例谈进阶式科学探究助力初高中课程衔接——以《自由落体运动》为例

■徐州市第三十一中学 朱兴国

在中学物理学习的过程中，初高中衔接阶段的学习让许多学生感到困难。初中物理知识侧重生活中常见的物理现象，主要内容为物理的基本概念和规律。高中物理知识内容更具系统性，概念和规律更具严谨性，初高中知识整体呈现螺旋上升的状态。在物理核心素养中包含了物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面，其中学生经过科学探究，可以形成物理观念，建构提升科学思维以及养成正确的科学态度和责任感的基础和方法。同样相似相关的科学探究过程也可以有效衔接起初高中两个学段的知识学习。

下面以“自由落体运动”为例，利用进阶式的思想，具体介绍如何通过相关科学探究过程完成相关初高中衔接课程的教学。

一、初中阶段有关自由落体运动的教学过程

虽然生活中学生对物体下落的情景很熟悉，但还是第一次分析归纳自由落体运动的规律。学生需要将感性认识逐步上升到理性分析，将生活中总结出的经验和方法进行系统归纳并加以推广应用。为此教学分成三个阶段来完成。

第一阶段，学生可以观察纸锥下落，比较大小两个纸锥下落的快慢。以日常生活中常见的现象为观察和研究对象，学生可以轻松进入科学探究的状态，随后分析下落中的差异得到比较快慢的两种方法：第一种，相同时间比路程；第二种，相同路程比时间。引导学生从生活经验中提炼出物理研究方法，积累了使用物理视角解释现象的经验，最后利用第一种相同时间比路程的方法定义速度，明确了常用概念速度的物理含义和数学方法。

第二阶段，学生可以观察直玻璃管中气泡的运动情况，针对具体情景进行观察。学生分组测量通过相同路程所用的时间，获取实验数据，并记录在表格中，然后采用不同的方法分析数据特点。

学生在坐标图中画出气泡运动的s-t图像。最后得出在相等时间内通过的路程相等的结论，继而给出匀速直线运动的名称，建构出相应的物理概念。

第三阶段，观察苹果下落过程照片（每隔相等时间曝光一次）。学生利用比较快慢的方法得出苹果下落速度越来越快，并使用前面课程所得结论，分析研究新的现象，得出变速直线运动的定义。

三个阶段的教学呈现出一种螺旋上升的状态。首先，三次科学探究活动都从实际情景出发，经过一番探究后得出物理概念；其次，三个阶段的探究难度不断提升，由定性观察发展到定量研究，从人眼简单观察到使用工具测量、利用物理图像分析数据；最后，在第2、3阶段的探究中反复使用了第1阶段的探究成果。学生经历这样进阶性的三次科学探究活动后，基本熟悉了探究的步骤，养成了稳定的研究习惯。

二、高中阶段有关自由落体运动的教学设计

第四阶段教学

1.观察苹果下落过程照片（每隔相等时间曝光一次）（情景引入，回忆初中的学习内容。）

教师：苹果下落的过程是一种什么运动？

学生：加速直线运动。

教师：每秒速度增大多少？（进一步研究运动的细节）

2.测量下落时的瞬时速度（根据研究需要，介绍打点计时器的使用方法）

教师：测定下落速度需要确定下落过程中路程和时间的情况，我们需要一种既能记录时间又能标记路程的测量工具。（介绍打点计时器的使用方法）

此时学生学习打点计时器的使用方法，进行分组实验，得到记录自由落体运动点迹的纸带。

教师：有了这些纸带，如何测量瞬时速度？（根据研究需要，介绍瞬时速度的计算方法）

（直接给出瞬时速度计算方法）

此时学生阅读测量瞬时速度的方法，计算出连续几个时刻的瞬时速度。

3.得出速度变化情况

教师：这些瞬时速度有什么变化？

学生：随着时间的增加，速度不断变大。（分析实验数据）

教师：速度每次变大多少？

此时学生计算出速度变化量；教师介绍加速度的概念、公式、单位。（定义新出现的物理量）

4.得出匀加速直线运动的概念

教师：整个过程加速度是否变化？（分析运动过程的特点，定义这种运动的名称）

学生：基本保持不变。

此时教师给出匀加速直线运动的概念。

课程从学生熟悉的情景入手，通过教师的提问引出进一步的探究活动。而此时学生以前掌握的测量工具不能满足现在的探究需要，教师可及时向学生介绍新的测量工具，并应用在新的探究活动中。分组实验中，在分析纸带点迹计算瞬时速度时，学生可能会再次遇到困难，教师这时应再次提供帮助。最后分析所得速度，得到速度的变化量，加速度的概念自然生成。整个探究活动接近尾声，学生脑海中有了加速度的概念，再次观察苹果下落，从自由落体运动为加速度不变的直线运动得到匀加速直线运动的概念。

三、初高中课程间的进阶性联系

纵观初高中衔接课程的教学过程，每一次的教学过程都是前一次课程的延伸和拓展，也同样是后一次课程的铺垫。教师首先针对实际情景提出问题，每一阶段课程所选取的实际情景是逐渐变化的，与前一次既有联系又有不同。在设计实验和进行实验的环节，实验实施的环节不断增多，操作的难度加大，学生的科学探究能力得到了锻炼。在对实验数据的分析论证过程中，也从简单表格记录升级到学习并应用新的数据处理方法，以及绘制并分析物理图像（s-t图和v-t图）。学生在探究活动中的交流、合作也越来越熟练，越来越深入。

四、结语

综上所述，在初高中衔接课程教学设计中，科学探究活动对学生物理学习有着极大的帮助。而进阶式的教学设计思路，可以很好地解决前后课程内容之间的衔接问题，发现前后知识之间的联系，这里的联系不仅有内容上的关联，还有知识呈现形式上的联系。学生在这种具备多重联系的课程中学习时，会自主调动自身的知识储备，提升自身解决问题的能力。进阶式科学探究可以使初中和高中物理课程形成合力，更好地发展学生的核心素养。