教材衔接搭梯，突破知识台阶
时间：2022-09-28 18:50:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
孙洁玉 李秀如
摘要：牛顿运动定律是物理动力学部分的核心内容，是动力学的根基所在。牛顿第一定律又是整个牛顿运动定律的基础，它阐述了运动和力的关系，打破了几千年来人们对两者关系的错误认识，在物理学发展史上具有划时代的意义。牛顿第一定律被誉为物理动力学的第一定律，因此，在初高中物理教学中的地位显得尤其重要。在人教版初高中物理教材“运动与力的关系”这一章节中，第一节内容都是牛顿第一定律，它是动力学教与学的开端。本文从初高中物理教材知识梯度衔接的视角，阐述牛顿第一定律在初高中教学中的知识衔接方面的一点认识，希望能对初高中物理动力学部分的教与学过程中有一点启发和参考。
关键词：牛顿第一定律 初高中物理衔接 理想实验 科学推理 运动和力 惯性
同一个物理知识在初高中物理教材中会重复出现，例如，运动学中的路程、速度，力学中的重力、弹力、摩擦力，动力学中的牛顿运动定律等。由于对于一个物理知识或概念的理解深浅不一，因此，牛顿第一定律这一节在初高中教材中的内容设置编排方面，不仅要注意知识的难易程度，还要兼顾初高中物理学习的连续性，做好章节的知识梯度衔接显得尤其重要。
一、初高中教材中运动与力的章节命名上承启衔接
在初高中动力学部分的教材设置上，人民教育出版社义务教育教科书第八章标题是“运动和力”，人民教育出版社（2019版）通高中物理教材第四章标题是“运动和力的关系”。从章节标题上看，“关系”二字，就可以体现出在初高中的章节命名上，有一种承上启下、递进衔接的层次关系。尤其是初高中教材在本章的第一节都编排的是牛顿第一定律，标题都叫“牛顿第一定律”，这是动力学的开篇第一节，默契的命名也体现了牛顿第一定律的动力学的基础地位不可动摇，更让牛顿运动定律在初高中物理动力学部分的重要性充分展现出来，同时，从初中进入高中的物理学习过程中，学生感觉初高中的知识有承启衔接的特点，更容易接受本章节的内容学习。
二、初高中教材中牛顿第一定律在新课引入上遥相呼应
高中的新教材（2019版）中牛顿第一定律是在考虑到了初中我们已经学习了牛顿第一定律的基本内容的基础上，用“你能说说牛顿第一定律”揭示了物体运动遵循怎样的规律吗？开始新课的引入，把学生从刚刚结束的初中物理学习中引到了即将开始的高中牛顿运动定律的学习中去，给学生一种高中的物理学习与初中物理有着很好的衔接的感觉，小小的一个问题具有一定代入感的问题，把初中到高中的物理学习铺上了垫子，放缓了台阶，有了衔接。
初中物理教材中用“滑板车在沿水平方向运动时，如果我们不再蹬地，它最终就会停下来”这一生活中的常见现象，引出“阻力对物体运动的影响”这一问题。高中教材中也编排了“滑冰运动员如果不用力，他会慢慢停下来，这是否与牛顿运动定律矛盾呢？”这一问题与之呼应。滑板车和滑冰这两个例子的选取，不仅考虑了初高中学生年龄的特点，还让初高中教材中牛顿第一定律的学习有了“软着陆”的条件，让学生接受新知识在心理上有了“缓冲区”，打消学生学习新知识的畏难情绪。上一版高中物理教材中就没有这样的编排，可见，新版高中教材编者们在初高中物理教学的衔接方面下了一番功夫。同时，这也给老师教学提供了一个新课引入的参考案例，有助于老师们的新课教学。
三、初高中教材中牛顿第一定律在内容编排上递进鲜明
人教版义务教育教材中第八章“运动和力”的第一节中，内容编排是：“阻力对运动的影响”“牛顿第一定律”和“惯性”。人教版（2019版）普通高中物理教材中，内容编排也是三部分，分别是：“理想实验的魅力”“牛顿第一定律”和“惯性与质量”。对比初高中教材中本节的内容设置，不难看出内容设置的主要特点是：由浅入深、由现象到本质的知识学习递进关系，兼顾着的认知规律和学习能力。
1.初中教材中直截了当地说：“自古以来，就有很多人认为：……然而，伽利略通过实验分析得出：物体的运动并不需要力来维持，运动的物体之所以会停下来，是因为受到了阻力。”
直接用这两个不同的观点激发出学生的认知冲突和探究欲望，引出演示实验：阻力对物体运动的影响。
如下图所示，让一个小车从同一斜面上滑下，水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板，水平面与斜面平滑连接。仔细观察实验现象。
在教学时，我们用毛巾代替棉布，再加一个玻璃板表面的实验，让学生从中体验对比实验和控制变量的科学方法，并根据实验结果，引导学生设想一下，如果小车运动时不受阻力，它是不是就不会停下来了？
按照初中学生的认知水平，不难得出以下結论：
（1）水平面越光滑，小车滑动的距离越远。说明摩擦力是阻碍物体运动的原因。
（2）如果没有摩擦力的作用，小车将永远运动下去。
（3）力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
