重视基本概念 实现有效衔接

王治国

摘    要：高一新生总是习惯于用初中物理学习和生活中的经验对运动进行描述，这就要求高中教师加强初高中衔接教学。教师应加强学情分析，利用学生前概念与新知识的交互作用，深入分析其学习的起点和潜在状态，找准最近发展区，从其认知能力出发，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过程、问题解决过程中的真实体验，使其形成正确的“时空观”“矢量观”“实验观”和“运动观”。教师还应根据学生的思维特点，把这些概念直观化、形象化，帮助学生主动去发现和探索问题，深入地理解所学习的内容。

关键词：物理基本概念;初高中物理衔接教学;认知冲突;问题情境;数形结合

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《课程标准》”）在课程结构、课程内容、课程实施、课程评价四个方面对高中物理的教学提出新的要求，其理念的变化给处于高中起始阶段的高一物理教学带来新的挑战。如何做好从初中物理到高中物理的衔接教学？如何在高一起始阶段的教学中践行新课程理念？下面，笔者以人教版普通高中教科书《物理》必修第一册（以下简称“必修一”）第一章第二节《时间   位移》教学为例，探讨核心素养理念下物理概念衔接教学的开展策略。

一、课标分析

《课程标准》对“时间   位移”的要求为：“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。”这表明，《课程标准》不仅重视“描述运动的基本物理量的构建和理解”，更強调物理知识在实践中的应用以及基本思维方法的体验。为此，与必修一配套的人教社新版《教师教学用书》将以前版本中的四个教学目标整合成三个：（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。并在此基础上增加了两条：（1）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和位移;（2）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。

二、教材结构和内容分析

必修一第一章主要是从运动学的角度对做直线运动的物体进行描述，按照如下逻辑顺序展开：描述的对象是什么（质点）→描述的工具是什么（参考系）→如何描述（位置变化、位移变化率、速度变化率）。这种安排符合“从简单到复杂”的认知规律。由此可知，这一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。显然，要完成这些描述，首先要建立“时刻、时间间隔和位移”等概念。也就是说，《时间   位移》的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，这节课围绕着时刻、时间和位置、位移两组核心概念，按照“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”顺序呈现内容，并渗透了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。这种以初中知识为基础呈现物理概念的方式，既接近学生的最近发展区，又体现了教学内容的基础性，有助于学生基本运动观的形成。考虑到时间和位移概念的抽象性，为了降低教学台阶，教材沿用初中课本中用路程—时间图像描述物体运动方法，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。这种运用知识迁移方法来表征物理量的方式，既易让学生接受，又体现了教材重视数学在物理学习中的作用。该节最后设置“练习使用打点计时器”实验，让学生利用初中所学的方法来测量时间和位移，表明教材重视初高中知识的衔接与过渡及对物理量认识的完整性;设置“科学漫步”栏目，介绍全球导航卫星系统，既帮助学生将物理知识与科技和社会联系起来，又培养学生的爱国主义精神。

三、初高中衔接教学实施策略

当前，初高中物理衔接教学中存在如下问题：（1）脱离生活实际，淡化概念形成的过程，忽视基本运动观的培育;（2）不重视高中起始阶段的衔接教学;（3）忽视概念间的相互联系及概念形成过程中的科学思维方法教育。不少教师没有注意到新课程对学生能力的高要求，对初中物理知识体系和教学方法缺乏了解，没有结合生活实际将初中的“长度”“时间”的内涵与高中的“时间”“位移”加以比较认识，更不注意对学生基本运动观的培育，无视学生学习中的存在问题，以自己的思维来代替学生的思维，不注重引导学生参与概念构建的思维加工活动。

因此，笔者认为，要实现初高中衔接教学有序递进，教师就应找准学生的最近发展区，创设“认知冲突”情境，引发学生的认知需求，借助数形结合、强化直观教学等方法，让学生在真实的问题情境中，构建新知，启发思维，丰富体验，培育学生的核心素养。

（一）创设认知冲突情境，促进概念有序递进

建构主义理论认为，学生并不是空着脑袋走进教室的，而是带着他们在以往的学习和生活中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的描述有了一定的认识，习惯于用路程描述物体的运动，在构建描述物体位置改变的物理量时，他们会感到迷茫：“为什么不能用路程来描述物体的位置改变？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？”

笔者认为，要消除学生的迷茫，教师就应加强学情分析，利用学生前概念与新知识的交互作用，创设有效的问题情境，引发学生产生认知冲突，使其在分析与思考中，不断调整自我认知体系，顺利地实现位移概念的构建。

【案例1】位移概念的构建（根据初中所学的路程概念逐步展开构建）

师：某人从北京到南京，用什么来描述他的位置变化呢？

生：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：用从北京到南京的距离来表示。

师：北京到南京直线距离约为886公里，那么，以同样的距离到南京的地方有多少个？

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明显的不同？

生：位移可以准确地描述物体的位置变化，路程只能描述物体运动轨迹的长度。

教师挖掘、发现学生的“前概念”，适时、合理地将其加以转化、提升，更易使学生在情感上接受“位移的方向性”，进而实现认知上的自主迁移。

（二）立足最近发展区，注重教学循序渐进

从标量到矢量是我们认识自然界物理量上的一次质的飞跃。位移是学生在高中阶段接触到的第一个矢量，他们不习惯这种既有大小又有方向且遵从特殊运算法则的物理量学习，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。笔者认为，要有效地处理好位移矢量性的教学，教师应当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，从学生的认知能力出发，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，为后续理解速度、速度变化量、加速度打好基础。

