的過程中僅僅關(guān)注學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績的提升，不注重引導(dǎo)學(xué)生參與概念建構(gòu)的思維加工活動(dòng)，以自己的思維代替學(xué)生的思維，導(dǎo)致學(xué)生只會死記硬背、生搬硬套，不能理解這些概念的本質(zhì)及它們之間的相互聯(lián)系，無法領(lǐng)會概念建構(gòu)過程中的物理思想方法，更不會靈活地運(yùn)用相關(guān)知識解決實(shí)際問題。

4 初高中物理概念教學(xué)的銜接策略

4.1 創(chuàng)設(shè)引發(fā)認(rèn)知沖突的情境，促進(jìn)初、高中物理概念的有序遞進(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，而是帶著他們以往的學(xué)習(xí)和生活中已經(jīng)積累的知識經(jīng)驗(yàn)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(yàn)對運(yùn)動(dòng)有一定的認(rèn)識，習(xí)慣于用路程描述物體的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)他們要構(gòu)建描述物體位置改變的物理量時(shí)會感到迷茫：為什么不能用路程來描述物體位置的改變？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？要消除學(xué)生的迷茫，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)情分析，利用學(xué)生的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)生的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生在分析與思考中，不斷調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，順利實(shí)現(xiàn)位移概念的建構(gòu)。

筆者在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)初中所學(xué)的路程逐步展開位移概念的構(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：用路程。

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：用從北京到南京的直線距離來表示。

師：北京到南京的直線距離約為886 km，到北京直線距離這么大的地方有多少個(gè)？

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不同？

在探知學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上，適時(shí)、合理地將學(xué)生的前概念加以轉(zhuǎn)變，學(xué)生在情感上更容易接受位移的方向性，從而有效地實(shí)現(xiàn)位移概念的自主建構(gòu)。

4.2 立足最近發(fā)展區(qū)，注重教學(xué)的循序漸進(jìn)

從標(biāo)量到矢量是認(rèn)識質(zhì)的飛躍，位移是學(xué)生在高中階段接觸的第一個(gè)矢量，他們不習(xí)慣于這種既有大小又有方向、遵從特殊運(yùn)算法則物理量的學(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(diǎn)感到奇怪、不好理解。教師要有效地處理好位移矢量性的教學(xué)，深入分析學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和潛在狀態(tài)，找準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，切合學(xué)生的認(rèn)知能力，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，為后面理解速度、速度變化量、加速度打好基礎(chǔ)。

筆者在教學(xué)中是從以下三個(gè)方面展開位移的矢量性教學(xué)：

(1) 引導(dǎo)學(xué)生通過對位移和路程兩個(gè)概念的比較，認(rèn)識用有向線段可以表示末位置相對初位置的變化，讓學(xué)生體會用位移反映位置變化，不僅要考慮大小還要考慮方向，理解矢量方向的物理意義。

(2) 引導(dǎo)學(xué)生通過以下問題，理解一維矢量運(yùn)算與標(biāo)量運(yùn)算的不同之處：① 如圖1所示，若汽車沿直線先從O點(diǎn)到A點(diǎn)，再從A點(diǎn)到B點(diǎn)，位移和路程分別等于多少?從O點(diǎn)到B點(diǎn)路程和位移等于多少?位移方向如何?② 若汽車沿直線先從O點(diǎn)到C點(diǎn)，再從C點(diǎn)到B點(diǎn)，位移和路程分別等于多少?從O點(diǎn)到B點(diǎn)路程和位移等于多少?位移方向如何?③ 你能畫出上述過程中位移矢量圖嗎？學(xué)生通過思考、討論，得出結(jié)論：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)的代數(shù)和。

圖1

圖2

(3) 最后通過以下問題分析，讓學(xué)生理解二維矢量運(yùn)算：如圖2所示，如果汽車從O點(diǎn)向北運(yùn)動(dòng)300 m到A點(diǎn)，然后又向東運(yùn)動(dòng)400 m到B點(diǎn)，請?jiān)趫D2中畫出汽車先后兩次運(yùn)動(dòng)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？這種運(yùn)用“比較”和“直觀圖示”的方法，引導(dǎo)學(xué)生從一維到二維認(rèn)識位移矢量運(yùn)算法則，既考慮到了學(xué)生已有的知識水平，也符合學(xué)生對矢量知識從簡單到復(fù)雜的認(rèn)知特點(diǎn)，學(xué)生通過作圖，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，同時(shí)也為后面建構(gòu)和理解速度、速度變化量、加速度等概念做好了鋪墊。