高中教材中的这部分内容对应小标题是：“理想实验的魅力”，讲述了伽利略由猜想到实验再到科学推理来一步一步证明自己观点的过程，重在引导学生进入伽利略的科学研究中去，体验伽利略的科学探究历程和科学态度，学习科学家的科学精神和科学方法。本节中的这部分内容的编排上，与上一版本的教材相比，有了更详尽的叙述和旁白注释，让学生在学习的过程中更容易接受由实际实验进行逻辑推理得到理想化实验的结论，并体会在实验过程中抓住事物的本质，进行逻辑推理的思想也是一种研究物理问题的重要方法之一。
“科学推理”的方法：
实验事实：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。
推理1：如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。
推理2：减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度，但是运动的距离更长。
推理3：当斜面最终变为水平面时，小球为了要到达原有高度，将永远运动下去。
实验结论：力不是维持物体运动的原因。
初高中教材中的这两个实验都能在实际实验的事实基础上，经推理得出伽利略的观点。相对来说，初中课本中设计的实验更符合初中阶段的认知特点。绝大多数版本初中物理教科书都采用前者的实验设计方案。
2.初高中对牛顿第一定律的表述有所不同，初中教材中的表述是：“一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。”高中教材中的表述是：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。”
在这两种不同的表述中，初中教材中的表述重在说明力不是维持物体运动状态不变的原因，高中的表述除此之外，还说明了力是改变物体运动状态的原因。初中的学生学习物理主要是直观的、表象的，符合年龄认知特点的。进入高中的学习后，有了初中的初步认知基础，教材中对初中学习的牛顿第一定律进行了一个重要的补充，使初高中教材得到了承启衔接牛顿第一定律表明了保持静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性，从而进一步引出惯性的概念。
3.在初中教材中直接给出惯性的概念，然后通过大量的实例进一步学习惯性这一物理概念，再用生活中的实例介绍它的利用和防止。高中教材中通过“思考与讨论”栏目中提出物体具有抵抗运动状态变化的“能力”（上一版教材中用的“本领”一词），从而通过这个“能力”来认知：物体的质量不同，惯性大小也不同，即质量是惯性大小的唯一量度。
在初中，我们已经学习了质量这一概念，知道质量也是物体的属性。初中教材中列举了大量的生活中的实例，在高中教材中就不去进行大量生活中实例的列举了。初中重在对生活中实例进行表象解释，高中重在问题的内在本质理解，这也体现了初高中教材的衔接之处，让初高中教材的内容编排呈现出递进的形式，让初高中教与学不重复、不重叠、有梯度、有衔接。
四、初高中教材中牛顿第一定律在例题和习题选取上相互补充
初中教材中的“科学世界”栏目中对汽车安全带和安全气囊的作用，从惯性的角度进行了讲解，高中教材“习题与应用”栏目第1题第（3）小题就是关于这方面的习题。初中教材中列举了汽车刹车这一生活中的实例，高中教材中“习题与应用”栏目第3题第（1）（2）小题即是关于汽车刹车和拐弯的问题。在实例选取上看，初高中教材呈现出相互补充的特点，从问题深度上看，初高中教材呈现出由现象到本质的递进。让初高中教材内容具有相互补充、不断深入的明显特点，给学生一种初高中知识衔接的体验，有助于高中物理的学习。
通过对牛顿第一定律初高中教材教与学方面问题的对比研究发现，初中和高中的知识编排应呈现出一个完整的体系，不仅要避免知识编排的重复，更要让教材内容互为补充，合理衔接，让知识呈现出连贯性、递进，由易到难，由浅入深。然而，现在的初高中教材内容编排中，有不少章节出现了知识跨度大的情况，让学生在学习的过程中产生了畏难情绪。初高中一线老师在教学过程中，也是上下为难，甚至出现相互埋怨的现象。出现这样的情况，我们怎么去着手解决呢？我想，除了呼吁初高中教材编写时注意承上启下、相互衔接等，还要初中老师看看高中的教材，高中老师研究一下初中的教材，在教学过程中注意教材中各章节的内容衔接。如果学校或者教研组有条件的情况下，可以利用学校资源和教研資源进行校本课程的开发，进一步完善初高中教学现行教材的有机衔接，提高初高中一线教师的教学实效，帮助初升高学生突破思维台阶，克服畏难情绪，顺利进行高中知识的学习。
参考文献：
[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.
[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.
[3]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）解读[M].北京：高等教育出版社，2020.
[4]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012.
责任编辑：黄大灿
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