重視基本概念 實現有效銜接

王治國

摘? ? 要：高一新生總是習慣于用初中物理學習和生活中的經驗對運動進行描述，這就要求高中教師加強初高中銜接教學。教師應加強學情分析，利用學生前概念與新知識的交互作用，深入分析其學習的起點和潛在狀態，找準最近發展區，從其認知能力出發，創設真實的情境，強化物理知識與實踐情境的關聯，豐富學生在概念學習過程、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“運動觀”。教師還應根據學生的思維特點，把這些概念直觀化、形象化，幫助學生主動去發現和探索問題，深入地理解所學習的內容。

關鍵詞：物理基本概念;初高中物理銜接教學;認知沖突;問題情境;數形結合

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“《課程標準》”）在課程結構、課程內容、課程實施、課程評價四個方面對高中物理的教學提出新的要求，其理念的變化給處于高中起始階段的高一物理教學帶來新的挑戰。如何做好從初中物理到高中物理的銜接教學？如何在高一起始階段的教學中踐行新課程理念？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《時間? ?位移》教學為例，探討核心素養理念下物理概念銜接教學的開展策略。

一、課標分析

《課程標準》對“時間? ?位移”的要求為：“理解位移、速度和加速度。通過實驗，探究勻變速直線運動的特點，能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運動，理解勻變速直線運動的規律，能運用其解決實際問題，體會科學思維中的抽象方法和物理問題研究中的極限方法。”這表明，《課程標準》不僅重視“描述運動的基本物理量的構建和理解”，更強調物理知識在實踐中的應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《教師教學用書》將以前版本中的四個教學目標整合成三個：（1）知道時刻與時間間隔的含義及在數軸上的表示方法，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、標量的含義，理解位移矢量性，會在一維坐標系中表示物體做直線運動的位置、位移等物理量。并在此基礎上增加了兩條：（1）理解位移—時間圖像的物理意義，能根據圖像分析物體在一段時間內和位移;（2）了解打點計時器的基本結構和工作原理，會使用打點計時器記錄物體運動的位移和時間，知道如實記錄原始數據的重要性。

二、教材結構和內容分析

必修一第一章主要是從運動學的角度對做直線運動的物體進行描述，按照如下邏輯順序展開：描述的對象是什么（質點）→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“從簡單到復雜”的認知規律。由此可知，這一章的主要內容是描述質點的位置、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》的內容及其思想方法是學習速度和加速度等物理量的基礎。

從內容上看，這節課圍繞著時刻、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→直線運動的位移→位移—時間圖像→位移和時間的測量”順序呈現內容，并滲透了關于狀態和過程的思考，旨在引導學生領悟“物理量的建立、描述、測量”這一認識思路。這種以初中知識為基礎呈現物理概念的方式，既接近學生的最近發展區，又體現了教學內容的基礎性，有助于學生基本運動觀的形成。考慮到時間和位移概念的抽象性，為了降低教學臺階，教材沿用初中課本中用路程—時間圖像描述物體運動方法，用坐標系和位移—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。這種運用知識遷移方法來表征物理量的方式，既易讓學生接受，又體現了教材重視數學在物理學習中的作用。該節最后設置“練習使用打點計時器”實驗，讓學生利用初中所學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識的完整性;設置“科學漫步”欄目，介紹全球導航衛星系統，既幫助學生將物理知識與科技和社會聯系起來，又培養學生的愛國主義精神。

三、初高中銜接教學實施策略

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

因此，筆者認為，要實現初高中銜接教學有序遞進，教師就應找準學生的最近發展區，創設“認知沖突”情境，引發學生的認知需求，借助數形結合、強化直觀教學等方法，讓學生在真實的問題情境中，構建新知，啟發思維，豐富體驗，培育學生的核心素養。

（一）創設認知沖突情境，促進概念有序遞進

建構主義理論認為，學生并不是空著腦袋走進教室的，而是帶著他們在以往的學習和生活中積累的知識經驗參與新知的學習，總是自覺或不自覺地運用前概念去判斷、分析、解決問題。高一新生通過初中物理學習和生活中的經驗對運動的描述有了一定的認識，習慣于用路程描述物體的運動，在構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？”

筆者認為，要消除學生的迷茫，教師就應加強學情分析，利用學生前概念與新知識的交互作用，創設有效的問題情境，引發學生產生認知沖突，使其在分析與思考中，不斷調整自我認知體系，順利地實現位移概念的構建。

【案例1】位移概念的構建（根據初中所學的路程概念逐步展開構建）

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：位移可以準確地描述物體的位置變化，路程只能描述物體運動軌跡的長度。

