基于初、高中物理共有内容教学衔接的教学设计

摘" 要：本文从初、高中物理共有内容教学有效衔接的角度，在对比分析初、高中物理课程标准，教材及学生情况的基础上，对2019版人教版高中物理必修第一册第三章第3节“牛顿第三定律”进行了教学设计。

关键词：

初、高中衔接；教学设计；牛顿第三定律

1" 引言

以人教版初、高中物理教材为例，速度、摩擦力、牛顿第一定律、牛顿第三定律及欧姆定律等内容均属于初、高中物理共有内容。

然而，高中阶段针对这些内容的教学常常存在两个问题：一是，教师按照教材进行授课时，发现所教授的大部分内容学生均已掌握，这导致学生学习积极性不高；二是，教师将其作为习题课来讲授，结果使学生陷入题海战术，对知识的理解得不到提升。对于初、高中共有知识点，尽管它们在内容上相差不大，但对学生物理学科核心素养发展的要求不同。因此，在高中阶段的教学中，教师应在与初中阶段学习相衔接的基础上，注重学生物理学科核心素养的提升。基于此，本文以2012版人教版物理八年级下册和2019版人教版高中物理必修第一册为样本，对其中与“牛顿第三定律”相关的部分内容进行比较分析，深入探讨初、高中共有内容的教学设计。

2" 初、高中物理课程标准要求的衔接分析

为了明确在不同学段设置相同内容的教学目标，即确定学生应达到的水平及所需培养的素养，教师在备课时应对初、高中物理课程标准，从内容要求、水平要求、活动建议、教学提示等多方面进行对比分析。以“牛顿第三定律”为例，《义务教育物理课程标准（2022年版）》对该部分内容的要求是：“通过实验，认识力的作用是相互的。”［1］而《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中对牛顿第三定律的内容要求是：“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。”［2］

通过对比可以发现，从初中到高中，课程标准对学生的要求是循序渐进的。初中阶段要求学生认识到力的作用是相互的，而高中阶段要求学生“理解并能运用”。因此，在高中阶段的教学中，教师在教学设计时，要明确“理解并能运用”的水平要求，以及使学生达到用所学知识解决问题的教学目标。

3" 初、高中教材中教学内容的衔接分析

初、高中共有内容在教材中呈现的内容及方式有所不同。对比分析初、高中教材，不仅有利于教师明确学生的学习内容，确定教学重点及难点内容，还有利于教师明确在不同学段中该部分知识在整个大单元中的地位。以“牛顿第三定律”为例，初、高中教材差异比较如表1所示。

表1" 初、高中教材“牛顿第三定律”差异比较

差异类别2012版人教版物理八年级下册2019版人教版高中物理必修第一册

所处的章节第七章第1节第三章第3节

材料内容选择靠得较近的放有磁体的小车的运动、小孩穿旱冰鞋推墙掰手腕、手拉弹簧、地球和人造卫星受力示意图、划龙舟、汽车受驱动力的示意图、用力传感器互拉

语言表达一个物体对另一个物体施力时，另一个物体也同时对它施加力的作用。也就是说，物体间力的作用是相互的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上

首先，在章节安排方面，2019版人教版高中物理必修第一册将“牛顿第三定律”这一节放在第三章“相互作用——力”中，和重力、弹力、摩擦力内容并列，为学生初步掌握分析物体受力的方法提供帮助，为解答共点力平衡问题的受力分析奠定知识基础。这有助于学生学习和应用牛顿第三定律，促使学生逐步形成运动与相互作用观念。［3］

其次，在材料选择及内容组织方面，初中教材所选用的两个例子均是学生可以亲自体验的，且这两个例子处于“想想做做”栏目中。由此可见，初中阶段的教学更注重学生的亲身体验。但是初中教材中并没有液体间及气体间相互作用的例子，在初中阶段学生也很少接触到这类内容。因此，在高中教学进行引课时，教师可以举一些学生没有见过的例子，以引发学生的学习兴趣，避免学生因为内容已学过而产生重复学习的感觉。高中教材中通过弹簧测力计探究相互作用力的关系，并且在探究结束后提出问题：“弹力满足这个关系，那摩擦力是否也满足上面的关系呢？”由此可见，高中阶段的教学强调不同类型的力是否满足牛顿第三定律。另外，高中教材中还对不相互接触的力是否满足牛顿第三定律提出疑问。由此可见，高中阶段的教学还要强调牛顿第三定律的适用范围。高中教材中此节还有“物体受力的初步分析”部分，且此节配置的课后习题大都旨在考查受力分析。由此可见，这节课的重点是让学生学会从相互作用力的角度进行受力分析。

