初高中物理“能量”模塊教學(xué)對(duì)接研究*

董傳博尤佳佳田戰(zhàn)永劉麗軍王 冰尹國(guó)盛

(河南大學(xué) 物理與電子學(xué)院河南 開(kāi)封475004)

河南省教育廳2014年教師教育教改研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2014-JSJYYB-008；河南省科技廳2013年基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：132300410142；開(kāi)封市2014年教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題，課題編號(hào)：2014-JKGHGH-408

通信作者：尹國(guó)盛(1955-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事物理教學(xué)及研究．

摘 要：通過(guò)分析初高中物理“能量”部分知識(shí)點(diǎn)的異同及聯(lián)系，為初、高中物理能量部分知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)對(duì)接研究提供了可行的思路，為提高物理課堂學(xué)習(xí)效率提供了參考.

關(guān)鍵詞：高中物理初中物理能量知識(shí)教學(xué)對(duì)接研究

作者簡(jiǎn)介：董傳博(1987-)，男，碩士研究生，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究．

收稿日期：(2015-05-19)

1前言

物理教材從初中到高中，發(fā)生了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從具體到抽象，從定性到定量，從簡(jiǎn)單邏輯思維到抽象邏輯思維的變化[1].特別是在高中階段，定量計(jì)算的增多，對(duì)于剛升入高中的學(xué)生而言，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)困難.分析《全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(簡(jiǎn)稱(chēng)《高中課標(biāo)》)[2]和《全日制義務(wù)教育初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(簡(jiǎn)稱(chēng)《初中課標(biāo)》)[3]中“能量”部分的知識(shí)，發(fā)現(xiàn)其中初、高中物理“能量”模塊的銜接在“定性”與“定量”方面表現(xiàn)得尤為突出.如能做好這方面知識(shí)點(diǎn)的銜接研究，對(duì)于改善學(xué)生“高中物理難學(xué)”的觀(guān)念將大有裨益.

能量的“定量”計(jì)算往往和做功密不可分，因?yàn)橐粋€(gè)物體之所以具有某種能量在于它能夠?qū)ν庾龉?功和能是中學(xué)物理的一部分重要內(nèi)容，也是解決物理問(wèn)題的常用方法.因此，學(xué)生學(xué)好本模塊知識(shí)對(duì)于解決實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)對(duì)各種考試都顯得十分重要.本文就教學(xué)過(guò)程中學(xué)生對(duì)于機(jī)械能、內(nèi)能、電磁能和新型能源這幾種常見(jiàn)能量的表達(dá)式的認(rèn)識(shí)進(jìn)行對(duì)接研究，一方面可以解決學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)科難學(xué)，教師認(rèn)為物理學(xué)科難教的苦惱，另一方面對(duì)于新課程標(biāo)準(zhǔn)下課堂教學(xué)模式改革的側(cè)重點(diǎn)也起到一定的參考作用.

2初高中物理不同形式能的對(duì)比和銜接分析

2.1初高中物理不同形式能量的對(duì)比

能量存在的形式不同，研讀《高中課標(biāo)》和《初中課標(biāo)》，初中所學(xué)能量的形式主要有3種：機(jī)械能、內(nèi)能和電磁能，另外還學(xué)習(xí)了化學(xué)能、核能和太陽(yáng)能.機(jī)械能包括動(dòng)能和勢(shì)能.動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，重力勢(shì)能是物體由于高度位置具有的能量，彈性勢(shì)能就是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量.內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，以及分子勢(shì)能的總和.初中所學(xué)的電磁能主要指的是電路中的電能[4].

高中所學(xué)能量的形式主要有3種：機(jī)械能、內(nèi)能和電磁能，另外還學(xué)習(xí)了化學(xué)能、核能和太陽(yáng)能[5].從分析看，初、高中物理中學(xué)習(xí)的能量形式基本沒(méi)有變化，高中只是在電磁能部分學(xué)習(xí)了電勢(shì)能、電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能.這3種能是初中沒(méi)有學(xué)習(xí)，高中新增加的內(nèi)容，其中電勢(shì)能是《高中課標(biāo)》要求知道的內(nèi)容，而對(duì)電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能沒(méi)有要求.總之，初、高中所學(xué)能量的形式基本沒(méi)有發(fā)生太大的變化.

2.2初高中物理不同形式能量要求的對(duì)比

高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中與初中相比難易程度有所變化，分析不同形式能量的要求，有利于能量知識(shí)銜接的研究.本文通過(guò)對(duì)比《高中課標(biāo)》和《初中課標(biāo)》對(duì)不同形式的能量要求并加以整理和歸納，如表1.