教師挖掘、發現學生的“前概念”，適時、合理地將其加以轉化、提升，更易使學生在情感上接受“位移的方向性”，進而實現認知上的自主遷移。

（二）立足最近發展區，注重教學循序漸進

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

筆者首先引導學生比較位移和路程兩個概念，使其認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，理解矢量方向的現實意義。

【案例2】位移矢量性（理解一維矢量運算與標量運算的不同之處）

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：（引導學生得出）一維矢量的運算可轉化為代數運算，總位移等于各位移（帶有方向符號）的代數和。

最后，筆者通過以下問題，讓學生理解多維矢量運算。

如果汽車從O 點向北運動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動的位移和總位移矢量圖。根據圖形，你能總結出矢量和標量的運算有哪些不同嗎？

筆者運用“比較”和“直觀的圖示”等方法，引導學生從一維到多維認識位移矢量運算法則的設計，既考慮到了學生已有的知識水平，又符合學生對矢量知識從簡單到復雜的認知規律。學生親自動手作圖，獨立思考，既理解了位移的矢量性、感知了矢量與標量遵循不同的運算法則，又為后續建立和理解速度、速度變化量、加速度等概念作了鋪墊。

（三）創設真實問題情境，形成物理觀念

物理觀念不可能通過記憶物理知識自發形成，如果教學過程是“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，學生學習高中物理需要具備的很多都要在這節課中第一次學習：第一次深入理解時刻、時間、位置、位移等概念的確切含義，體會關于狀態和過程的思考;第一次接觸矢量的有關知識;第一次用打點計時器進行定量的實驗;第一次用數學圖像描繪物理過程和規律。具體教學中，教師應當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”，注重創設真實的情境，強化物理知識與實踐情境的關聯，豐富學生在概念學習過程、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“運動觀”，扎扎實實地從這些第一次中獲得基本素養的提高。

筆者如此設計教學：（1）創設“描述汽車在長安街上的位置和運動情況” “描述遠洋貨輪在大海中的位置和位置改變”等情境，讓學生經歷“時間→位移”“時刻→位置”對應關系的體驗，在對時間、空間、參考系逐步深化認識的過程中，培養運動時空觀;（2）創設“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動”等情境，讓學生在分析、比較物體的位置變化中構建位移概念，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算法則，培養矢量觀;（3）創設“使用打點計時器測小車運動的位移和時間”實驗情境，讓學生學習利用打點計時器測量物體運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）創設“記錄小車運動情況”的情境，讓學生自主設計表格、記錄數據，建立位移—時間圖像，形成用圖像來描述運動的觀念。

（四）借助數形結合，強化直觀教學

高一學生抽象思維能力較弱，形象思維占據主導地位，對知識的理解需要建立在豐富的直觀表象之上。在第一次比較系統地面對“時刻、時間、坐標系、位置、位移、位移—時間圖像”等概念時，如果教師不加以適當的引導，他們是難以形成正確認識的。因此，教師要根據學生的思維特點，把這些概念直觀化、形象化，幫助學生主動去發現和探索問題，深入地理解所學習的內容。

例如，我們常說“位置和時刻是對應物理狀態的物理量，而時間和位移是對應物理過程的物理量”。但實際教學中，教師往往是用盡千言萬語也難以講清楚這一區別，學生在學的過程中也是一知半解、概念混淆。筆者采用數形結合的方法幫助學生進行理解、構建：（1）引導學生建立時間數軸和位置數軸，理解時間、時刻的含義，理解“時刻是一個瞬時值，對應著運動過程中的一個確定的狀態和位置，時間間隔是一個過程量，對應始、末兩個狀態之間的變化過程”;（2）在學習“位移”概念時，讓學生動手畫運動圖，理解位移和路程的概念及它們的區別，體會“只要掌握了質點的原有位置和位移，就可以確定質點的新位置。如果只知道質點路程是不能確定質點的新位置”的含義;（3）在學習位移的矢量性時，引導學生在位置數軸和坐標系上畫點、線，體會坐標點、圖線的物理意義，以及在運動過程中各段位移所形成圖形的關系，進而理解位移矢量運算法則;（4）在學習位移—時間圖像時，讓學生根據測量數據，在坐標軸上描點、作圖，細心體會坐標、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”之間的關系，體會圖像在描述物體運動中的直觀化、明晰化的特點。筆者發現，這種借助數形結合直觀地構建物理概念的方法，能讓學生在直觀感知的基礎上建立對概念的理解，既降低了學習新知識的難度，使學生對概念的理解更為清晰，又激發了學生的思維，促進了深度學習，還提升了學科間的融合。[□][◢]