方武增

（廣東省惠來慈云實驗中學 廣東 揭陽 515200；廣東省惠來縣華湖中學，廣東 揭陽 515200）

1 “居高臨下”的中學物理教學

我國著名的物理教育學家許國樑教授早在20世紀60年代就對物理教師提出了“居高臨下”的要求.［1］1981年，許國樑先生在江蘇師范學院（現(xiàn)蘇州大學的前身）工作時，曾在他的著作《中學物理教學法》中指出：“中學物理教材教法分析……，選擇中學物理教材的若干章節(jié)和典型問題，居高臨下地進行分析……”［2］文中用了“居高臨下”這個充滿力量的詞.據(jù)《現(xiàn)代漢語詞典》解義：居高臨下，為處在高處，俯視下面，形容處于有利的位置.許國樑先生高屋建瓴，指出對教材教法的分析，需要中學物理教師厚積薄發(fā)，需要扎實的物理學專業(yè)知識、教學方法和教學理論.

那么，在高中物理教學中，如何做到許國樑先生所說的“居高臨下”呢？不同教師會有不同努力的方向，但一定是充分備課，拓展教學資源，豐富教學內(nèi)容，做到“居高”、并結(jié)合學情將物理思想、物理方法通過物理知識滲透給學生，做到“臨下”.下面以將初中教材資源引入作為高中物理教學“情境素材”為例.

中學物理中，初中與高中兩個學段的知識有著許多交叉的地方，但不是簡單地重復，更不是機械式地難度升級.物理知識體系是根據(jù)學生的年齡特點、認知能力的思維能力，并在《義務(wù)教育物理課程標準》（2022 版）及《普通高中物理課程標準》（2017版）的指導下，明確不同的定位，通過對應(yīng)學段的教材將知識以不同的方式呈現(xiàn)給師生.無論是初中物理還是高中物理，都是基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系的學科.《普通高中物理課程標準》（2017版）也明確地指出：高中物理課程在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，幫助學生從物理學的視角認識自然，理解自然，建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景；引導學生經(jīng)歷科學探究過程，體會科學研究方法，養(yǎng)成科學思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力.［3］特別強調(diào)了“在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上”這一點.

2 初中教材資源作為高中物理教學“情境素材”的可行性

與學生交流中發(fā)現(xiàn)，高中學生剛剛開始學習物理的時候，對物理還是很感興趣的.特別當教師所講的內(nèi)容涉及“初中物理情境”或“生活情境”時，學生學習的興致就會很高，前者屬于側(cè)重于“知識儲備”，后者屬于側(cè)重于“生活儲備”，但均屬自己的“體驗經(jīng)歷”，從而有了學習的興趣與信心.但是隨著物理學習的進一步深入，學生的興致就降低了.這與我們教學方式有很大的關(guān)系，沒有太注重學生的興趣與發(fā)展?jié)撃?，卻過于注重考試與刷題.

物理學根植于人類對自然規(guī)律的研究，并在過程中，人類發(fā)展了自身的科學思維及研究方法.高中物理教材中的運動學、動力學、電磁學等來源于“原始情境”的內(nèi)容，對于學生認識科學本質(zhì)、領(lǐng)悟科學方法、形成科學思維具有重要作用，所以高中物理教學，特別是新授課教學，需要“情境素材”.

相比初中物理，高中物理在概念的嚴密性、實驗的復雜性，邏輯思維、數(shù)學運算等方面都上了一個臺階.這就需要將初中教材資源適當引入，以便“對比學習”.比如：“力”，初中的認知要求相對簡單，只關(guān)注其大小，不過多研究力的方向問題，而在高中的認知要求中，引入矢量的概念，考慮其方向性，并用矢量觀念分析問題.

同時，初中物理教材中插圖較為直觀，有利于學生獲取信息.由此可見，將初中教材資源適當引入作為高中物理教學“情境素材”是可行且必要的.

3 初中教材資源作為高中物理教學“情境素材”的踐行

3.1 將初中教材“科學史”作為高中物理新授課“導入”的素材

在高中《物理》選擇性必修1中“單擺”這一節(jié)的教學中，筆者將8年級《物理》中的“伽利略對擺動的研究”，如圖1，作為“科學史”引入.實際上，自從伽利略的時代開始，人們才開始開發(fā)了研究的技巧及尋找和追蹤線索的系統(tǒng)方法，［4］之后才將史料中的原始問題抽象并歸納出：如果細線的長度不可改變，細線的質(zhì)量與小球相比可以忽略，球的直徑與線的長度相比也可以忽略，這樣的裝置就叫作單擺.

圖1 8年級《物理》中的“伽利略對擺動的研究”

用這段科學史素材還有另一個妙處，文中提到：“他發(fā)現(xiàn)，盡管吊燈的擺動幅度越來越小，但每一次振動的時間似乎相等.”這個重要的猜想隱喻周期與振幅無關(guān).再切換到選擇性必修1“單擺”中的實驗，如圖2，引導學生們思考，單擺周期與哪個因素有關(guān)？

圖2 研究運動周期

再用控制變量法進行分類研究（偏角都在5°以內(nèi)）.