表1　不同形式能量要求的對(duì)比

從表1可以看出，磁場(chǎng)能在《初中課標(biāo)》和《高中課標(biāo)》中都沒(méi)有要求，所以高中教師在講到磁場(chǎng)能時(shí)對(duì)學(xué)生有關(guān)磁場(chǎng)能的學(xué)習(xí)也不做要求.

分析表1，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于初中物理所學(xué)的不同形式能量的要求大部分都了解和知道，了解和知道都屬于了解水平的行為動(dòng)詞，了解水平所用的行為動(dòng)詞包含：了解、知道、描述、說(shuō)出、舉例說(shuō)明、列舉、表述、識(shí)別、比較、簡(jiǎn)述、對(duì)比，了解水平的含義是再認(rèn)識(shí)或回憶知識(shí)；識(shí)別、辨認(rèn)事實(shí)或證據(jù)；舉出例子；描述對(duì)象的基本特征，按照《初中課標(biāo)》的要求，初中所學(xué)能量部分的知識(shí)只要求定性的分析，不要求定量的計(jì)算，從學(xué)生的認(rèn)知水平來(lái)看，這符合初中學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力.高中物理所學(xué)的不同形式能量的要求大部分是理解，理解屬于理解水平的行為動(dòng)詞，理解水平所用的行為動(dòng)詞包含：闡述、解釋、估計(jì)、計(jì)算、說(shuō)明、判斷、分析、區(qū)分，理解水平的含義是把握內(nèi)在邏輯聯(lián)系；與已有知識(shí)建立聯(lián)系；進(jìn)行解釋、推斷、區(qū)分、擴(kuò)展；提供證據(jù)；收集、整理信息等.按照《高中課標(biāo)》的要求，高中所學(xué)能量部分的知識(shí)，要求水平明顯提升，最明顯的變化就是讓學(xué)生會(huì)分析、會(huì)計(jì)算.從初中到高中學(xué)生的認(rèn)知水平不會(huì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而是處在逐步提升的階段，所以要求水平的提升，使得高中學(xué)生在初步學(xué)習(xí)高中物理的過(guò)程中遇到了重重困難，困難的存在出現(xiàn)了物理難學(xué)的普遍現(xiàn)象，但并非學(xué)生學(xué)不會(huì)物理，只要教師在新課教授的過(guò)程中，找到新舊知識(shí)的銜接點(diǎn)，降低學(xué)生接受知識(shí)的梯度，相信高中學(xué)生能更好地學(xué)習(xí)物理.

2.3初高中物理不同形式能量知識(shí)的銜接研究

能量(簡(jiǎn)稱(chēng)“能”)，初中時(shí)通常是根據(jù)做功來(lái)進(jìn)行定義的，能量的概念比較抽象，而功的概念比較具體，也容易量度.在物理學(xué)中，如果一個(gè)物體能夠?qū)e的物體做功，則這個(gè)物體就具有能量，人們總是通過(guò)做功了解能量的變化，從而認(rèn)識(shí)能量，在初、高中新版教科書(shū)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)這個(gè)思想.高中物理和初中物理對(duì)于新能源的要求是知道、了解、認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生定量計(jì)算的沒(méi)有，本文就對(duì)機(jī)械能、內(nèi)能、電磁能3種形式的能量銜接作重點(diǎn)研究.

2.3.1機(jī)械能知識(shí)的銜接研究

機(jī)械能包含動(dòng)能和勢(shì)能.初中物理教學(xué)大綱的要求僅僅是知道機(jī)械能及動(dòng)能和勢(shì)能的影響因素，且知道動(dòng)能和勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的.而高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是理解、掌握和熟練應(yīng)用重力勢(shì)能、動(dòng)能的表達(dá)式及實(shí)驗(yàn)探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的實(shí)驗(yàn).高中物理教材是通過(guò)重力、彈力及外力做功為基礎(chǔ)引出這3種形式能量的表達(dá)式的.所以，在這部分內(nèi)容的銜接上，一方面要以初中物理中定性總結(jié)出機(jī)械能的影響因素為基礎(chǔ)，另一方面更要以熟練掌握恒力、變力做功為基礎(chǔ).在這部分內(nèi)容中初中物理定性給出了其影響因素，高中物理則通過(guò)功和能的轉(zhuǎn)化關(guān)系定量給出了其表達(dá)式.

