基于初、高中物理共有內容教學銜接的教學設計

摘" 要：本文從初、高中物理共有內容教學有效銜接的角度，在對比分析初、高中物理課程標準，教材及學生情況的基礎上，對2019版人教版高中物理必修第一冊第三章第3節“牛頓第三定律”進行了教學設計。

關鍵詞：

初、高中銜接；教學設計；牛頓第三定律

1" 引言

以人教版初、高中物理教材為例，速度、摩擦力、牛頓第一定律、牛頓第三定律及歐姆定律等內容均屬于初、高中物理共有內容。

然而，高中階段針對這些內容的教學常常存在兩個問題：一是，教師按照教材進行授課時，發現所教授的大部分內容學生均已掌握，這導致學生學習積極性不高；二是，教師將其作為習題課來講授，結果使學生陷入題海戰術，對知識的理解得不到提升。對于初、高中共有知識點，盡管它們在內容上相差不大，但對學生物理學科核心素養發展的要求不同。因此，在高中階段的教學中，教師應在與初中階段學習相銜接的基礎上，注重學生物理學科核心素養的提升。基于此，本文以2012版人教版物理八年級下冊和2019版人教版高中物理必修第一冊為樣本，對其中與“牛頓第三定律”相關的部分內容進行比較分析，深入探討初、高中共有內容的教學設計。

2" 初、高中物理課程標準要求的銜接分析

為了明確在不同學段設置相同內容的教學目標，即確定學生應達到的水平及所需培養的素養，教師在備課時應對初、高中物理課程標準，從內容要求、水平要求、活動建議、教學提示等多方面進行對比分析。以“牛頓第三定律”為例，《義務教育物理課程標準（2022年版）》對該部分內容的要求是：“通過實驗，認識力的作用是相互的。”［1］而《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中對牛頓第三定律的內容要求是：“理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產生活中的有關現象、解決有關問題。”［2］

通過對比可以發現，從初中到高中，課程標準對學生的要求是循序漸進的。初中階段要求學生認識到力的作用是相互的，而高中階段要求學生“理解并能運用”。因此，在高中階段的教學中，教師在教學設計時，要明確“理解并能運用”的水平要求，以及使學生達到用所學知識解決問題的教學目標。

3" 初、高中教材中教學內容的銜接分析

初、高中共有內容在教材中呈現的內容及方式有所不同。對比分析初、高中教材，不僅有利于教師明確學生的學習內容，確定教學重點及難點內容，還有利于教師明確在不同學段中該部分知識在整個大單元中的地位。以“牛頓第三定律”為例，初、高中教材差異比較如表1所示。

表1" 初、高中教材“牛頓第三定律”差異比較

差異類別2012版人教版物理八年級下冊2019版人教版高中物理必修第一冊

所處的章節第七章第1節第三章第3節

材料內容選擇靠得較近的放有磁體的小車的運動、小孩穿旱冰鞋推墻掰手腕、手拉彈簧、地球和人造衛星受力示意圖、劃龍舟、汽車受驅動力的示意圖、用力傳感器互拉

語言表達一個物體對另一個物體施力時，另一個物體也同時對它施加力的作用。也就是說，物體間力的作用是相互的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上

首先，在章節安排方面，2019版人教版高中物理必修第一冊將“牛頓第三定律”這一節放在第三章“相互作用——力”中，和重力、彈力、摩擦力內容并列，為學生初步掌握分析物體受力的方法提供幫助，為解答共點力平衡問題的受力分析奠定知識基礎。這有助于學生學習和應用牛頓第三定律，促使學生逐步形成運動與相互作用觀念。［3］

其次，在材料選擇及內容組織方面，初中教材所選用的兩個例子均是學生可以親自體驗的，且這兩個例子處于“想想做做”欄目中。由此可見，初中階段的教學更注重學生的親身體驗。但是初中教材中并沒有液體間及氣體間相互作用的例子，在初中階段學生也很少接觸到這類內容。因此，在高中教學進行引課時，教師可以舉一些學生沒有見過的例子，以引發學生的學習興趣，避免學生因為內容已學過而產生重復學習的感覺。高中教材中通過彈簧測力計探究相互作用力的關系，并且在探究結束后提出問題：“彈力滿足這個關系，那摩擦力是否也滿足上面的關系呢？”由此可見，高中階段的教學強調不同類型的力是否滿足牛頓第三定律。另外，高中教材中還對不相互接觸的力是否滿足牛頓第三定律提出疑問。由此可見，高中階段的教學還要強調牛頓第三定律的適用范圍。高中教材中此節還有“物體受力的初步分析”部分，且此節配置的課后習題大都旨在考查受力分析。由此可見，這節課的重點是讓學生學會從相互作用力的角度進行受力分析。

