重视概念教学 实现初高中物理教学有效衔接①——以“时间 位移”教学为例

王治国

(江苏省南京市雨花台中学，江苏 南京 210012)

良好的开端是成功的一半。高一是高中学习的起点，也是初高中衔接的重要阶段，做好高一起始阶段的物理教学对学生整个高中阶段的学习起着奠基和引领作用。《普通高中物理课程标准(2017年版)》在课程结构、课程内容、课程实施、课程评价等四个方面对高中物理教学提出了新的要求。新课程理念的变化给高一物理教学带来新的挑战，如何做好初中物理与高中物理的衔接教学？如何在高一的教学中践行新课程理念？笔者以人“时间 位移”教学为例，探讨高中起始阶段物理概念教学的途径。

1 课程标准分析

《普通高中物理课程标准(2017年版)》对“时间 位移”的内容要求为：“理解位移、速度和加速度。通过实验，探究匀变速直线运动的特点，能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动，理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法”。课程标准不仅重视“描述运动的物理量的构建和理解”，而且更加强调物理知识在实践中的应用和科学思维方法的学习。为此，人教版教师教学用书提出了以下教学目标：(1) 知道时刻与时间间隔的含义及在数轴上的表示方法，会在具体的问题中辨析、识别；(2) 理解位置、位移等概念的含义，会在实际问题中正确分析；(3) 了解矢量、标量的含义，理解位移矢量性，会在一维坐标系中表示物体做直线运动的位置、位移等物理量；(4) 理解位移-时间图像的物理意义，能根据图像分析物体在一段时间内的位移；(5) 了解打点计时器的基本结构和工作原理，会使用打点计时器记录物体运动的位移和时间。知道如实记录原始数据的重要性。以上教学目标充分体现了新课标对教学内容基础性和“学以致用”理念的重视。

2 教材结构和内容分析

本章是从运动学的角度对做直线运动的物体进行描述，从教材结构体系来看，知识内容按照以下逻辑顺序展开：描述对象(质点)→描述工具(参考系)→如何描述(位置变化、位移变化率、速度变化率)，这种“从简单到复杂”的安排符合学生的认知规律。由此可知，本章的主要内容是描述质点的位置、位置随时间的变化和速度随时间的变化，要完成这些描述，首先要建立“时刻、时间间隔和位移”等概念，可见，该内容及其思想方法是学习速度和加速度等物理量的基础。

从内容上看，本节课围绕时刻、时间和位置、位移两组核心概念，按时刻和时间间隔→位置和位移→直线运动的位移→位移-时间图像→位移和时间的测量顺序呈现，并渗透关于状态和过程的思考，旨在引导学生领悟“物理量的建立、描述、测量”这一认识思路，这种呈现方式体现了课程内容的基础性，有助于学生运动观念的形成；考虑到时间和位移概念的抽象性，为了降低教学台阶，教材变换了物理量的表征方式，用坐标系和位移-时间图像来表示时刻、时间、位置、位移及物体位置随时间的变化，体现了数学在物理学习中的作用。该节的最后，教材增加了“用打点计时器记录物体的位移和时间”的实验，让学生学习这些物理量的测量方法。在“科学漫步”栏目，通过全球导航卫星系统、特别是北斗导航系统的介绍，既帮助学生将物理知识与科技和社会联系起来，也培养了学生的爱国主义精神。

3 常规教学中存在的问题

3.1 脱离生活实际，淡化概念建构的过程，忽视运动观念的培育

有的教师认为时间和位移概念非常简单，没有深入研究其教学方法，在教学中，概念的呈现简单、直接，没有把这两个概念的教学与生产、生活紧密联系起来，更不注意学生运动观念的培育，而将大量的时间用在习题训练上。由于学生没有获得足够的感性认识，没有亲身经历概念的建构过程，致使部分学生对时间和位移概念理解不到位，只是机械地记忆其定义，无法形成正确的运动观念。

