教材銜接搭梯，突破知識臺階

孫潔玉 李秀如

摘要：牛頓運動定律是物理動力學部分的核心內容，是動力學的根基所在。牛頓第一定律又是整個牛頓運動定律的基礎，它闡述了運動和力的關系，打破了幾千年來人們對兩者關系的錯誤認識，在物理學發展史上具有劃時代的意義。牛頓第一定律被譽為物理動力學的第一定律，因此，在初高中物理教學中的地位顯得尤其重要。在人教版初高中物理教材“運動與力的關系”這一章節中，第一節內容都是牛頓第一定律，它是動力學教與學的開端。本文從初高中物理教材知識梯度銜接的視角，闡述牛頓第一定律在初高中教學中的知識銜接方面的一點認識，希望能對初高中物理動力學部分的教與學過程中有一點啟發和參考。

關鍵詞：牛頓第一定律? 初高中物理銜接? 理想實驗? 科學推理? 運動和力? 慣性

同一個物理知識在初高中物理教材中會重復出現，例如，運動學中的路程、速度，力學中的重力、彈力、摩擦力，動力學中的牛頓運動定律等。由于對于一個物理知識或概念的理解深淺不一，因此，牛頓第一定律這一節在初高中教材中的內容設置編排方面，不僅要注意知識的難易程度，還要兼顧初高中物理學習的連續性，做好章節的知識梯度銜接顯得尤其重要。

一、初高中教材中運動與力的章節命名上承啟銜接

在初高中動力學部分的教材設置上，人民教育出版社義務教育教科書第八章標題是“運動和力”，人民教育出版社（2019版）通高中物理教材第四章標題是“運動和力的關系”。從章節標題上看，“關系”二字，就可以體現出在初高中的章節命名上，有一種承上啟下、遞進銜接的層次關系。尤其是初高中教材在本章的第一節都編排的是牛頓第一定律，標題都叫“牛頓第一定律”，這是動力學的開篇第一節，默契的命名也體現了牛頓第一定律的動力學的基礎地位不可動搖，更讓牛頓運動定律在初高中物理動力學部分的重要性充分展現出來，同時，從初中進入高中的物理學習過程中，學生感覺初高中的知識有承啟銜接的特點，更容易接受本章節的內容學習。

二、初高中教材中牛頓第一定律在新課引入上遙相呼應

高中的新教材（2019版）中牛頓第一定律是在考慮到了初中我們已經學習了牛頓第一定律的基本內容的基礎上，用“你能說說牛頓第一定律”揭示了物體運動遵循怎樣的規律嗎？開始新課的引入，把學生從剛剛結束的初中物理學習中引到了即將開始的高中牛頓運動定律的學習中去，給學生一種高中的物理學習與初中物理有著很好的銜接的感覺，小小的一個問題具有一定代入感的問題，把初中到高中的物理學習鋪上了墊子，放緩了臺階，有了銜接。

初中物理教材中用“滑板車在沿水平方向運動時，如果我們不再蹬地，它最終就會停下來”這一生活中的常見現象，引出“阻力對物體運動的影響”這一問題。高中教材中也編排了“滑冰運動員如果不用力，他會慢慢停下來，這是否與牛頓運動定律矛盾呢？”這一問題與之呼應。滑板車和滑冰這兩個例子的選取，不僅考慮了初高中學生年齡的特點，還讓初高中教材中牛頓第一定律的學習有了“軟著陸”的條件，讓學生接受新知識在心理上有了“緩沖區”，打消學生學習新知識的畏難情緒。上一版高中物理教材中就沒有這樣的編排，可見，新版高中教材編者們在初高中物理教學的銜接方面下了一番功夫。同時，這也給老師教學提供了一個新課引入的參考案例，有助于老師們的新課教學。

三、初高中教材中牛頓第一定律在內容編排上遞進鮮明

人教版義務教育教材中第八章“運動和力”的第一節中，內容編排是：“阻力對運動的影響”“牛頓第一定律”和“慣性”。人教版（2019版）普通高中物理教材中，內容編排也是三部分，分別是：“理想實驗的魅力”“牛頓第一定律”和“慣性與質量”。對比初高中教材中本節的內容設置，不難看出內容設置的主要特點是：由淺入深、由現象到本質的知識學習遞進關系，兼顧著的認知規律和學習能力。

1.初中教材中直截了當地說：“自古以來，就有很多人認為：……然而，伽利略通過實驗分析得出：物體的運動并不需要力來維持，運動的物體之所以會停下來，是因為受到了阻力。”

直接用這兩個不同的觀點激發出學生的認知沖突和探究欲望，引出演示實驗：阻力對物體運動的影響。

如下圖所示，讓一個小車從同一斜面上滑下，水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板，水平面與斜面平滑連接。仔細觀察實驗現象。

在教學時，我們用毛巾代替棉布，再加一個玻璃板表面的實驗，讓學生從中體驗對比實驗和控制變量的科學方法，并根據實驗結果，引導學生設想一下，如果小車運動時不受阻力，它是不是就不會停下來了？

