基于物理观念下的初高中光学衔接教学建议

周格格 须萍

摘   要：在核心素养的背景下，为初高中物理更好地衔接，为学生能够终身发展、可持续发展，应注重学生物理观念的形成。从观念产生的重要前提、形成的必要条件及深化的关键步骤三方面，以“光学”为例讨论如何做好初高中衔接教学。

关键词： 物理观念;教学衔接;光学

物理核心素养是物理学科育人价值的集中体现，是三维课程目标的整合和提炼，是学生进一步成长的基础。与初中相比，高中物理不论是在深度上还是广度上都提高许多，在核心素养的背景下，如何做好初高中衔接，帮助学生克服学习困难，不仅是高中物理教师急需解决的问题，也是初中物理教师需要考虑的问题。物理观念作为物理学科核心素养中的首要素养，是重要的科学观念，更是物理教育中重要的目标之一，有助于增进学生对知识的理解，学习方式的转变，更有利于重建教育价值观[ 1 ]，对学生全面发展有着重要意义。本文基于物理观念产生、形成和深化，对初高中光学衔接提出教学建议，以实现有效的教学衔接。

1  观念产生的重要前提：创设真实情境作用学生前概念

物理知识体系是由物理概念、规律和方法构建起来的，学生的物理观念形成需要以相当数量的物理知识为基础。在初中生看来，这些知识是零散的、分离的，就难以对物理知识进行提炼与升华，也难以对物理世界形成完整的认识。因此，物理观念是超出碎片化知识，对学生知识的掌握及能力的发展提出的更高要求，其产生的重要前提是结构化知识的构建，核心概念的形成[ 2 ]。

将初高中物理“光学”分为波动光学和几何光学进行教学内容分析，如图1所示。

从图1可看出，初高中光学知识存在衔接关系，初中详细介绍几何光学知识，对于波动光学却只是在“信息库”中要求了解光速、频率等知识，但高中光学中波动光学是学生面临的普遍难题。为使初高中知识更好地衔接，破除碎片化知识影响学生对光学整体知识的理解，在教学中不能单单着眼于某个知识点的教学，更应帮助学生产生物理观念，如在物质观上，应了解到光具有波动性，其存在形式是多样的;在运动与相互作用观上，应认识相互作用是物质之间的相互作用，是无处不在的;在能量观上，应结合实际生活理解能量转换的意义，如光能量转换成热能等。

为适应初中生现有认知水平，教学内容不建议达到高中水平，在初中物理教学内容的基础上结合学生身心发展特点，可采取创设真实情境经历科学探究和思维加工，打破或加深学生前概念，促生出某个具体观念的知识的教学措施。

案例1. 衔接初高中光学演示实验

以苏教版八年级上册初中物理教材为例，初中生在第三章“光现象”的“信息库”里学习到光也是一种波，初步认识光的波动性。而前面通过建立光线模型，学习“光沿直线传播”知识，与光其实是一种波的形象差别较大，难以进行知识迁移。初中生从学习光的基本现象到初步接触光的本质，是学习光学的第一次大跨步，能否对光的本质理解上一台阶这关系到未来是否能顺利衔接高中光学。因此，用必要的演示实验向学生展示光的波动性对学生未来进一步学习有很大帮助。泊松光斑是典型的验证光的波动性实验，但是在高中阶段才会具体进行学习，对于初中生来说缺乏知识铺垫，所以需要辅助来进行演示才能达到预期效果。

泊松亮斑是由科学家泊松提出的，当用单色光照射在直径恰当的小圆片上时，会在光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，如图2所示。这本是坚持光的微粒说的泊松用来推翻光的波动说，却意外成为光的波动说的有力证据。

在教學中运用已经学习过的手影游戏对学生进行提问，如果将手无限缩小成一个小小的圆，手的影子还会不会是一个圆的影子呢？学生利用已有知识和想象力进行回答，再进行实验，发现光屏上形成的圆盘阴影的中心有一个亮点，阴影的边缘出现明暗相间的光环，让学生寻找光条纹与水波之间的联系与相似之处，进而促进学生理解光的波动性，为高中学习光打下基础，也了解到光存在的形式是多样的。引导初中生对光学知识进行整理，形成知识结构，促进核心概念的形成，打好初高衔接基础。

2  观念形成的必要条件：物理知识的提炼与升华

“物理观念”与“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”是构建物理核心素养的四大要素，它们相互依赖、共同发展[ 3 ]。在相当数量的物理知识基础上，提炼与升华的发生需要依靠学生的主观能动性。可以说，物理观念的产生到形成过程也是学生发展科学探究能力和科学思维能力的过程，并在此基础上，培养科学态度与责任[ 4 ]。通过“课标”对学生探究活动的要求，梳理初高中物理观念的区别，在初中物理探究活动中对知识进行适当提炼与升华，形成物理观念，以便更好地衔接高中学习。

初高中《物理课程标准》对比如表1。

相较于初中以认知性目标行为动词和体验性目标行为动词为主，高中则是技能性目标行为动词与操作性目标行为动词较多，这也说明高中强调对相对整体性知识进行抽象、提炼和升华，强调在运用观念解决问题以及看待自然界过程深化对观念的理解，但初中阶段更多的是关注基础知识掌握情况，物理观念是零散的、没有进行整合的。

从物理观念角度分析，高中部分注重具体知识及其内在逻辑联系，如将质能方程和物质总能量建立联系，提升对惯性质量的理解;物质间的相互作用可以用动量和能量来描述，能量的改变、转换与守恒取决于相互作用;光的运动是物质的运动，光运动的形式决定了能量的存在及形式等等。因此高中光学的探究活动中，无一不体现着物质观、运动观、相互作用观和能量观之间的联系。初中生实现物理观念从产生到形成，也需理清知识间的内在联系，如在运动与相互作用观，认识到物质的运动形式决定了能量的形式，光运动对应光能;相互作用的客观存在决定了物质动能和能量的改变等。