最后，在牛顿第三定律的表述方面，初中教材中用到了“同时”一词，体现了相互作用力的同时性。虽然初中教材中没有直接给出“相互作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上”的内容，但是在初中阶段教学过程中，由于相关练习题及中考题会考查这一知识点，教师一般都会在课堂上对此内容进行讲解。然而，初中阶段教学并没有涉及作用力和反作用力的性质。因此，在高中阶段授课时，教师要强调这一点。

4" 初、高中学生情况的衔接分析

美国著名教育心理学家戴维·保罗·奥苏贝尔（David Pawl Ausubel）曾经说过，影响学习的最重要因素是学生已经知道了什么，我们应当根据学生的原有知识状况进行教学。因此，教师在高中阶段进行共有内容教学时，要从以下三个方面分析学生情况。

一是学生已有的知识情况。以“牛顿第三定律”为例，根据上述

教材内容分析，虽然初中教材中只涉及了“力的作用是相互的”这一知识点。但以近几年长春市中考题为例，我们发现，中考题中对该部分知识的考查不仅涉及“力的作用是相互的”这一知识点，还涉及相互作用力的关系。另外，我们查看初中物理教材配备的练习册，发现其中关于该部分的习题还包括相互作用力的关系和相互作用力与平衡力的区分。这在一定程度上反映出，学生在高中阶段学习牛顿第三定律之前，已对相互作用力的关系这部分内容有所了解。但是已有研究表明，学生对于该部分内容仍存在一些迷思概念。例如，认为一个作用力可以没有对应的反作用力；认为作用力与反作用力可以不相等；认为作用力与反作用力作用在同一个物体上；认为相互作用力的性质可以不同等等。这些迷思概念的突破可以作为学生牛顿第三定律学习的起点及重点。［4］

二是学生的思维水平。在初中阶段学生的思维发展处于从具体形象思维向抽象思维过渡的阶段，而在高中阶段开始进入抽象逻辑思维阶段。初中物理的学习偏向依托丰富具体的形象思维，定性了解物理的基本概念、基本规律以及进行简单计算等；而高中物理的学习更注重以理解物理概念和规律为前提进行抽象思维的训练。因此，在高中阶段，教师要根据学生的思维水平进行教学。以“牛顿第三定律”为例，高中阶段教师应注重对学生进行以理解牛顿第三定律为前提的抽象思维训练，加强对学生实验探究能力的培养。

三是学生的学习方式。初中物理学习主要以记忆为主，再加上“题海”战术，使得学生将主要精力放在解题上，从而导致他们对物理概念和规律的本质理解不透彻，没有形成系统的物理知识体系。而高中物理学习更强调学生对物理情境的理解，以及物理规律形成过程的把握。以“牛顿第三定律”为例，虽然学生在初中阶段做了大量的习题，在看到题目时会自然地回答“力的作用是相互的”，但是他们对于牛顿第三定律在力学中的地位，以及牛顿三大定律之间的关系并不清楚。因此，解决这些问题应是高中阶段牛顿第三定律教学的重要内容。

5" 基于初、高中衔接的教学设计

5.1" 教学目标

基于上述对课程标准、教材以及学生情况的分析，为了更好地衔接高中教学与初中教学，教师在高中阶段“牛顿第三定律”的教学中应该着重解决以下四个问题：一是牛顿第三定律的适用范围；二是与牛顿第三定律相关的物理学史；三是牛顿第三定律与牛顿第一、第二定律的关系；四是利用牛顿第三定律进行初步的受力分析。

核心素养更多是靠学生自己领悟，而非教师教授。教师教的知识、技能或能力是学习的阶段性目标，是通向素养培育的手段，而非最终目的本身。因此，仅通过“牛顿第三定律”一节课很难达成培养学生运动与相互作用观念的目标。但是，在学生已知“力的作用是相互的”基础上，牛顿第三定律的学习可进一步加深他们对此的理解，为形成运动与相互作用观念打下基础。因此，本节课的教学目标设计如下。

物理观念：通过大量实例学习，学生明确作用力和反作用力在生活中普遍存在这一事实，为进一步形成相互作用观念打下基础。学生能够从相互作用的视角解释、解决生活中的问题。

科学思维：在熟悉的问题情景中，学生能够利用牛顿第三定律进行受力分析并将其转化为物理模型。在作用力和反作用力关系的探究过程中，学生能够用恰当的证据表达自己的观点。

科学探究：通过设计实验探究作用力与反作用力的性质，学生能够提高自身的实验能力以及解决问题的能力。在小组合作探究相互作用力关系的实验中，学生能够提高自身的合作、交流能力。

科学态度和责任：在实验过程中，学生应积极探索物理规律，找出物理现象背后的物理规律等。如遇到问题，学生要找出实验失败的原因以及对应的解决措施，再付诸实施，培养严谨认真、实事求是、持之以恒的学习态度。