最后，在牛頓第三定律的表述方面，初中教材中用到了“同時”一詞，體現了相互作用力的同時性。雖然初中教材中沒有直接給出“相互作用力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上”的內容，但是在初中階段教學過程中，由于相關練習題及中考題會考查這一知識點，教師一般都會在課堂上對此內容進行講解。然而，初中階段教學并沒有涉及作用力和反作用力的性質。因此，在高中階段授課時，教師要強調這一點。

4" 初、高中學生情況的銜接分析

美國著名教育心理學家戴維·保羅·奧蘇貝爾（David Pawl Ausubel）曾經說過，影響學習的最重要因素是學生已經知道了什么，我們應當根據學生的原有知識狀況進行教學。因此，教師在高中階段進行共有內容教學時，要從以下三個方面分析學生情況。

一是學生已有的知識情況。以“牛頓第三定律”為例，根據上述

教材內容分析，雖然初中教材中只涉及了“力的作用是相互的”這一知識點。但以近幾年長春市中考題為例，我們發現，中考題中對該部分知識的考查不僅涉及“力的作用是相互的”這一知識點，還涉及相互作用力的關系。另外，我們查看初中物理教材配備的練習冊，發現其中關于該部分的習題還包括相互作用力的關系和相互作用力與平衡力的區分。這在一定程度上反映出，學生在高中階段學習牛頓第三定律之前，已對相互作用力的關系這部分內容有所了解。但是已有研究表明，學生對于該部分內容仍存在一些迷思概念。例如，認為一個作用力可以沒有對應的反作用力；認為作用力與反作用力可以不相等；認為作用力與反作用力作用在同一個物體上；認為相互作用力的性質可以不同等等。這些迷思概念的突破可以作為學生牛頓第三定律學習的起點及重點。［4］

二是學生的思維水平。在初中階段學生的思維發展處于從具體形象思維向抽象思維過渡的階段，而在高中階段開始進入抽象邏輯思維階段。初中物理的學習偏向依托豐富具體的形象思維，定性了解物理的基本概念、基本規律以及進行簡單計算等；而高中物理的學習更注重以理解物理概念和規律為前提進行抽象思維的訓練。因此，在高中階段，教師要根據學生的思維水平進行教學。以“牛頓第三定律”為例，高中階段教師應注重對學生進行以理解牛頓第三定律為前提的抽象思維訓練，加強對學生實驗探究能力的培養。

三是學生的學習方式。初中物理學習主要以記憶為主，再加上“題海”戰術，使得學生將主要精力放在解題上，從而導致他們對物理概念和規律的本質理解不透徹，沒有形成系統的物理知識體系。而高中物理學習更強調學生對物理情境的理解，以及物理規律形成過程的把握。以“牛頓第三定律”為例，雖然學生在初中階段做了大量的習題，在看到題目時會自然地回答“力的作用是相互的”，但是他們對于牛頓第三定律在力學中的地位，以及牛頓三大定律之間的關系并不清楚。因此，解決這些問題應是高中階段牛頓第三定律教學的重要內容。

5" 基于初、高中銜接的教學設計

5.1" 教學目標

基于上述對課程標準、教材以及學生情況的分析，為了更好地銜接高中教學與初中教學，教師在高中階段“牛頓第三定律”的教學中應該著重解決以下四個問題：一是牛頓第三定律的適用范圍；二是與牛頓第三定律相關的物理學史；三是牛頓第三定律與牛頓第一、第二定律的關系；四是利用牛頓第三定律進行初步的受力分析。

核心素養更多是靠學生自己領悟，而非教師教授。教師教的知識、技能或能力是學習的階段性目標，是通向素養培育的手段，而非最終目的本身。因此，僅通過“牛頓第三定律”一節課很難達成培養學生運動與相互作用觀念的目標。但是，在學生已知“力的作用是相互的”基礎上，牛頓第三定律的學習可進一步加深他們對此的理解，為形成運動與相互作用觀念打下基礎。因此，本節課的教學目標設計如下。

物理觀念：通過大量實例學習，學生明確作用力和反作用力在生活中普遍存在這一事實，為進一步形成相互作用觀念打下基礎。學生能夠從相互作用的視角解釋、解決生活中的問題。

科學思維：在熟悉的問題情景中，學生能夠利用牛頓第三定律進行受力分析并將其轉化為物理模型。在作用力和反作用力關系的探究過程中，學生能夠用恰當的證據表達自己的觀點。

科學探究：通過設計實驗探究作用力與反作用力的性質，學生能夠提高自身的實驗能力以及解決問題的能力。在小組合作探究相互作用力關系的實驗中，學生能夠提高自身的合作、交流能力。

科學態度和責任：在實驗過程中，學生應積極探索物理規律，找出物理現象背后的物理規律等。如遇到問題，學生要找出實驗失敗的原因以及對應的解決措施，再付諸實施，培養嚴謹認真、實事求是、持之以恒的學習態度。