2.3.2內(nèi)能知識(shí)的銜接研究

內(nèi)能是一個(gè)比較復(fù)雜的概念，在高中階段，只要懂得：內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)(即熱運(yùn)動(dòng))的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和就可以了，同時(shí)知道，做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式.初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活知道改變內(nèi)能的這兩種方式，高中課程則要求用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)識(shí)溫度和內(nèi)能.高中物理中介紹內(nèi)能是以初中物理分子運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的，此時(shí)學(xué)生也已具備了數(shù)學(xué)上統(tǒng)計(jì)的觀(guān)點(diǎn)，以及高中物理前期所具備的對(duì)于“勢(shì)能”的理解.教師需側(cè)重于將這些內(nèi)容加以匯總和融合就可將微觀(guān)上對(duì)于物體溫度和內(nèi)能的概念進(jìn)行引導(dǎo)和闡述.另外，值得注意并告訴學(xué)生，在物理學(xué)上只用內(nèi)能而不用熱能這個(gè)名詞.

2.3.3電磁能知識(shí)的銜接研究

電勢(shì)能是靜電場(chǎng)中一個(gè)比較抽象的概念，初中物理對(duì)于這部分內(nèi)容不做要求，這就增加了高中物理的教學(xué)難度.初中物理要求學(xué)生認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)，通常的處理方法是將電場(chǎng)與磁場(chǎng)進(jìn)行類(lèi)比理解.結(jié)合功能關(guān)系可知，能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w就具有能量，那么電場(chǎng)可以對(duì)放在其中的電荷做功，則電場(chǎng)就具有能量.這種能量就是電勢(shì)能.

電流也可以對(duì)外做功.這部分內(nèi)容初中物理已經(jīng)講解得比較到位，學(xué)生對(duì)于電功、電功率和焦耳定律等內(nèi)容也比較熟悉.因此，高中物理對(duì)于這一部分不再做強(qiáng)調(diào).

對(duì)于電源的認(rèn)識(shí)需要從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)理解.初中物理認(rèn)為電源就是一個(gè)沒(méi)有內(nèi)阻的恒定電源，而高中物理則引入了電源內(nèi)阻的概念.電源的內(nèi)阻是這一部分學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，其根源在于學(xué)生不了解到底電源內(nèi)部其他形式的能量能否全部對(duì)外做功轉(zhuǎn)化成其他形式的能量.通常，教師結(jié)合初中物理歐姆定律的內(nèi)容，利用實(shí)驗(yàn)展示出“當(dāng)外電路電阻發(fā)生較大變化時(shí)，閉合電路路端電壓會(huì)隨著發(fā)生變化”.這樣就簡(jiǎn)單地證明了電源內(nèi)阻確實(shí)客觀(guān)存在，學(xué)生們才得以深刻掌握這部分知識(shí).

2.4初高中物理新能源部分知識(shí)的銜接研究

初高中物理教材著重介紹了核能和其他形式新能源.初中教材簡(jiǎn)單介紹了這幾種能源中能量轉(zhuǎn)化的途徑，高中物理教材則隨著基本物理知識(shí)學(xué)習(xí)的深入能夠定量表述轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的能量.以核能為例，人教版選修3-5教材在介紹了原子核結(jié)構(gòu)、核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)上定量計(jì)算出每一次核裂變、核聚變過(guò)程中釋放的能量.通過(guò)和反映方程式的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于核能的認(rèn)識(shí)才得以由淺層次的了解深化到反應(yīng)條件、利用效率及對(duì)能源危機(jī)問(wèn)題的解決意義等方面達(dá)到熟悉和掌握的程度.

3總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)比初高中物理教學(xué)大綱對(duì)于能量模塊的要求，尋找初、高中物理關(guān)于機(jī)械能、內(nèi)能、電磁能和新型能源之間的聯(lián)系.通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，高中物理對(duì)于該模塊絕大多數(shù)內(nèi)容的講解在初中物理教材上均有體現(xiàn)，或是可以通過(guò)初中物理內(nèi)容結(jié)合簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)即可進(jìn)行驗(yàn)證.若教師在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中能把握好上述連接點(diǎn)，借助初中物理的方式可激發(fā)學(xué)生們探索事物本質(zhì)原理的興趣，可以深化學(xué)生對(duì)于能量表達(dá)方式的掌握程度，提高高中物理教學(xué)課堂效率.

參 考 文 獻(xiàn)

1中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育初中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2011

2中華人民共和國(guó)教育部.全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2011

3張大昌,彭前程，等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-4.北京：人民教育出版社，2010

4義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)編寫(xiě)組.義務(wù)教育教科書(shū)物理八年級(jí)全一冊(cè).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2012

5余亞芳.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)內(nèi)容廣度和深度的比較研究：[學(xué)位論文].南京：南京師范大學(xué)，2012.5