小学科学与初中物理“能量”相关概念衔接研究

李雅兰

实现学生大概念的连续进阶是当前国际科学教育的普遍共识，各学段的教师应当在展开教学之前充分思考学生从何处来（认知起点）、往何处去（课程目标）的问题，尤其是学生跨学段的发展。能量是教育部修订的《义务教育物理课程标准（2011年版）》和《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》中的主要内容之一。本文以人教版小学科學与初中物理教科书为分析对象（其中小学科学教科书1～3年级为人教鄂教版），分析能量相关概念的衔接情况，并提出相关教学建议，以期给中小学教师提供些许教学参考。

能量相关概念衔接路径

1.教科书结构衔接

教科书结构受到课程设计理念、内容的广度、深度以及课程目标等因素的影响，故而梳理结构是从整体上把握教科书必不可少的部分。

小学科学六年级下册教科书用单独的单元“能量与生活”探讨了能量这一主题，该单元内容按照“能量—能源—能源的开发与利用”这一路径展开（见表1）。此外，在六年级上册《水的三态变化》一课中提到水的三态变化涉及热量的变化。整体上看，小学科学教科书能量内容较少，结构呈直线式。

从表1可以看出，初中物理教科书在结构上注意知识的递进和衔接，呈螺旋上升式。首先学习了功和能这两个核心概念，再围绕这两个核心概念进行延伸，学习机械能、内能与电功率。值得一提的是，《内能的利用》这一章的最后一节是“能量转化与守恒”，此节在能量基本知识的基础之上，从更高的视角帮助学生认识能量的本质内涵和物质世界的统一性。

2.概念衔接路径

能量的教学内容可分为能量的形式、能量转化与能量守恒、能量耗散、能源开发与利用四个部分。分析课程标准和教科书内容，发现两套教科书中能量相关概念的衔接路径如左页图。

能量相关概念主要教学内容及衔接路径

小学科学教科书在能量形式、能量转化与守恒、能量耗散、能源的开发与利用四个部分均有所涉及，相关内容皆在初中有进一步的拓展和深化。

在学习能量的形式时，小学阶段只涉及能量的存在形式，如核能、动能，而初中阶段则涉及产生核能的方式（聚变、裂变、链式反应等），动能与势能同属于机械能等。

小学阶段学习能量转化与守恒时，只涉及不同形式的能量的转化，初中阶段则以功为核心，进一步学习功率、机械能转化与守恒、能量守恒定律等内容。

在能量耗散方面，小学阶段仅涉及热量和热传递的概念，初中阶段需要以此为基础学习内能、电流热效应、焦耳定律、能量转化和转移的方向性等内容。

由此可以发现，初中物理能量概念的结构化程度更高，各内容间的衔接更加复杂。

能量目标的逐层进阶

对比课程标准中的课程目标发现，初中物理在小学科学基础上对能量相关概念的认知目标在不断提升，具体表现为：

1.能量形式更加丰富，需了解势能与内能;进一步了解已学的能量形式;知道产生核能的方式并辩证地看待核能、了解动能的影响因素、定量计算电能、电功率和电热。

2.引入功、功率的概念，知道做功是能量转化的方式并能定量计算;知道机械能守恒的条件、认识能量守恒。

3.知道能量的转化与转移有一定的方向性，并能从能量的转化和转移的角度认识效率。

4.从能量转化和转移具有方向性的角度，理解节约能源的原因与意义。相较小学科学，初中物理能量相关概念的课程目标在广度和深度上都有所提升。

初中物理在小学科学的能量相关概念主要内容见表2。

小学、初中能量相关概念的衔接特点

1.能量概念与形式

能量概念界定多样、本质抽象、内涵丰富，使其难以被学生接受和理解，在不同阶段对能量概念的界定侧重不同，适切学生认知水平的诠释方式将更有利于学生的学习。小学科学教科书对能量的界定与能量形式紧密相连，其在《生活中的能量》这一课指出：一切物体在工作中都离不开能量，并介绍了生活中常见的各种能量的形式。这样的界定帮助学生建立起的对能量意义的认知是：能量是可供人们利用，变化形态而去协助人类进行生产制造的一种资源。初中物理教科书对能量的界定是通过功的概念进行的：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。这样的界定强化了能量能够转化与转移的特性。

小学、初中两套教科书的界定充分考虑了学生的认知水平，侧重于能量的不同特性。小学科学以生活经验为依托，突出能量的有用性;初中物理借助功的概念，强调能量能够转化与转移的特性。

2.能量的转化、守恒、耗散

在能量转化方面，小学科学教科书的内容是生活中的能量转化，在能量耗散方面包括物态变化会伴有热量变化、热传递，未涉及能量守恒，且各部分内容互相独立。初中物理教科书不仅增加了能量观的核心内容——能量守恒定律、能量转化和转移的具有方向性，并以功和内能为基础，介绍了系列相关的概念串：功、功率、电功、电功率、机械能、内能、热量、热传递等。

更重要的是，初中物理教科书还包括利用能量的思想分析解释现象的内容，如用能量耗散的思想解释机械效率和节约能源的必要性等，各内容间建立了有意义的连接，对学生思维能力的要求也更高。

3.能源的开发与利用

能源的开发与利用是培养学生科学态度和社会责任感的重要部分。小学科学教科书主要介绍了当前人类的能源利用情况、化石能源形成过程和新能源的开发举措;初中物理教科书在此基础上进一步介绍了核能的优点和可能的隐患以及能量转化和转移的方向性是我们需要节约资源的重要原因。

小学科学与初中物理教科书编写理念具有连续性，均展现了重视STS的教育理念，这对于培养学生崇敬科学的态度和节约资源、爱护环境的社会责任感以及可持续发展的意识具有深远意义。

教学策略

1.积累感性经验，构建基本框架

能量是贯穿中小学学习的一个主要内容，对它的认知的发展不是一朝一夕可以完成的，它需要在普遍的应用和与其他概念的有意义连接中逐步发展、完善。因此，依据能量核心观点建立起基本的知识框架，并在此基础上不断拓展延伸可以实现能量相关概念的螺旋式上升。

能量守恒和耗散是能量概念的核心内容，虽然小学科学教科书和课程标准中未提到相关要求，不过，倘若在教学过程中能够通过趣味活动补充一些感性经验，既可以激发学生的学习兴趣，也可避免使学生负担过重。如通过摆球碰鼻实验，让学生获利能量守恒的感性经验;通过感受手机充电时充电头发热现象，帮助学生建立最朴素的能量会耗散的感性经验——总有一部分能量未被以我们期待的形式利用。教学时，除了基本概念的教学，更要注意建构简单却基本的知识构架，这将更有利于学生在初中阶段知识体系的系统化。

2.注意能量概念的跨学科渗透

能量是一个跨学科的概念，且小学科学是综合课程，因此教师在教学中可适当渗透跨学科的思想。例如，植物的生长需要太阳，是因为太阳为它提供了能量;动物进食是为了为身体提供营养和能量，食物链本质上是能量的流动;云、雾、雨、雪等是水的多种形态，不同形态的变化需要吸热或放热。以跨学科的视角促进能量概念的渗透，有助于学生知识迁移能力的提升，有助于学生更好地理解能量相关概念。

长江大学物理与光电工程学院

物理教育研究所（434023）