基于学科核心素养的初高中物理教学内容衔接探讨

2021-06-15管佩磊

物理教学探讨 2021年5期

摘要：以“欧姆定律”相关内容为例，分析初、高中物理内容的差异，并从物理学科核心素养角度分析其间的衔接问题，以消除学生学习时可能出现的认知困难。

关键词：物理教学;核心素养;初高衔接;欧姆定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2021）5-0078-3

对于许多学生而言，初、高中物理学习内容之间有明显的认知“台阶”，这让刚进入高中的学生在学习时可能有些不适应。作为高中物理教师，如何在学生原有的认知层面上消除“台阶”、顺利过渡，是教学中需要重点关注的问题。

以“欧姆定律”这节课为例，在对初、高中教材的设计思路和内容分析后发现，初、高中的内容之间确实存在一定的“台阶”。对于高中教师而言，可能以为初中的内容比较简单，学生学起来很容易，应该什么都会。但实际教学中发现，有些原以为学生会的内容，他们并不一定具有相关基础。

1 初、高中“欧姆定律”内容比较分析

1.1 课标要求的比较

课程标准是物理课程的基本规范和质量要求，是物理教师教学的依据和准绳。虽然“电阻”“欧姆定律”等相关知识在初、高中都有重复出现，但不同学段的课程标准要求并不相同，具体内容如表1所示。

由表1可以看出，《义务教育物理课程标准（2011年版）》对应要求中三个行为动词分别为“知道”“探究”和“理解”，其中，“知道”属于认知性目标“了解”的水平;“探究”属于体验性目标“经历”的水平;“理解”属于认知性目标“理解”的水平。而《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对应要求中三个行为动词分别为“观察”“识别”和“探究”，其中，“观察”与“探究”属于体验性目标“经历”的水平;“识别”属于技能性目标独立操作的水平。

总体来看，初中阶段对于“欧姆定律”的知识点要求高一些，对于“电阻”的知识层面要求弱一些，重点考查学生对欧姆定律的理解，而对“电阻”概念本身没有过多涉及;而高中阶段讨论闭合电路欧姆定律时，对“电阻”概念的形成、属性等知识和科学思维要求高一些，对测量电阻的实验探究要求高一些。

1.2 教学目标差异分析

结合课标要求与教材内容，我们可以梳理出初中阶段该内容的教学目标如下：

①能够通过实验得出电流与电压、电阻之间的关系;②能从分步实验结论中总结出欧姆定律;③能用欧姆定律公式进行简单的计算;④能通过探究性实验，了解各仪器的使用方法，学会控制变量法;⑤体验探究性实验的过程;⑥增强对物理实验的兴趣。

结合课标要求与教材内容，我们可以梳理出高中阶段该内容的教学目标如下：

①理解电阻的定义，理解欧姆定律;②通过测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，掌握分压电路的基本原理;③知道伏安特性曲线;④知道线性元件和非线性元件;⑤学会通过控制变量法研究实验中各个量的关系，学会利用U-I图像来处理、分析实验数据，总结实验规律的方法;⑥进一步体会用比值定义物理量的方法;⑦学会一般元件伏安特性曲线的测绘方法;⑧增强学生实验素养，体验物理规律发现的过程，形成严谨的实验态度。

学生初中学习过“欧姆定律”内容，但如何理解I-U图像和伏安特性曲线，对一般高中学生而言，可能存在认知困难。对于电阻，初中阶段学生只知道定性结论，对电阻的本质属性和电阻的内涵都未过多涉及。进入高中，直接学习电阻公式，实验探究电阻率，学习各类测量仪器的使用，能力要求提升较大，学生在学习过程中往往会存在障碍。

通过上面内容差别分析可以看出，初、高中的知识点要求和能力要求存在一定的“台阶”，如何消除“台阶”，让学生更加顺利地进行学习，接下来从物理学科核心素养角度进行讨论。

2 基于物理学科核心素养的内容衔接

物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特征的品质，是学生科学素养的关键组成部分。下面从物理学科核心素养角度分析初、高中“欧姆定律”相关内容的銜接问题。

2.1 从创设情境厘清概念进行衔接——“物理观念”

初中《物理》教材给出的“欧姆定律”内容是：导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。初中阶段呈现的是I=■。而高中《物理》教材关于“欧姆定律”的讨论，将重点放在了欧姆定律的变式R=以及后续的I-U图像分析。虽然是同一个公式的变形，但是其实际意义相差甚远。从概念上看，初中教材在文字上对欧姆定律是强化的，对“R”这个物理量的内涵是弱化的。而在高中阶段对“R”的含义，尤其是对高中学生构建物理模型以及电阻特性曲线是非常强调的。可见，课程标准和教材给我们的初、高中实际教学衔接留下了很大的创造发挥空间。

在初中物理实际教学中可以不强调对电阻R内涵的深入理解，但进入高中阶段，在学习欧姆定律之前，如果能够通过如下情境创设去引导学生理解“电阻”概念，将会取得良好的教学效果。