这就需要在初中慎重选择一些物理观念用恰当、生动的方法帮助学生建立结构化知识，即实现物理概念和规律在头脑中进行提炼和升华。

案例2.围绕“折射定律”串联光学知识

在不增加学生认知负荷的基础上，串联初高中“折射定律”知识，有益于培养学生物理观念。教师将激光从空气中沿一个角度射向水和玻璃两种不同介质中，引导学生观察光线偏折角度。假设光传播的方式与其中间界面无关，思考为什么两种介质中的偏折角度不同。在学习过光疏介质和光密介质后，应能判断出由于光速在两种介质中传播速度不同，所以折射角大小不同。教师再提问，光在两种介质中的传播速度和什么有关？学生稍作思考就能明白是和介质本身的光学属性有关。再思考，光在介质中发生折射，光能会发生改变吗？不论是从传播速度角度思考还是根据日常生活经验出发，学生都能进行回答，由此形成物质间的相互作用使得能量发生改变的物理观念。

3  观念深化的关键步骤：运用观念

通过对自然和实验观察得到的物理事实，经过思维加工构建物理知识体系，从理解中对物理概念和规律进行更高层次的提炼与升华，在对自然现象的分析解释以及实际问题的解决中深化物理观念，可视为物理观念养成途径。

需要注意的是，物理观念是规律和概念在头脑中的提炼和升华，主体只能是学生，教师应引导学生在理解中自行提炼和升华，成为连接知识与学生的能动性媒介[ 5 ]。而物理观念的形成不能只是从支离破碎、脱离现实的抽象理论和事实开始，否则会造成学生把观念当作知识来学的后果，教师也应区分物理观念、物理知识，需要厘清物理具体观念在中学课程中的主要内涵[ 6 ]。以此为前提，根据学生认知特点及物理学知识内在逻辑，提出下述教学措施。

3.1  展示物理观念内涵

初中生在进入高中后，常常面临需要通过物理观念解决问题的难题，例如电势能，强调场与带电粒子间的相互作用，其能量来源于相互作用这一能量观，学生没有前期感受的铺垫就难以从物理观念的角度理解。对于物理观念，学生需要先获得感受，再积累一些感受，才有可能将物理知识与物理观念区分，这也是学生进行自我提炼与升华的基础。

在教学中渗透相关的物理观念，给与学生视听觉表象，为学生进行提炼与升华打下基础。例如讲光沿直线传播，体现光的运动轨迹，以及传播过程中的能量形式。通过太阳能电池板等事例，用能量转换和能量守恒定律分析与解释光学现象，对光能的转换与利用作批判性的思考与评价。于是能量来源于物质、运动和相互作用这一能量观在教学中得到暗示，并在学生进入深层次思考时加以明示。

3.2  培养学生“说理”习惯

培养“说理”习惯即对科学论证能力的培养。科学论证是指学生以科学知识为中介，依据收集到的数据资料提出主张和进行推理，反思自己和别人论点的不足以提出反论点，同时反驳他人的质疑和批判为自己辩护的综合思维[ 7 ]。是一种在从“物理学视角”看待问题的能力，而物理观念教育基本途径就是养成从“物理学视角”出发的习惯。

在初中阶段，由于学生身心发展阶段的限制，还不能够对复杂实际问题进行分析做出判断，选择支持观点的物理知识，用演绎推理等方法证明观点和证据的因果链，对他人的观点进行反驳。依据高中“课标”中学业质量水平要求，初中生在毕业时至少达到水平1，能区别观点和证据。为便于教师和学生的理解，在初中阶段将科学论证能力的培养视为“说理”习惯的培养，并在“说理”中要求学生形成提炼与升华的自觉意识，完成从“意识”到“习惯”再到“自觉意识”的过程。例如在学完第三章之后，对波有了一定的认识，自己可以提炼出：光波与声波都是一种运动形式，能够携带能量，是传递能量的一种特定运动形式。

初高中物理知识联系密切，基于初中物理角度，考虑初高中衔接困难，为学生跨越衔接障碍打下基础。在实际教学中要基于学生实际情况，在学生的最近发展区内培养学生物理观念，运用情境刺激前概念方法使学生产生物理概念;接着在学生现有知识的基础上，串联所学知识使物理概念和规律在头脑中进行提炼与升华，形成知识结构化;最后通过展示物理观念及培養“说理”习惯，通过暗示明示的方式以及有意培养科学论证能力进而深化物理观念。通过物理观念的产生、形成于深化有助于学生对完整物理世界的认识，有利于物理学科核心素养的培养，有利于终身学习能力的获得。

参考文献：

[1] 王聿奎. 高中物理观念的涵义、教学价值及培养[J]. 教学与管理，2018（34）：44-46.

[2] 郭玉英. 从三维课程目标到物理核心素养[J].物理教学， 2017， 39（11）：2-4，8.

[3] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[4] 胡卫平. 物理学科核心素养的内涵与表现[J]. 中学物理教学参考， 2017（8）：1-3.

[5] 续佩君. 关于物理观念的思考与教学探讨[J]. 物理通报， 2020（5）：2-5.

[6] 续佩君， 宋诗伟. 中学物理课程中的物理观[J]. 中小学教材教学， 2018（7）：60-65.

[7] 韩葵葵， 胡卫平. 科学实践活动中合作论证教学模式研究[J]. 现代中小学教育， 2017（9）：62-66.