楊倩倩 何善亮

（1.南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210097；2.南京師范大學教育科學學院，江蘇 南京 210097）

許多初中生在進入高中后，對于物理學科的學習表現出明顯的不適應.浙江和江蘇的新高考改革后的物理選考人數直線下降，除了學生個人的主觀影響因素外，初高中物理銜接教學存在問題是一個重要原因.對于這一問題，已有許多學者進行了研究，但是他們大多聚焦于力學知識.本文以“閉合電路歐姆定律”教學為例，對初高中教學進行對比分析，以期發(fā)現初高中物理銜接教學存在的問題及其對策.

1 利用“架橋類比”突破物理概念銜接教學問題

物理概念是整個物理學知識體系的基礎，也是物理教學的核心與關鍵，物理概念的教學效果直接關系到學生對于物理知識的認知程度和知識網絡的建構.［1］電流和電阻是部分電路或閉合電路歐姆定律（以下均簡稱歐姆定律）中兩個基礎且極為重要的概念，學生正確理解這兩個物理概念是學習歐姆定律的前提.

以“電流”的概念建立為例，蘇科版初中物理教材中并沒有給出電流的具體概念，而是通過類比的手法，用“水輪機”的例子幫助學生去理解電流的作用效果.對于“電阻”的概念，初中利用“改變電路中電流大小”的實驗讓學生感受電阻具有阻礙電流的性質，初步建立起“電阻”的概念，再通過影響電阻大小的探究實驗完善對電阻概念的理解.而高中從電荷的角度全面地建立起了電流的概念，電流產生的物理本質——自由電荷的定向移動，電流的大小——單位時間內通過導體橫截面的電荷量，以及電流的方向——正電荷定向移動的方向，摒棄了初中類比的形象描述，采用公式的形式并在電流的微觀解釋中進一步拓展得到I=neSv.對于電阻，高中則直接由兩個金屬導體的UI圖像和比值定義法給出了電阻的概念，同樣通過探究實驗研究了影響電阻大小的因素，并給出了電阻的決定式并用電阻率ρ補充解釋了電阻與材料以及溫度的關系.

通過分析發(fā)現，初中物理概念多用類比和實驗等可視化和具象化的方式幫助學生建立概念，而高中許多物理概念多以公式的形式呈現，更為抽象化和微觀化.顯然初中建立起的物理概念較感性化，學生容易忽視物理概念的關鍵所在，以“電阻”的概念學習為例，學生在學習了電阻以及部分電路的歐姆定律后，容易陷入“電阻與電壓成正比，與電流成反比”的思維誤區(qū).為了解決這個問題教師可以合理地對教材進行創(chuàng)造性轉化，［2］采取圖1所示的教學流程，類比物質的密度的概念，讓學生深刻理解電阻是導體的固有屬性，與電流與電壓無關.在進行電流的概念教學時借助架橋類比策略，在原來的“水輪機模型”和電流概念之間增加“自行車鏈條模型”，［3］其中鏈結類比正電荷、人踩腳踏車類比電源，在學生利用水輪機建立起對電流的初印象之后，用自行車鏈條補充解釋電流的瞬時性和方向性.

圖1 電阻的教學流程圖

在學習抽象的物理概念時，單一的類比往往達不到良好的教學效果，［4］易使得學生對新概念的理解趨于片面化.而架橋類比彌補了實際單一類比在教學中的不足，增強了類比的有效性.因此教師在教學過程當中需要辨析類比源和靶問題的相似點和區(qū)別點，在源和靶之間建立一系列的中間映射，幫助學生建構對物理概念的全面理解.

2 通過“比較總結”解決物理規(guī)律銜接教學問題

物理規(guī)律教學是物理教學的重要組成部分，它不僅要引導學生認識規(guī)律本身，了解其反映的物理概念之間的聯(lián)系和制約關系，還要使學生了解其研究方法和適用范圍.而歐姆定律在初高中物理規(guī)律教學中的重要性是毋庸置疑的，是教師教學的重點，也是學生學習的難點.