按照初中學生的認知水平，不難得出以下結論：

（1）水平面越光滑，小車滑動的距離越遠。說明摩擦力是阻礙物體運動的原因。

（2）如果沒有摩擦力的作用，小車將永遠運動下去。

（3）力不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因。

高中教材中的這部分內容對應小標題是：“理想實驗的魅力”，講述了伽利略由猜想到實驗再到科學推理來一步一步證明自己觀點的過程，重在引導學生進入伽利略的科學研究中去，體驗伽利略的科學探究歷程和科學態度，學習科學家的科學精神和科學方法。本節中的這部分內容的編排上，與上一版本的教材相比，有了更詳盡的敘述和旁白注釋，讓學生在學習的過程中更容易接受由實際實驗進行邏輯推理得到理想化實驗的結論，并體會在實驗過程中抓住事物的本質，進行邏輯推理的思想也是一種研究物理問題的重要方法之一。

“科學推理”的方法：

實驗事實：讓一個小球沿斜面從靜止狀態開始運動，小球將“沖”上另一個斜面。

推理1：如果沒有摩擦，小球將到達原來的高度。

推理2：減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍要達到原來的高度，但是運動的距離更長。

推理3：當斜面最終變為水平面時，小球為了要到達原有高度，將永遠運動下去。

實驗結論：力不是維持物體運動的原因。

初高中教材中的這兩個實驗都能在實際實驗的事實基礎上，經推理得出伽利略的觀點。相對來說，初中課本中設計的實驗更符合初中階段的認知特點。絕大多數版本初中物理教科書都采用前者的實驗設計方案。

2.初高中對牛頓第一定律的表述有所不同，初中教材中的表述是：“一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。”高中教材中的表述是：“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。”

在這兩種不同的表述中，初中教材中的表述重在說明力不是維持物體運動狀態不變的原因，高中的表述除此之外，還說明了力是改變物體運動狀態的原因。初中的學生學習物理主要是直觀的、表象的，符合年齡認知特點的。進入高中的學習后，有了初中的初步認知基礎，教材中對初中學習的牛頓第一定律進行了一個重要的補充，使初高中教材得到了承啟銜接牛頓第一定律表明了保持靜止或勻速直線運動狀態是物體的固有屬性，從而進一步引出慣性的概念。

3.在初中教材中直接給出慣性的概念，然后通過大量的實例進一步學習慣性這一物理概念，再用生活中的實例介紹它的利用和防止。高中教材中通過“思考與討論”欄目中提出物體具有抵抗運動狀態變化的“能力”（上一版教材中用的“本領”一詞），從而通過這個“能力”來認知：物體的質量不同，慣性大小也不同，即質量是慣性大小的唯一量度。

在初中，我們已經學習了質量這一概念，知道質量也是物體的屬性。初中教材中列舉了大量的生活中的實例，在高中教材中就不去進行大量生活中實例的列舉了。初中重在對生活中實例進行表象解釋，高中重在問題的內在本質理解，這也體現了初高中教材的銜接之處，讓初高中教材的內容編排呈現出遞進的形式，讓初高中教與學不重復、不重疊、有梯度、有銜接。

四、初高中教材中牛頓第一定律在例題和習題選取上相互補充

初中教材中的“科學世界”欄目中對汽車安全帶和安全氣囊的作用，從慣性的角度進行了講解，高中教材“習題與應用”欄目第1題第（3）小題就是關于這方面的習題。初中教材中列舉了汽車剎車這一生活中的實例，高中教材中“習題與應用”欄目第3題第（1）（2）小題即是關于汽車剎車和拐彎的問題。在實例選取上看，初高中教材呈現出相互補充的特點，從問題深度上看，初高中教材呈現出由現象到本質的遞進。讓初高中教材內容具有相互補充、不斷深入的明顯特點，給學生一種初高中知識銜接的體驗，有助于高中物理的學習。

通過對牛頓第一定律初高中教材教與學方面問題的對比研究發現，初中和高中的知識編排應呈現出一個完整的體系，不僅要避免知識編排的重復，更要讓教材內容互為補充，合理銜接，讓知識呈現出連貫性、遞進，由易到難，由淺入深。然而，現在的初高中教材內容編排中，有不少章節出現了知識跨度大的情況，讓學生在學習的過程中產生了畏難情緒。初高中一線老師在教學過程中，也是上下為難，甚至出現相互埋怨的現象。出現這樣的情況，我們怎么去著手解決呢？我想，除了呼吁初高中教材編寫時注意承上啟下、相互銜接等，還要初中老師看看高中的教材，高中老師研究一下初中的教材，在教學過程中注意教材中各章節的內容銜接。如果學校或者教研組有條件的情況下，可以利用學校資源和教研資源進行校本課程的開發，進一步完善初高中教學現行教材的有機銜接，提高初高中一線教師的教學實效，幫助初升高學生突破思維臺階，克服畏難情緒，順利進行高中知識的學習。

參考文獻：

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[4]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.義務教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

責任編輯：黃大燦