5.2" 教學過程

5.2.1" 環節一：創設情境，引出作用力和反作用力概念

教師可以根據實際情況，親自制作或者指導學生制作與表2中類似的小制作。通過讓學生親身體驗，引導學生分析實驗現象及其中的物理原理，進而引出作用力和反作用力的概念。

5.2.2" 環節二：探究作用力和反作用力的關系

在學生明確作用力和反作用力概念之后，教師緊接著提出問題：“作用力和反作用力有什么樣的關系？”學生經過初中階段的學習

，對“物體間的相互作用力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上”這一知識點

已經很熟悉。教師在學生回答之后，接著提問：“怎么證明相互作用力大小是相等的呢？如何證明其在同一條直線上呢？”并讓學生舉出例子來進行證明。教師引導學生一起分析所舉的例子，同時注意引導學生分析力的性質。根據學生所舉例子的具體情況，教師可以考慮是否設置“彈簧測力計互拉”的探究實驗。如果學生所舉的例子均能很好地證明相互作用力的關系，就不用進行探究活動；反之，教師則可安排學生分組進行探究。

在學生進行探究的過程中，教師向學生提問：“如果物體處于運動狀態，兩物體間的相互作用力是什么關系？”此時，學生如果用彈簧測力計進行實驗，由于彈簧測力計處于運動狀態，學生很難及時記下彈簧測力計示數的變化情況進行比較。為了解決這個問題，教師可以向學生介紹力傳感器，并引導學生用力傳感器進行實驗。通過力傳感器得到的圖像，學生可以清晰地看到，相互作用力時刻大小相等。在物體運動過程中，相互作用力也滿足大小相等、方向相反、作用在同一條直線上的規律。最后，教師引導學生總結相互作用力間的關系。

5.2.3" 環節三：牛頓第三定律相關知識講解

教師向學生點明“兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上”，這就是牛頓第三定律。由于學生在初中階段學習過牛頓第一定律，而且已經了解與牛頓第一定律有關的物理學史，因此，教師在本節課可以適當加入一些與牛頓第三定律有關的物理學史，以使學生的學習內容結構化、系統化。牛頓在惠更斯、笛卡爾等人在碰撞問題的研究中所得到的動量守恒定律的基礎上，得到牛頓第三定律。牛頓第三定律和牛頓第一、第二定律共同組成了牛頓運動定律，闡述了經典力學中基本的運動規律。

教師引導學生明確任何物理規律一定有其適用范圍，牛頓第三定律的適用范圍是宏觀相互作用的物體，同時引導學生應用牛頓第三定律對磁體間的相互作用進行解釋。雖然按照2019年人教版高中物理教材的順序，學生在學習牛頓第三定律時，還沒有學習牛頓第一、第二定律，但是學生在初中階段已經學習過牛頓第一定律，很容易猜想存在牛頓第二定律。因此，教師在教學時可以簡要提及牛頓三大定律之間的關系。具體來說，牛頓第一定律定義了慣性參考系，相當于給出了牛頓運動定律適用的范圍；牛頓第二定律研究的是單個物體的運動；而牛頓第三定律將研究對象擴展到兩個物體之間，研究兩個物體間的相互作用。牛頓第三定律為解決質點組動力學問題奠定了基礎。

5.2.4" 環節四：初步受力分析的學習

受力分析是力學的重點內容之一，也是物理學中最常見的解決問題的方法之一。學生經過初中階段較為簡單的受力分析以及前幾節常見的力的學習后，已經能對單個物體進行受力分析。然而，本節課所學習的受力分析涉及兩個物體。因此，教師一定要引導學生學習正確的受力分析步驟，即明確研究對象—隔離物體分析—畫出受力示意圖—檢查分析結果。

教師引導學生根據力的性質確定分析力的順序。力是物體間的相互作用，根據牛頓第三定律，任何力都存在施力物體和受力物體。因此，在進行受力分析時，學生一定要明確誰是受力物體。根據這一點，可以檢驗是否存在少分析了某個力或者增加了一些不存在的力的情況。

在受力分析的基礎上，教師引導學生對一對相互作用力和一對平衡力的異同點進行對比總結，同時向學生滲透“相互作用力是必然現象，而平衡力是偶然現象”的觀點。

6" 結語

為了更好地解決初、高中共有內容在高中階段容易出現的教學重復問題，教師應增強對初、高中物理課程標準及教材的整體化研究，打通初、高中教學的壁壘。教師應基于學生已有的知識基礎，明確教學目標，優化教學設計。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：15.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版 2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：13.

［3］陳向紅．基于教材邏輯解讀人教版物理新教材的改編——以“牛頓第三定律”為例［J］．物理通報，2022（5）：40-45．

［4］張春斌，周少娜，王妍琳，等．關于“牛頓第三定律”迷思概念的調查研究［J］．中學物理教學參考，2014，43（9）：49-51．