3.2 不重视高中物理起始阶段的衔接教学

高一新生面对着知识内容、学习方法、思维方式、教学要求与教学方式的诸多台阶，特别是新课程对学生能力的要求，学生会产生一些不适应。而部分教师对初中物理知识体系和教学方法又缺乏了解，造成初、高中物理教与学的脱节，甚至有些教师为了提高学生成绩，操之过急，违反学生的认知规律，追求概念理解的“一步到位”，加大课堂教学的知识容量，导致学生负担加重，使部分学生产生厌学情绪。

3.3 忽视概念间的相互联系及概念形成过程的科学思维方法教育

本节课涉及“时刻”“时间”“位置”“位移”“路程”等众多概念，这些概念之间既有区别又有联系，部分教师在物理概念教学的过程中仅仅关注学生物理学习成绩的提升，不注重引导学生参与概念建构的思维加工活动，以自己的思维代替学生的思维，导致学生只会死记硬背、生搬硬套，不能理解这些概念的本质及它们之间的相互联系，无法领会概念建构过程中的物理思想方法，更不会灵活地运用相关知识解决实际问题。

4 初高中物理概念教学的衔接策略

4.1 创设引发认知冲突的情境，促进初、高中物理概念的有序递进

建构主义理论认为，学生并不是空着脑袋走进教室的，而是带着他们以往的学习和生活中已经积累的知识经验参与新知的学习，总是自觉或不自觉地运用前概念去判断、分析、解决问题。高一新生通过初中物理学习和生活中的经验对运动有一定的认识，习惯于用路程描述物体的运动，当他们要构建描述物体位置改变的物理量时会感到迷茫：为什么不能用路程来描述物体位置的改变？为什么要用有向线段来表示物体的位置变化？位移与路程有怎样的不同？要消除学生的迷茫，应加强学情分析，利用学生的前概念与新知识的交互作用，创设有效的问题情境，引发学生的认知冲突，引导学生在分析与思考中，不断调整认知结构，顺利实现位移概念的建构。

笔者在教学中，引导学生根据初中所学的路程逐步展开位移概念的构建。

师：某人从北京到南京，用什么来描述他的位置变化呢？

生：用路程。

师：从北京到南京有许多条路径，路程不一样，可以用它来描述物体的位置变化吗？

生：用从北京到南京的直线距离来表示。

师：北京到南京的直线距离约为886 km，到北京直线距离这么大的地方有多少个？

生：太多了！

师：如何精准地描述从北京到南京的位置变化呢？

生：用从北京到南京的有向线段来描述。

师：根据以上分析，你能感受到位移与路程有什么不同？

在探知学生前概念的基础上，适时、合理地将学生的前概念加以转变，学生在情感上更容易接受位移的方向性，从而有效地实现位移概念的自主建构。

4.2 立足最近发展区，注重教学的循序渐进

从标量到矢量是认识质的飞跃，位移是学生在高中阶段接触的第一个矢量，他们不习惯于这种既有大小又有方向、遵从特殊运算法则物理量的学习，常常忽略位移的方向性，对矢量不同于标量的特点感到奇怪、不好理解。教师要有效地处理好位移矢量性的教学，深入分析学生学习的起点和潜在状态，找准学生的最近发展区，切合学生的认知能力，不追求对矢量认识的一步到位，降低难度、循序渐进、妥善过渡，引导学生逐步建立对位移矢量性的认识，为后面理解速度、速度变化量、加速度打好基础。

笔者在教学中是从以下三个方面展开位移的矢量性教学：

(1) 引导学生通过对位移和路程两个概念的比较，认识用有向线段可以表示末位置相对初位置的变化，让学生体会用位移反映位置变化，不仅要考虑大小还要考虑方向，理解矢量方向的物理意义。

(2) 引导学生通过以下问题，理解一维矢量运算与标量运算的不同之处：① 如图1所示，若汽车沿直线先从O点到A点，再从A点到B点，位移和路程分别等于多少?从O点到B点路程和位移等于多少?位移方向如何?② 若汽车沿直线先从O点到C点，再从C点到B点，位移和路程分别等于多少?从O点到B点路程和位移等于多少?位移方向如何?③ 你能画出上述过程中位移矢量图吗？学生通过思考、讨论，得出结论：一维矢量的运算可转化为代数运算，总位移等于各位移(带有方向符号的)的代数和。