(1) 承災體識別。該邊坡地處高速公路路口交匯帶，主要承災體有受路塹邊坡影響土地資源、坡腳道路工程、過往車輛行人。

步驟1：兩單擺的擺球質(zhì)量、振幅相同，擺長不同；

步驟2：兩單擺的擺長、振幅相同，擺球質(zhì)量不同；

步驟3：兩單擺的擺長、擺球質(zhì)量相同，振幅不同.

根據(jù)以上3種情況，比較兩擺的周期，可以得出什么結(jié)論？這樣就比較完整.

3.2 將初中教材“資料卡”作為高中物理新授課“拓展”的素材

在高中《物理》選擇性必修1中的“波的反射、折射和衍射”一節(jié)中提到：“……‘聞其聲而不見其人’的現(xiàn)象.通常的聲波，波長在1.7 cm-17 m之間，跟一般障礙物的尺寸相當，所以聲波能繞過一般的障礙物，使我們能聽到障礙物另一側(cè)的聲音.”而在課后的“練習與應(yīng)用”第1題中，提到“蝙蝠是通過聲波的反射來判斷前方是否有障礙物的.據(jù)此，你認為蝙蝠發(fā)出的聲波頻率應(yīng)該具有怎樣的特征？盡可能用數(shù)量級來描述你的估算.”實際上，8年級《物理》中“聲音的特性”這一節(jié)中提到“人能感受的聲音頻率有一定的范圍.多數(shù)人能夠聽到的頻率范圍大約從20 Hz到20000 Hz…….”另外，還附了“人和一些動物的發(fā)聲和聽覺的頻率范圍”一圖，如圖3，非常直觀，可以將此圖在課堂的PPT中呈現(xiàn)給學生看，圖中標明人的聽覺頻率處于20 Hz-20000 Hz.這個比1.7 cm-17 m 更好記.

圖3 8年級《物理》中的“頻率范圍”

另外，對于課后的“練習與應(yīng)用”中，計算蝙蝠發(fā)出的聲波頻率后，可以讓學生看圖中的蝙蝠“發(fā)聲頻率范圍”“聽覺頻率范圍”，更清楚地了解蝙蝠發(fā)出的聲波頻率應(yīng)該具有的特征.此外，還可以拓展講蝙蝠采用的方法叫做回聲定位，采用這個原理制成的超聲導盲儀可以探測前進道路上的障礙物，以幫助盲人出行.倒車雷達更是在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，如圖4.

圖4 8年級《物理》中的“倒車雷達”

再如，高中講到“電勢差”，當講完節(jié)后的習題，如圖5中的電勢圖，適時加入物理9年級中的“安全用電”中這一節(jié)中的“跨步電壓”，如圖6，而彼時，以初中知識很難較好解釋“跨步電壓”，但現(xiàn)在引入，一是解開初中懸而未解之事，圖中的各個圓弧相當于等勢線，兩腳與地接觸點則相當于兩個電勢點φA、φB，故“跨步”形成電勢差UAB=φBφA（當然，若φA=φB，UAB=0）；二是拓展學習生活安全知識，與高壓輸電線高塔保持一定的距離.

圖5 高中教材中的“電勢差”習題

圖6 9年級《物理》中的“跨步電壓”

3.3 將初中教材“想想議議”作為高中物理習題課“母題”的素材

圖7 電動機簡圖

（A）將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉.

（B）將左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉.

（C）將左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，將右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉.

（D）將左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，將右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉.

此題一出，不少高中物理教師都認為“漆包線”這個材料超過了學生的認知，而且課本也沒有出現(xiàn)，有的教師甚至將此題定為“超綱”的題.但此題的原型正是來源于9 年級的課本第134 頁的“讓線圈轉(zhuǎn)起來”，如圖8，文中已明確指出“左端全部刮掉”及“右端只刮上半周或下半周”“輕推一下，線圈就會不停地轉(zhuǎn)下去”.這些文字表述與上述這一高考題中一選項極為相似.

圖8 9年級《物理》中的“讓線圈轉(zhuǎn)起來”

另外，8年級《物理》中還解釋道：有時線圈之所以不能連續(xù)轉(zhuǎn)動，是因為線圈越過平衡位置之后，受到的力要阻礙它繼續(xù)轉(zhuǎn)動.如若在越過了平衡位置后就停止對線圈供電，由于慣性，線圈就能連續(xù)轉(zhuǎn)下去了.而停止對線圈供電方法就是：采用刮去引線漆皮的辦法來控制電路的通斷，即一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮上半周或下半周，從而保證給線圈適時供電或停電.總體來說，這種設(shè)計是為了讓線圈每轉(zhuǎn)一周，只有半周獲得動力，在另半周線圈里沒有電流通過時，靠慣性轉(zhuǎn)過這半周后，又回到原來的狀態(tài).之后線圈又受到向同方向轉(zhuǎn)動的力，以確保線圈能循環(huán)轉(zhuǎn)動下去.如此引入初中物理課本中這一素材來解釋這一高考題，就恰到好處.