4.3 注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，在體驗(yàn)中形成物理觀念

物理觀念是不可能通過記憶物理知識自發(fā)形成的，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，學(xué)生沒有體驗(yàn)必要的建構(gòu)過程，不可能形成正確、全面、有深度的觀念。作為高中物理第一章的起始節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理需要具備的基本素養(yǎng)很多都是第一次在本節(jié)課中出現(xiàn)：第一次深入理解時(shí)刻、時(shí)間、位置、位移等概念的含義，體驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)……教學(xué)中應(yīng)當(dāng)慎重處理好這些重要的“第一次”，注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，強(qiáng)化物理知識與實(shí)踐情境的關(guān)聯(lián)，豐富學(xué)生在概念學(xué)習(xí)、問題解決過程中的真實(shí)體驗(yàn)，讓學(xué)生從一開始就形成正確的“時(shí)空觀”“矢量觀”“實(shí)驗(yàn)觀”和“運(yùn)動(dòng)觀”，扎扎實(shí)實(shí)地從這些第一次中獲得核心素養(yǎng)的提高。

例如，通過創(chuàng)設(shè)汽車在長安街上運(yùn)動(dòng)和遠(yuǎn)洋貨輪在大海中航行的情境，讓學(xué)生體會“時(shí)間→位移”“時(shí)刻→位置”的對應(yīng)關(guān)系，伴隨著對時(shí)間、空間、參考系認(rèn)識的深化，使學(xué)生逐步形成運(yùn)動(dòng)觀；通過創(chuàng)設(shè)“從北京到南京的行程方案”“汽車在同一直線上和不在同一直線上運(yùn)動(dòng)”的情境，讓學(xué)生在分析、比較物體的位置變化中，構(gòu)建位移概念，在分析汽車在不同階段的位移變化情況中探究位移矢量的運(yùn)算法則，以此來培育學(xué)生的矢量觀；通過創(chuàng)設(shè)“使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測小車運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間”的實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量物體運(yùn)動(dòng)位移和時(shí)間，弄清實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶能記錄時(shí)間和位移的原理，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的實(shí)驗(yàn)觀。

4.4 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。當(dāng)他們第一次比較系統(tǒng)地面對時(shí)刻、時(shí)間、坐標(biāo)系、位置、位移等概念時(shí)，如果教師不加以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，很難形成正確的認(rèn)識。因此，教學(xué)中要注意根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn)，把這些概念直觀化、形象化，幫助學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和探索問題，深入理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。例如，我們常說：“位置和時(shí)刻是對應(yīng)物理狀態(tài)的物理量，而時(shí)間和位移是對應(yīng)物理過程的物理量”，教學(xué)中教師往往是千言萬語，很難講清，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也是一知半解。筆者在教學(xué)中采用數(shù)形結(jié)合的方法幫助學(xué)生理解，通過引導(dǎo)學(xué)生建立時(shí)間數(shù)軸和位置數(shù)軸的方法，幫助學(xué)生理解時(shí)間、時(shí)刻的含義，理解“時(shí)刻是一個(gè)瞬時(shí)值，對應(yīng)運(yùn)動(dòng)過程中一個(gè)確定的狀態(tài)和位置，時(shí)間間隔是一個(gè)過程量，對應(yīng)始、末兩個(gè)狀態(tài)之間的變化過程”；在學(xué)習(xí)位移概念時(shí)，讓學(xué)生自己動(dòng)手畫運(yùn)動(dòng)圖線，理解位移和路程的概念和它們的區(qū)別，體會“只要知道質(zhì)點(diǎn)的原來位置和位移,就可以確定質(zhì)點(diǎn)的新位置。如果只知道質(zhì)點(diǎn)原來位置和路程是不能確定質(zhì)點(diǎn)的新位置”的含義。在學(xué)習(xí)位移的矢量性時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在坐標(biāo)系上找點(diǎn)、畫線，體會點(diǎn)、線的物理意義，以此來理解位移矢量運(yùn)算法則。在學(xué)習(xí)位移-時(shí)間圖像時(shí)，讓學(xué)生根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)軸上描點(diǎn)、作圖，體會坐標(biāo)、原點(diǎn)、圖線截距的物理含義，通過對圖像的分析，判斷位移和時(shí)間之間的關(guān)系，體會圖像的直觀化、明晰化的特點(diǎn)。借助數(shù)形結(jié)合、直觀地構(gòu)建物理概念的方法，讓學(xué)生對概念的理解建立在直觀感知的基礎(chǔ)上，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的難度，對概念的理解更加清晰，既激活了學(xué)生的思維，促進(jìn)了他們的深度學(xué)習(xí)，又實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科融合。