图1

图2

(3) 最后通过以下问题分析，让学生理解二维矢量运算：如图2所示，如果汽车从O点向北运动300 m到A点，然后又向东运动400 m到B点，请在图2中画出汽车先后两次运动的位移和总位移矢量图,根据图形你能总结出矢量和标量的运算有哪些不同吗？这种运用“比较”和“直观图示”的方法，引导学生从一维到二维认识位移矢量运算法则，既考虑到了学生已有的知识水平，也符合学生对矢量知识从简单到复杂的认知特点，学生通过作图，独立思考，既理解了位移的矢量性，感知了矢量与标量遵循不同的运算法则，同时也为后面建构和理解速度、速度变化量、加速度等概念做好了铺垫。

4.3 注重创设真实问题情境，在体验中形成物理观念

物理观念是不可能通过记忆物理知识自发形成的，如果教学过程是“速成”的，物理概念是以“简捷”的方式告知的，学生没有体验必要的建构过程，不可能形成正确、全面、有深度的观念。作为高中物理第一章的起始节，学生学习高中物理需要具备的基本素养很多都是第一次在本节课中出现：第一次深入理解时刻、时间、位置、位移等概念的含义，体验关于状态和过程的思考；第一次接触矢量的有关知识；第一次用打点计时器进行定量的实验……教学中应当慎重处理好这些重要的“第一次”，注重创设真实的情境，强化物理知识与实践情境的关联，丰富学生在概念学习、问题解决过程中的真实体验，让学生从一开始就形成正确的“时空观”“矢量观”“实验观”和“运动观”，扎扎实实地从这些第一次中获得核心素养的提高。

例如，通过创设汽车在长安街上运动和远洋货轮在大海中航行的情境，让学生体会“时间→位移”“时刻→位置”的对应关系，伴随着对时间、空间、参考系认识的深化，使学生逐步形成运动观；通过创设“从北京到南京的行程方案”“汽车在同一直线上和不在同一直线上运动”的情境，让学生在分析、比较物体的位置变化中，构建位移概念，在分析汽车在不同阶段的位移变化情况中探究位移矢量的运算法则，以此来培育学生的矢量观；通过创设“使用打点计时器测小车运动的位移和时间”的实验情境，让学生练习使用打点计时器测量物体运动位移和时间，弄清实验中打出的纸带能记录时间和位移的原理，引导学生形成正确的实验观。

4.4 借助数形结合，强化直观教学

高一学生抽象思维能力较弱，形象思维占主导地位，对知识的理解需要建立在丰富的直观表象之上。当他们第一次比较系统地面对时刻、时间、坐标系、位置、位移等概念时，如果教师不加以适当的引导，很难形成正确的认识。因此，教学中要注意根据学生的思维特点，把这些概念直观化、形象化，帮助学生主动发现和探索问题，深入理解所学习的内容。例如，我们常说：“位置和时刻是对应物理状态的物理量，而时间和位移是对应物理过程的物理量”，教学中教师往往是千言万语，很难讲清，学生在学习过程中也是一知半解。笔者在教学中采用数形结合的方法帮助学生理解，通过引导学生建立时间数轴和位置数轴的方法，帮助学生理解时间、时刻的含义，理解“时刻是一个瞬时值，对应运动过程中一个确定的状态和位置，时间间隔是一个过程量，对应始、末两个状态之间的变化过程”；在学习位移概念时，让学生自己动手画运动图线，理解位移和路程的概念和它们的区别，体会“只要知道质点的原来位置和位移,就可以确定质点的新位置。如果只知道质点原来位置和路程是不能确定质点的新位置”的含义。在学习位移的矢量性时，引导学生在坐标系上找点、画线，体会点、线的物理意义，以此来理解位移矢量运算法则。在学习位移-时间图像时，让学生根据测量数据，在坐标轴上描点、作图，体会坐标、原点、图线截距的物理含义，通过对图像的分析，判断位移和时间之间的关系，体会图像的直观化、明晰化的特点。借助数形结合、直观地构建物理概念的方法，让学生对概念的理解建立在直观感知的基础上，降低了学生学习新知识的难度，对概念的理解更加清晰，既激活了学生的思维，促进了他们的深度学习，又实现了跨学科融合。