构建螺旋上升式高中物理教学体系的探讨

夏良英

（东莞中学松山湖学校，广东 东莞 523808）

1 前言

心理学家比格指出：“学校的效率大半依学生所学材料可能迁移的数量而定，因而学习迁移是教育最后必须寄托的柱石.”由此可见，学习的迁移问题是教育教学的一个极其重要的问题.它是检验传授知识和发展能力的教学目标是否已经达成的有效标准.为此，我们必须从学生的实际出发，运用学生已有知识的迁移，同时充分考虑到各个年龄层次学生的认知特点，由浅入深，构建“螺旋式”教学，形成具有学习坡度的层次和系列.我们必须帮助学生在学习的过程中掌握科学、有效的学习方法，养成良好的学习习惯，进而提高教育教学质量.

2 构建螺旋上升式高中物理教学体系的必要性

2.1 “螺旋式上升”是学生思维发展的阶段性与理解水平的阶段性的综合反映

不同的个体，其认知、情感和意志虽然不尽相同，但相同年龄段的学生却有着整体的一致性，而不同年龄段的学生在整体上有比较明显的差异，因此布鲁纳在《教育过程》中提出了“螺旋式教学”的概念.所谓“螺旋式教学”，就是采用与学生思维方式相符的教学形式，随着学段的提升，不断拓广和加深学科的内容，使之在课程中呈螺旋式上升态势的教学模式.

维果茨基认为一个螺旋过程可分为两个阶段：快速上升期和水平发展期，如图1.

图1

在快速上升期，学生新知识的获取和学习方法的快速转型是同步完成的，需要教师特别关注的是，有相当部分学生成绩分化的原因就是在上升期没掌握到获取这部分知识所需的学习方法，从而造成学习困难.在顺利渡过上升期后，学生不但完成了新知识的积累，更重要的是掌握了新知识的学习方法，继而顺势进入高效学习的水平发展期.这个时期由于学生的学习能力已大幅提高，因而是学生获得成功感和获得积极情感的重要时期.教学过程绝不能绕过螺旋的上升期，直接进入水平发展期，否则就违反了学生的认知规律，会增大学生的负担，造成不良后果.

2.2 “螺旋式上升”是高中物理课程设置的内在要求

以社会需求和学科发展为核心追求，通常是课程设计者的指导思想.设计者在课程设计和教科书编写的过程中注意到了物理学科的螺旋式特征，他们重视学科基本概念和原理的连续性，通过“螺旋式”的课程和课程内容设置，为教师的“教”和学生的“学”创造条件.在螺旋式物理课程的设计中，把物理知识和物理技能分成几片，一片接一片地实施，每一阶段的内容连续推进，这个过程交替循环，使学生的知识和能力呈现上升趋势.在课程的每个环节，形成相对独立的小系统，解决问题一个层次接一个层次，从初级向高级螺旋式上升.这样，课程就有机地融合在若干个相对完整而又独立的小系统之中，进而建立起以核心概念、定律、规律为支点的大系统.在物理课程的不断展开过程中，反复地回到基本知识点上，学生就容易掌握基础知识，进而把握宏观学科体系.

3 螺旋上升式高中物理教学体系的实施

3.1 在学习方法、思维过程的训练方法上遵循螺旋式上升理念

在高中教学开始以前，先全面考虑学生初中学习情况和高中阶段要求，进行3年教学整体规划，对学生的学习方法、思维过程的训练实行阶段目标管理办法，对学习的每个阶段进行目标能力设置，实现分步实施，整体推进.具体作法如下.

第1步：初步掌握高中物理的学习方法及思维特点，进入螺旋上升的第一个快速上升期.这阶段对学生的目标要求是从初中物理的学习过渡到高中物理的学习，包括初步熟悉进而掌握高中物理的学习方法、思维方式等.进入高中第1个月，教师全面了解本届学生整体情况，可以通过问卷调查和个别谈话的方式，全面了解学生的知识结构和思维能力水平；在教学过程中有针对性地将学习方法和思维过程融入知识讲授中，设置合适的阶梯，让学生逐步体会初高中物理在知识要求、学习方法和思维特点等方面的异同，并慢慢掌握之.