课前，布置学生去网上搜索电阻相关知识、搜集生活中常见电阻及相关元件（实验室也可以提供一些）。

课中，在实验室摆放各种各样的定值电阻及相关元件，让学生去识别、描述和体验，学生通过视觉、触觉感官认知后形成初步概念和印象，能够逐步了解生活中电阻特征，形成初步认知。然后分组实验，指导学生分析某一类电阻的实验数据，并引导学生提出如下问题：从数据的分析、整理中可以得出什么样的结论？在综合各小组成员意见后得出：对同一个导体，两端的电压U与流过的电流I的比值是一个定值，通过改变U和I，发现这个定值与U、I都无关。进而分析其他小组实验中不同电阻的实验数据，得出一致的实验结论，只是定值的数值不一样，说明两者是不一样的电阻。

于是，学生通过这一个情境创设可以深入地理解电阻这一概念，并得出结论：每个导体本身都存在一个恒量R，不同的导体具有不同的R值，它是物体本身的属性。通过比值定义法引导学生建立了电阻的基本概念，并体会其内涵。

2.2 梳理逻辑进行衔接——“科学思维”

初中阶段仅仅是让学生了解电阻是物质的本身属性，而电阻具体与哪些物理量有什么样的关系，学生还不清楚;高中阶段如果直接讲授电阻定律，给出电阻的决定式，学生思维发展没有经过一个内在认知的过程，进而理解该知识的内涵，这不利于学生深入学习。因此，设计教学过程时要充分考虑学生可能存在的问题，帮助学生梳理电阻认识过程中的逻辑关系。

在该部分的教学中，可以根据每个导体本身都存在一个恒量R的这个结论，按照物理规律建立的思维过程，引导学生运用控制变量、比较、抽象、概括、类比等思维方法，对电路中的电流、电压与电阻关系进行思维加工，抓住主要因果关系，即通过导体的电流与导体两端的电压成正比，而不是导体两端的电压与流过的电流成正比。通过对实验数据的U不变和R不变，分别分析、总结概括出电流与电压成正比、与电阻成反比，进而建立欧姆定律的模型，以提高学生抽象概括、实验归纳、理论推导等逻辑思维能力。

同时，还可以再次引导学生，对影响这个恒定量的因素进行讨论。例如，这个恒量到底与哪些因素有关？引导学生说出其猜想和逻辑推理过程。

2.3 在体验实验过程中进行衔接——“科学探究”

初中阶段对该部分内容的探究通常是教师给出实验方案、讲解相关注意事项，学生分组实验得出数据，而后进行分析总结并得出结论。高中教材中直接给出一个“外接分压法”测电阻的电路图，然后直接给出了实验方案，进一步探究小灯泡的伏安特性曲线。

高中生在学习该内容时可能会存在以下疑惑：为什么这个设计方案能够提供可变电压？初中的电路设计方案为什么不可以继续使用？被测电阻阻值是变化的？怎么测量它？相关干扰因素有哪些？对此，教材上则用一句“原理将在以后讨论，在此暂不涉及”带过，笔者认为还可以通过如下设计进行衔接：

课前，让学生上网搜寻或进实验室观察、探究电压表、电流表有无阻值？如果有，该阻值可否忽略？初中学习欧姆定律时电阻两端电压变化范围是多少？能不能从零伏开始测量？

课中，首先给定学生相关实验器材让其设计方案来证明“电流表、电压表的仪表阻值对被测量阻值有无影响”。学生会通过不断地探索，动手体验探索出：电流表外接和内接两种情况下，同一个被测阻值的测量结果不一样，进而根据结果得出仪表阻值影响被测阻值的结论。该设计意在培养学生的证据意识和解释能力。其次，让学生设计方案来证明“在初中阶段欧姆定律实验电路连接方式中，被测电阻两端电压能否从零测起”。学生在用给定电池做电源的情况下，调节滑动变阻器以使电压表示数为零，但始终做不到。此时，教师可以引导学生尝试用教材给定的分压电路进行测试，以实现目标。第三，教师引导学生相互交流分析、评估实验方案的优缺点。该点旨在引导学生进行交流评估。

上述设计，自然而然地使学生明白了为什么要用外接分压的实验设计方案，并为后续学习奠定基础。

因此，在实验探究课上不应轻易告诉学生问题的答案，而应引导学生通过思考和动手去解决问题，这样学生会理解得更加深刻。在以后学习过程中，当再一次遇到相关问题时，也能够根据实验过程中的体验和思考进行有效回答。由于电路问题的复杂性，初、高中物理教师应该注意探究过程中技能培养的衔接，以便于学生的有效学习。

2.4 在角色扮演中认识科学进行衔接——“科学态度与责任”

内在动力与责任感来源于学生自身的体验与理解，设计身临其境的“角色扮演——如果是你，你会怎样”环节进行衔接，往往能够取得良好的教學效果。

角色扮演——科学探究参与者：“你在探究欧姆定律这个实验过程中，遇到了哪些困难？测量一个可变电阻的特性曲线超过你现有的知识储备，你采用了什么方式进行解决？”

角色扮演——节能环保卫士：“在实验过程中，你认为在欧姆定律电路设计过程中哪些地方可以更加省电节能？为此，实验过程应该注意哪些事项？”

……

这一阶段的教学，应该引领学生有意对比初、高中的异同，使学生的理解和认识在比较中得以加深升华。

3 小结

综上，我们在高中物理教学设计过程中，应充分认识初、高中学生在物理学科上的认知水平和实际差异，尊重学生的实际掌握情况，基于现状，有针对性地进行教学设计，则能帮助学生顺利过渡，取得良好的教学效果。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.