透视高一物理“难学”现象*——以“运动的描述”教学为例

在普通大众心目中，对高中物理学习形成了一些“偏见”。例如物理学得好的学生数学一定学得好，但数学好的物理不一定好。高中物理是最难学的一门课，物理学习男生要好于女生，学物理对智力水平要求高，等等。现行人教版教材把“运动学”放到高中物理的最前面，意图或许是为了降低学习的难度，让高一学生更好地适应高中物理的学习，但“难学”的问题依然十分严重。笔者以为，我们应当从一线教学实践出发分析物理“难学”的原因，进而找到对应的解决办法。

在笔者看来，高中物理的学习对学生来说是有很大的挑战的，学习难度不可避免地客观存在。从客观上来说主要因素有，初、高中学习内容跨度大，高中对学生的学习要求明显提高，对学生的建模能力、理解能力、分析能力、解决实际问题的能力要求与初中相比显著提高。从主观上来说也有高中要分科，部分学生缺少学习热情，学生过早地放弃物理学习等原因。由此梳理造成困难的内在原因，依据学生的身心发展规律及认知规律，采取科学的应对策略可以有效降低学习的难度，提振学生学习物理的热情，从而改变学生对物理学科学习的态度，让更多的学生树立“尽管物理有难度但我仍然喜欢，我会自觉地努力学习物理”的观念。以下结合物理必修一第一章“运动的描述”做具体剖析。

一、物理思想方法的变化带来的困难

1.更高的要求。

初中学习中已经涉及的不少物理思想方法，到高中阶段有了更高的要求，使得部分学生觉得难以掌握。我们以“理想模型”为例。将具体复杂问题简单化，摒弃次要条件，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，这是一种重要的物理思想。初中阶段的“光线”，就是一种理想模型。高中阶段对理想模型要求更高，对理想模型有了抽象表达，这种表达对学生极具挑战性。在建立起理想模型的基础上，有时为了更加形象地描述所要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些虚拟的内容，借此来形象、直观地表述物理情景。什么是次要条件、主要因素？对实际问题为什么能进行理想化处理？这些对高一学生来说都是极具难度的。

高中生最先遇到的物理理想模型是“质点”。学生对简单具体的问题还可以进行正确的判断，但对于诸如“平动的汽车能否看成质点”等与实际结合的问题或间接表达的问题，学生却难以把握。为帮助学生克服这一难点，教师一方面要对比初、高中阶段对同一思想方法的不同要求，另一方面则要将学术表达转化为易于学生理解的表达，要引导学生从概念的定义和法则出发，去进行具体问题的具体分析。

2.更新的方法。

相较于初中物理，高中阶段的物理增加了不少新的思想方法，重点有“微元法”和“极限思想”等。

“微元法”是指在处理问题时，从对事物的极小部分（微元）分析入手，达到解决事物整体目的的方法。它在解决物理学问题时很常用，思想就是“化整为零”，先分析“微元”，再通过“微元”分析整体。把变化的物理量通过无限细分后，转化为便于计算的恒量，从而解决问题。

“极限思想”是微积分的基本思想，数学分析中的一系列重要概念，如函数的连续性、导数以及定积分，等等，都是借助于极限来定义的。极限思想本是高等数学中的知识，在高中阶段不可能也不需要把具体知识体系教给学生，但作为思想方法，它的重要性反而更高。虽然对问题的分析都是定性的，却反映了思维的质量和深度。在处理匀变速直线运动的位移、瞬时速度、变力做功等问题时都会涉及。

以“瞬时速度”学习为例，在测量瞬时速度时采取的策略是：用平均速度来代替瞬时速度，选择研究点的前后相邻点间的距离作为位移，时间则通过打点计时器来测量，前后相邻点离研究点越近则平均速度越接近研究点的瞬时速度。笔者课后在与学生交流时多数学生表示：“由于计算平均速度研究的是过程，对应的是时间，瞬时速度对应的是时刻，心里总觉得平均速度跟瞬时速度总归有一点差异，我只能当作结论来记住了。”由此看来学生还是没有真正接受与理解这样的实验做法。为更好地帮助学生掌握瞬时速度的概念，教学时可以通过对一个具体问题进行深入研究，如对纸带上某点瞬时速度测量，以此点为基点，从较大的相邻两点间距离开始，逐步减小两点间的距离，通过测量、计算，把得到的速度和通过其他方法得到的瞬时速度进行比对，通过增强事实的直观性提升说服力，强化学生对概念的认可度，也使得学生更加理解相关思想方法。

二、从经验思维走向科学思维带来的困难

1.生活经验及初中思维习惯带来的影响。

生活经验对学习有时具有负面的影响，例如亚里士多德关于重量和运动关系的描述来源于生活观察，但它是不科学的，并且影响了人类两千多年，直到伽利略出现，他利用逻辑的力量推翻了这一错误认识。由此可见，生活经验对人类认识世界的影响之大。从初中到高中学生要经历从经验思维到科学思维的跨越。