初中物理教学以观察、实验为基础，教材内容多是简单的物理现象和结论，对物理概念和规律的定义与解释简单粗略，研究的问题大多是单一对象、单一过程、静态的简单问题，易于为学生接受.高中物理教学则是采用观察实验、抽象思维和数学方法相结合，对物理现象进行模型抽象和数学化描述，要求通过抽象概括、想象假说、逻辑推理来揭示物理现象的本质和变化规律，研究解决的往往是涉及研究对象（可能是几个相关联的对象）多个状态、多个过程、动态的复杂问题，学生接受难度大.

第2个月全面熟悉高中物理的学习，基本能用高中物理的学习方法进行学习，能用高中物理的思维特点进行思考.我们的目标是让学生在学习受力分析和运动分析的过程中，掌握知识与技能的联系，掌握高中物理的学习方法和思维特点.

第2步：熟练掌握高中物理的学习方法及思维特点.在高一下学期则要进一步巩固，能全面而熟练地运用高中物理学习方法进行学习，能用高中物理思维方式进行思考，牢固建立理想物理模型的思维方式，能用控制变量法进行分析，能应用数学知识解决物理问题，能理解物理规律、公式的意义和应用条件.以上两步的总体要求宏观表现为学生能适应高一物理的学习环境，从螺旋的快速上升期过渡到螺旋的平稳发展期.

第3步：实现高中物理的学习方法及思维特点的再次转型上升，进入第2个螺旋的上升期.到了高二阶段，我们要充分利用电磁场、守恒定律等的学习，促使学生进行第二次转型升级，以期达到能力的再次大幅上升.高二学段内容的增多和难度的增大，要求学生大幅度提高学习效率和全面发展物理思维.在电磁学的学习过程中，要将学生带入“场”的想像中，进入微观世界的思维方式.要注意培养学生的想象能力和应用数学知识解决物理问题的能力，让学生提升空间思维能力.在这个过程中，我们要特别注重“最近发展区”的理念，从场和高一力学的分析入手，帮助学生逐步掌握场和微观世界的思维方式，实现思维的换挡.通过动量守恒、机械能守恒和能量守恒等内容的学习，形成多角度分析问题的意识和能力，形成既考虑部分又考虑整体的思维方式，实现思维方式的再次飞跃.体会经典物理学习过程中思维的完美.通过原子物理的学习，活跃学生的思维，初步实现从经典物理的思维向量子化思维的转变.

第4步：高三是全面实现高中物理学习方法及思维能力的阶段，是高中阶段的最后一个螺旋，也是升幅最大的一个螺旋，为进入高校深造，进入更大一个螺旋的学习和研究做好准备.这个过程要求学生能站在物理学的高度看待力、电、热和原子物理，形成综合能力.既能用牛顿运动规律分析解决问题，也能用守恒定律从部分与整体的关系来分析解决问题；既能用理想化模型——抓住主要问题来思考问题，又能用控制变量全面思考问题.

比如在高三复习中可以用螺旋式上升的理念进行复习，由浅入深、由表及里、由易到难、层层递进.以滑块-滑板模型（同方向运动）为例.

例1.如图2所示，小木块的质量m＝0.4kg，以速度v＝2m／s，水平地滑上一个静止的平板小车（足够长），小车的质量M＝1.6kg，小木块与小车间的动摩擦因数μ＝0.2（g取10m／s2）.求

（1）小车上的木块相对于小车静止时，小车的速度是多少？

图2

（2）木块相对小车静止前，小车运动的位移；

（3）物体相对小车静止前，木块运动的位移；

（4）物体相对小车滑行的距离.

例2.一个平板小车置于光滑水平面上，其右端恰好和一个光滑圆弧轨道AB的底端等高对接，如图3所示.已知小车质量 M＝3.0kg，长L＝2.06m，圆弧轨道半径R＝0.8m.现将一质量m＝1.0kg的小滑块，由轨道顶端A点无初速释放，滑块滑到B端后冲上小车.滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ＝0.3（取g＝10m／s2）.试求：

（1）滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小；

（2）小车运动1.5s时，车右端距轨道B端的距离；

（3）滑块与车面间由于摩擦而产生的内能.

例3.如图4所示，地面和半圆轨道面均光滑.质量M＝1kg、长L＝4m的小车放在地面上，其右端与墙壁的距离为s＝3m，小车上表面与半圆轨道最低点P的切线相平.现有一质量m＝2kg的滑块（不计大小）以v0＝6m／s的初速度滑上小车左端，带动小车向右运动.小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上，已知滑块与小车表面的滑动摩擦因数μ＝0.2，g取10m／s2.

图3

图4

（1）求小车与墙壁碰撞时的速度；

（2）要滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道，求半圆轨道的半径R的取值.