另外，在《物理》必修2中的“生活中的圓周運動”一節(jié)中，汽車過拱橋，如圖9，文中指出：汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小.試分析，當汽車以越來越大的速度通過拱形橋的最高點時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？（會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是0）此時，可以加入8年級物理中的插圖，如圖10，結(jié)合“限速”的標志，進行命題.

圖9 汽車過拱橋

圖10 “限速”的標志

3.4 將初中教材“研究方法”作為高中物理實驗課“科學探究”的素材

物理學是自然科學領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學科，物理學基于觀察與實驗，其中科學探究中的一些“研究方法”會在不同的實驗中出現(xiàn)，如控制變量法、放大法、替代法等.

“面積法”也是常見的實驗方法，如《物理》必修3中“電容器的電容”這一節(jié)中的“用傳感器觀察電容器的放電過程”，如圖11 所示.這一環(huán)節(jié)中，設(shè)計了：（1）在圖中畫一個豎立的狹長矩形它的面積的物理意義是什么？（2）怎樣根據(jù)I-t 圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量？

圖11 用傳感器觀察電容器的放電過程

實際上，這種運用面積方法早已在8年級《物理》“壓強”一節(jié)中出現(xiàn)了，如圖12，利用面積法來研究壓強.文中介紹了要注意的細節(jié)：不滿足一格時，大于半格的算一格，小于半格的不算，再乘以每一小格的面積.這個可以給學生復習一下，并將此方法引入到高中物理教學.

圖12 8年級《物理》中的“壓強”習題

另外，在《物理》選擇性必修3 中“實驗：用油膜法估測油酸分子的大小”這一節(jié)里，如圖13，也出現(xiàn)：在淺盤里盛上水……用注射器向水面上滴1 滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散開，形成一塊油膜，可以清楚地看出它的輪廓.待形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀.如此，根據(jù)畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格，計算輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個.然后，再用正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積就得到油膜的面積S.

圖13 估算油膜的面積

4 初中教材資源作為高中物理教學“情境素材”的困境

1980年，朱正元教授曾指出：“當前中學教育的一個突出問題是把追求升學率作為辦學的唯一 目 的，”［5］但40 年 后 的 今 天，還 是 有 許 多 地 方以“升學率”為目標，以“刷題”為手段，教師的主要精力不是注重研究教材、研究學情、研究如何“居高臨下”地進行物理教學，而是轉(zhuǎn)到搜集各種復習資料或習題集上面去了.“以考代學”壓縮了對原始情境探析的時間.部分教師會問道，“物理教學情境化”太耗時間了.那么我們時間去哪兒了呢？從高一開始，每一周很多科目都有“周練或周測”，在對“高考備3 年”這句話斷章取義后的肆意理解下，將高三的教學管理方式移植到高一和高二，“周練或周測”后還要花1節(jié)課來講評試題，之后便是在“教學進度”的驅(qū)使下，為完成教學任務(wù)拼命“趕課”，甚至提前結(jié)束課程，大量時間搞復習備考等做法.可想而知：過于急功近利的做法顯然無法體現(xiàn)物理學科的本質(zhì)，也與“居高”背道而馳.

當然，也有人會認為初中物理太簡單了，沒必要講.這是一種誤解，將初中教材資源作為高中物理教學“情境素材”，一來，在“初高中物理銜接”中給予學生一個可以緩沖的小臺階，可以小步伐向上攀，培養(yǎng)學生的學習信心；二來，初高中物理本來就屬于一個大體系，知識與方法可相互滲透.

5 “居高臨下”教學是中學物理教師的使命

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，教師備課的手段已呈多樣化，但中學物理教學的發(fā)展，必須是扎實的發(fā)展，樸素真實的發(fā)展，［6］研究物理教學規(guī)律并掌握實質(zhì)，做到“居高臨下”是中學物理教師的使命.而居高是為了更好地臨下.中學物理教師，要綜合運用所學的物理專業(yè)知識和教學理論，熟悉中學物理（初中和高中）兩套教材的結(jié)構(gòu)體系及知識體系，明確各個階段的目的要求，注重初高中的銜接.初中物理教師要研究高中物理教材，才能突出重點、詳略得當——對需要高中物理知識才能解釋的，不必過早地加深加寬，如磁通量、加速度、角速度，但也可根據(jù)學情為之打好基礎(chǔ)，做好鋪墊.另外，高中物理教師也要通曉初中物理教材，方可充分利用學生已有的認知能力和知識儲備，全力突破難點.

這種拓展教學資源的過程，是充分發(fā)揮自己主動精神的創(chuàng)造性過程，需要實事求是、腳踏實地、鍥而不舍的優(yōu)良科學態(tài)度和教育作風，抵制誘惑和防止各種精神污染，而在這一個“繼承”與“升華”的過程也是努力做到許國樑先生所說的“居高臨下”教學的一個過程.