5.2" 教学过程

5.2.1" 环节一：创设情境，引出作用力和反作用力概念

教师可以根据实际情况，亲自制作或者指导学生制作与表2中类似的小制作。通过让学生亲身体验，引导学生分析实验现象及其中的物理原理，进而引出作用力和反作用力的概念。

5.2.2" 环节二：探究作用力和反作用力的关系

在学生明确作用力和反作用力概念之后，教师紧接着提出问题：“作用力和反作用力有什么样的关系？”学生经过初中阶段的学习

，对“物体间的相互作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上”这一知识点

已经很熟悉。教师在学生回答之后，接着提问：“怎么证明相互作用力大小是相等的呢？如何证明其在同一条直线上呢？”并让学生举出例子来进行证明。教师引导学生一起分析所举的例子，同时注意引导学生分析力的性质。根据学生所举例子的具体情况，教师可以考虑是否设置“弹簧测力计互拉”的探究实验。如果学生所举的例子均能很好地证明相互作用力的关系，就不用进行探究活动；反之，教师则可安排学生分组进行探究。

在学生进行探究的过程中，教师向学生提问：“如果物体处于运动状态，两物体间的相互作用力是什么关系？”此时，学生如果用弹簧测力计进行实验，由于弹簧测力计处于运动状态，学生很难及时记下弹簧测力计示数的变化情况进行比较。为了解决这个问题，教师可以向学生介绍力传感器，并引导学生用力传感器进行实验。通过力传感器得到的图像，学生可以清晰地看到，相互作用力时刻大小相等。在物体运动过程中，相互作用力也满足大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的规律。最后，教师引导学生总结相互作用力间的关系。

5.2.3" 环节三：牛顿第三定律相关知识讲解

教师向学生点明“两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上”，这就是牛顿第三定律。由于学生在初中阶段学习过牛顿第一定律，而且已经了解与牛顿第一定律有关的物理学史，因此，教师在本节课可以适当加入一些与牛顿第三定律有关的物理学史，以使学生的学习内容结构化、系统化。牛顿在惠更斯、笛卡尔等人在碰撞问题的研究中所得到的动量守恒定律的基础上，得到牛顿第三定律。牛顿第三定律和牛顿第一、第二定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。

教师引导学生明确任何物理规律一定有其适用范围，牛顿第三定律的适用范围是宏观相互作用的物体，同时引导学生应用牛顿第三定律对磁体间的相互作用进行解释。虽然按照2019年人教版高中物理教材的顺序，学生在学习牛顿第三定律时，还没有学习牛顿第一、第二定律，但是学生在初中阶段已经学习过牛顿第一定律，很容易猜想存在牛顿第二定律。因此，教师在教学时可以简要提及牛顿三大定律之间的关系。具体来说，牛顿第一定律定义了惯性参考系，相当于给出了牛顿运动定律适用的范围；牛顿第二定律研究的是单个物体的运动；而牛顿第三定律将研究对象扩展到两个物体之间，研究两个物体间的相互作用。牛顿第三定律为解决质点组动力学问题奠定了基础。

5.2.4" 环节四：初步受力分析的学习

受力分析是力学的重点内容之一，也是物理学中最常见的解决问题的方法之一。学生经过初中阶段较为简单的受力分析以及前几节常见的力的学习后，已经能对单个物体进行受力分析。然而，本节课所学习的受力分析涉及两个物体。因此，教师一定要引导学生学习正确的受力分析步骤，即明确研究对象—隔离物体分析—画出受力示意图—检查分析结果。

教师引导学生根据力的性质确定分析力的顺序。力是物体间的相互作用，根据牛顿第三定律，任何力都存在施力物体和受力物体。因此，在进行受力分析时，学生一定要明确谁是受力物体。根据这一点，可以检验是否存在少分析了某个力或者增加了一些不存在的力的情况。

在受力分析的基础上，教师引导学生对一对相互作用力和一对平衡力的异同点进行对比总结，同时向学生渗透“相互作用力是必然现象，而平衡力是偶然现象”的观点。

6" 结语

为了更好地解决初、高中共有内容在高中阶段容易出现的教学重复问题，教师应增强对初、高中物理课程标准及教材的整体化研究，打通初、高中教学的壁垒。教师应基于学生已有的知识基础，明确教学目标，优化教学设计。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：15.

［2］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）［M］.北京：人民教育出版社，2020：13.

［3］陈向红．基于教材逻辑解读人教版物理新教材的改编——以“牛顿第三定律”为例［J］．物理通报，2022（5）：40-45．

［4］张春斌，周少娜，王妍琳，等．关于“牛顿第三定律”迷思概念的调查研究［J］．中学物理教学参考，2014，43（9）：49-51．