例4.如图5所示，以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内，一滑板静止在光滑水平地面上，左端紧靠B点，上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C，一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点，运动到A时刚好与传送带速度相同，然后经A沿半圆轨道滑下，再经B滑上滑板，滑板运动到C时被牢固粘连，物块可视为质点，质量为m，滑板质量M＝2m，两半圆半径均为R，板长，板右端到C的距离L在R＜L＜5R范围内取值，E距A为s＝5R，物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数均为μ＝0.5，重力加速度g取10m／s2.

图5

（1）求物块滑到B点的速度大小；

（2）试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中，克服摩擦力做的功与L的关系，并判断物块能否滑到CD轨道的中点.

题目在学生原有知识和认知能力的基础上，设置合适的阶梯，知识分层推进，螺旋上升.这就给学生在课堂上搭建了一个很好的过渡平台，让学生在思维上稍稍跳一跳就能跟上教师的思路.有梯度的练习，增强了学生学习的自信和兴趣，开拓了学生思路，提高了学生思维的敏捷性、深刻性和广阔性，促成了学生迁移能力的形成.

3.2 教学中实施螺旋上升式教学体系的原则与方法

“螺旋式上升”教学的目的是优化知识结构，按照“是什么”“为什么”“怎么用”的步骤“螺旋式上升”逐步到位，正如高中物理教学大纲所要求的“知识要逐步扩展和加深，能力要逐步提高，教学应注意循序渐进”.

搞好“螺旋式上升”教学，需要教师合理把握“螺旋式上升”的速度与深度，而这是由学生的认知程度和接受能力所决定的.很多时候学生对所学的知识不是当场就可以完全理解的，需要通过不同程度的反复学习来逐步理解.在讲某一知识内容时，学生经常忘记了之前学习的基础内容，通常需要教师引导着再复习一遍.此时，如果教师不做好和学生之间的沟通，忽略了学生对于前期知识复习的需求，则会导致学生在学习新知识时难以理解，学习效率降低.因此在每次新内容教学之前都要做到温故知新，逐步加深拓展，使学生对知识的掌握逐步牢固，逐步深刻，这也是“螺旋式上升”教学的基本理念与根本目标.

例如，摩擦力既是重点，也是难点.在“力”一章中学生只可能初步了解什么是摩擦力及力的三要素；在“牛顿运动定律”一章，通过对有关问题的分析可使学生认识到摩擦力不仅可充当阻力，还可充当动力，静摩擦力可以因加速度不同而不同；在“曲线运动”一章中，通过摩擦力充当向心力的有关实例研究，学生可认识到摩擦力可充当向心力，其方向可与速度方向不在一条直线上；通过“功和能”一章的学习，学生可认识到摩擦力不仅可做负功，还可以做正功，也可不做功.静摩擦力做功只伴随物体间机械能转移，而滑动摩擦力做功可以使机械能向内能转化，摩擦生热等于滑动摩擦力与物体间相对路程的乘积.如果教师在教学过程中有意识地关注以上各点，让学生循序渐进地提高对摩擦力的认识，那么，摩擦力这个既是重点又是难点的知识点就可以突破了.

又如，电场中带电粒子类平抛运动是在重力场中平抛运动的基础上拓深的，两种运动的共同点是：恒定合外力与初速度方向垂直、在初速度方向都做匀速直线运动、在合外力方向都做匀加速直线运动，服从相同的运动学规律.但它们有各自特性：重力场中的平抛运动的初速度方向必须是水平的，合外力就是重力.而电场中的平抛运动的初速度方向和电场力方向都具有不确定性，常需要转换空间角度思考问题.如果没有平抛运动做铺垫，就不能很好地理解类平抛运动.

4 结论

“螺旋式上升”不但是一种教学模式，也是一种学习模式.物理教师要充分利用和把握物理知识的这种螺旋式结构，并通过探讨螺旋式结构与物理教学之间的关系，认清物理学习的螺旋式上升的特点，注重知识结构的内在联系，加强知识的层次性建构，使学生对知识的掌握步步为营、层层递进、逐步加深.这样才能保证“螺旋式上升”教学的高效性，也才能培养出高分高能的物理人才.

1 李玲.浅议新课程标准下教材结构的安排［J］.科技资讯，2009（22）：177，190.

2 阮瑾怡.浅谈对学生考试后总结的个性化辅导策略［J］.现代教

学，2009（7）：39-40.