2.“前概念”的影响。

初中物理的学习更多地停留在较为理想的情境，对问题的处理比较单一，思维的要求不高，再加上应试教育在一定程度上加剧了对物理现象的片面认识，形成了一些固化的经验认知，即物理“前概念”。生活经验及初中形成的思维对学习高一物理产生影响的典型“前概念”有：运动快就是速度大，负的速度比正的速度小，速度由增大变为减小方向变了；速度由正变为负，加速度变了；加速度为负，速度一定减小；第2秒末在时间轴上对应的是第3秒等。为解决这一问题，对教学概念的要求要发生变化：概念的定义是简洁的，但学生对概念内涵的理解应该是丰富的，对概念外延要认知清晰；要引导学生不仅关注常规性现象，还要关注非常规性现象并且进行比较，形成一个完整意义上的概念的理解。

3.高强度机械训练让学生陷入推理惯性。

初中生更多的是凭经验解题，进入高中一个阶段学习强化后，学生又更倾向公式的逻辑推理，这也导致学生容易脱离生活实际去空想。这在解决相遇问题中特别明显。因此教师要及时教会学生结合实际构建运动情境，绘制运动过程的简图，描绘相关运动图象，如v-t图等。

曾有个典型的情境让笔者触动很深。在学习了“自由落体运动”后，笔者让学生做了一道练习：甲、乙两物体在同一地点分别从4h和h高处开始做自由落体运动，若甲的质量是乙的4倍，则下列说法中正确的是（ ）

A.甲乙两物体落地时速度相等；

B.落地时甲的速度是乙的两倍；

C.甲乙两物体同时落地；

D.甲在空中运动的时间是乙的两倍

笔者以为此题很简单，因而让学生稍作思考后就进行回答。结果一名学生居然说答案是A，理由是后经深入交流发现，他没有完全读懂题目的意思，认为同一地点就是同一高度，然后就直接套用公式。

为更好地解决这一不足，我们在教学时要关注学生解题的量的同时还要关注质，更加强调学生解题过程中审题、表达、检查等习惯的养成。

三、用数学解决物理问题的要求显著提高带来的困难

1.要求用数形结合解决问题。

在高中物理学科的数形结合部分，学生多容易混淆图象与图形的区别。从计算机学来说，图形是矢量文件，由一组组数据构成，随着图象的放大缩小图形不会变形或清晰度降低。而图象是点阵图，由像素填充。此外，图形是指在一个二维空间中可以用轮廓划分出若干的空间形状，它是空间的一部分，不具有空间的延展性，是局限的、可识别的形状。

我们要在教学中逐渐让学生明晰，对物理学而言，当用精确的数学描述、表达物理概念的联系时，物理图象的构建就开始了。要作出一个确定的物理图象，需要得到相关的函数关系式。在把物理量之间的关系式转化为图象时，最重要的就是要明确公式中的哪个量是自变量，哪些是常量；关系式描述的是哪两个物理量之间的函数关系，这两个物理量就是物理图象中的两个坐标轴。只有从高一开始培养学生这样的意识，才能使他们顺利跨越对图形图象的模糊认识。

除了区分图形与图象，高中生在物理学习中还常对物理情境与图象的转化感到棘手。为此，教师有必要选取典型例题与习题，在每个单元的教学结束后有意识地进行讲解与渗透。

2.要求对数学图象进行物理解读。

结合物理要求，科学认识数学图象的物理特定意义，能收到事半功倍的效果。为此在教学中，教师可以有针对性地向学生讲解，以提升学生理解数学图象的能力。笔者梳理出常见“点、线、面”的含义如下——

点：图线上每一个点对应研究对象的一个状态。

线：表示研究对象的变化过程和规律。物理学图象中的“斜率”（注意与数学上斜率的区别）在直线中表示横、纵坐标上两物理量的比值，在曲线中表示该点横、纵坐标微小变化量的比值。一个物理量与“斜率”对应，用于求解定量计算中对应物理量的大小或定性分析变化的规律。如在线性变化图象中，x-t图象的“斜率”表示速度大小，v-t图象的“斜率”表示加速度大小。

面：在物理图象中，“面积”的意义可以分为两大类。一类是图线与坐标轴所围的“面积”，它表示相关的过程，如v-t图象中，图线与坐标轴所围“面积”表示位移；a-t图象中，图线与坐标轴所围“面积”表示速度的变化；F-t图象中，图线与坐标轴所围“面积”表示力F的冲量；I-t图象中，图线与坐标轴所围“面积”表示流过导体的电荷量等。另一类是图线上某一点的坐标与坐标轴所围的“面积”表示相关的状态量，如U-I图象中，图线上任一点到坐标轴的垂线与坐标轴所围的“面积”等于对应状态的电功率。

综上，学生感到高中物理“难学”有其客观原因，教师应“对症下药”，让学生逐渐地冲破“难学”的道道关卡，从而更好地完成高中物理的学习。