笔者首先引导学生比较位移和路程两个概念，使其认识到用有向线段可以表示末位置相对初位置的变化，体会用位移反映位置变化时，不仅要考虑大小还要考方向，理解矢量方向的现实意义。

【案例2】位移矢量性（理解一维矢量运算与标量运算的不同之处）

师：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？

生：OA段：位移x1=100m，路程s1=100m。AB段：位移x2=50m，路程s2=50m。

师：从O点到B点位移和路程等于多少？位移方向如何？

生：位移x=150 m，方向由O指向A，路程s=150m。

师：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？

生：OC段：位移x3=-100 m，路程s3=100m。CB 段：位移x4=250 m，路程s4=250m。

师：整个过程中的位移和路程等于多少？位移方向如何？

生：整个过程中的位移x=150 m，方向沿x轴正方向，路程s=350m。

师：你能画出上述过程中位移矢量图吗？

生：画出上述过程中的矢量图（图略）。

师：（引导学生得出）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）的代数和。

最后，笔者通过以下问题，让学生理解多维矢量运算。

如果汽车从O 点向北运动300米到 A 点，然后又向东走了400米到B点，请在图（图略）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？

笔者运用“比较”和“直观的图示”等方法，引导学生从一维到多维认识位移矢量运算法则的设计，既考虑到了学生已有的知识水平，又符合学生对矢量知识从简单到复杂的认知规律。学生亲自动手作图，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，又为后续建立和理解速度、速度变化量、加速度等概念作了铺垫。

（三）创设真实问题情境，形成物理观念

物理观念不可能通过记忆物理知识自发形成，如果教学过程是“速成”的，物理概念是以“简捷”的方式告知的，没有必要的构建过程体验，就不可能形成正确、全面而又有深度的观念。《时间   位移》是高中物理的开篇章节，学生学习高中物理需要具备的很多都要在这节课中第一次学习：第一次深入理解时刻、时间、位置、位移等概念的确切含义，体会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;第一次用数学图像描绘物理过程和规律。具体教学中，教师应当做好初高中知识的衔接与过渡，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过程、问题解决过程中的真实体验，从而形成正确的“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基本素养的提高。

笔者如此设计教学：（1）创设“描述汽车在长安街上的位置和运动情况” “描述远洋货轮在大海中的位置和位置改变”等情境，让学生经历“时间→位移”“時刻→位置”对应关系的体验，在对时间、空间、参考系逐步深化认识的过程中，培养运动时空观;（2）创设“从北京到南京的三种行程方案”“汽车在同一直线上和不在同一直线上运动”等情境，让学生在分析、比较物体的位置变化中构建位移概念，在分析汽车不同阶段的位移变化情况中探究位移矢量的运算法则，培养矢量观;（3）创设“使用打点计时器测小车运动的位移和时间”实验情境，让学生学习利用打点计时器测量物体运动位移和时间的方法，弄清实验记录时间和位移的原理，形成正确的实验观;（4）创设“记录小车运动情况”的情境，让学生自主设计表格、记录数据，建立位移—时间图像，形成用图像来描述运动的观念。

（四）借助数形结合，强化直观教学

高一学生抽象思维能力较弱，形象思维占据主导地位，对知识的理解需要建立在丰富的直观表象之上。在第一次比较系统地面对“时刻、时间、坐标系、位置、位移、位移—时间图像”等概念时，如果教师不加以适当的引导，他们是难以形成正确认识的。因此，教师要根据学生的思维特点，把这些概念直观化、形象化，帮助学生主动去发现和探索问题，深入地理解所学习的内容。

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”。但实际教学中，教师往往是用尽千言万语也难以讲清楚这一区别，学生在学的过程中也是一知半解、概念混淆。笔者采用数形结合的方法帮助学生进行理解、构建：（1）引导学生建立时间数轴和位置数轴，理解时间、时刻的含义，理解“时刻是一个瞬时值，对应着运动过程中的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”;（2）在学习“位移”概念时，让学生动手画运动图，理解位移和路程的概念及它们的区别，体会“只要掌握了质点的原有位置和位移，就可以确定质点的新位置。如果只知道质点路程是不能确定质点的新位置”的含义;（3）在学习位移的矢量性时，引导学生在位置数轴和坐标系上画点、线，体会坐标点、图线的物理意义，以及在运动过程中各段位移所形成图形的关系，进而理解位移矢量运算法则;（4）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，细心体会坐标、原点、图线的截距的物理含义，通过对图像的分析，判断“位移”和“时间”之间的关系，体会图像在描述物体运动中的直观化、明晰化的特点。笔者发现，这种借助数形结合直观地构建物理概念的方法，能让学生在直观感知的基础上建立对概念的理解，既降低了学习新知识的难度，使学生对概念的理解更为清晰，又激发了学生的思维，促进了深度学习，还提升了学科间的融合。[□][◢]