初中物理通過實驗歸納法探究“通過導體的電流與電壓、電阻的關系”并引導學生在坐標系中繪制IU圖像，得出了部分電路的歐姆定律——導體的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比.由于此定律是由實驗結果歸納得出，而整個實驗都是對不含源電路進行分析，因此該定律有其適用的條件.高中物理利用理論分析法，以部分電路的歐姆定律和閉合電路的能量守恒定律為基礎，推導出了閉合電路的歐姆定律——閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的電阻之和成反比.

由上述分析可知，初高中“歐姆定律”的建立方法、適用條件以及與有關物理概念和物理規(guī)律之間的聯(lián)系均存在較大的差別.顯然，高中對學生的推理能力以及知識的融會貫通提出了更高的要求.對于這相似的物理規(guī)律，若是教師引導得當可促進學生學習的正遷移，反之，若是學生形成了錯誤的思維定勢，就容易導致學習的負遷移.針對這一問題，從公式本身來談，初中教師在教學過程當中需要引導學生思考該定律的適用范圍，深入理解公式的物理意義——反映流過導體的電流I與導體兩端電壓之間的關系，其中U是條件，R是屬性，I是結果.［1］高中教師可以對兩個公式及其文字表述的關鍵詞進行比較，“導體兩端的電壓”和“導體的電阻”對應“電源的電動勢”和“內外電路的電阻之和”，并進行歸納總結，表明不論是部分還是閉合電路的歐姆定律，其實質都是表明“電勢差、電阻和電流”3個物理概念之間的關系，促進學生圖式的更新.

物理規(guī)律都是在一定的使用條件和一定范圍內總結出來的，而在物理中有許多相似的物理規(guī)律卻有著截然不同的物理意義和適用條件，例如能量守恒定律、機械能守恒定律和動能定理，因此教師在教學過程中可以對這些相似的規(guī)律進行比較總結，讓學生明確其間的異同點，了解規(guī)律的來龍去脈.唯此，學生才能不混淆物理規(guī)律的用法，真正理解它們的物理意義.

3 利用“思維鏈條”突破物理問題解決銜接教學問題

培養(yǎng)學生的物理問題解決是物理教學的重要目標之一，學生可以通過問題解決鞏固活化并加深拓展物理知識.動態(tài)電路分析是歐姆定律的經典題型，也是初高中歐姆定律的應用學習中需要突破的難點.為呈現并對比初高中學生解題的思維，以下題為例.

例題.如圖2所示的電路中，電流表和電壓表均為理想電表，若滑動變阻器R2滑片左移，電流表和R1兩端電壓示數如何變化？（電源內阻的說明：初中階段無需考慮電源內阻，高中階段電源內阻不可忽略.）

圖2 電路圖

下面用流程圖的形式顯化初高中學生的解題思維過程.對于電壓的變化情況，初中生的主要思維過程如圖3和圖4，對于電流表變化情況的思維過程如圖5.

圖3 初中生對電壓變化的思維過程1

圖4 初中生對電壓變化的思維過程2

圖5 初中生對電流表變化的思維過程

在高中階段學習了電源內阻后，對同樣問題若想得到正確答案，需要經歷的思維過程如圖6和圖7.

圖6 高中生對電壓變化的思維過程

圖7 高中生對電流變化的思維過程

對比可知，高中物理問題相比初中會涉及更多的物理量和物理規(guī)律，要求學生有更高的邏輯推理能力，需要經歷更多的邏輯思維鏈條，這就使高中物理問題解決的難度顯著提高.因此高中教師在教學時，應有目的地培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，引導學生自己分析問題，為學生的推理架設臺階，讓他們真切地感受解題的思維過程.對于同類題目，教師還需總結問題解決的方法，幫助學生進行知識的遷移.以解決動態(tài)電路的相關問題為例，教師可以先總結出動態(tài)電路的類型，如：電路元件故障引起的變化、開關通斷引起的變化以及滑動變阻器引起的變化等.在此基礎上帶領學生總結歸納此類解題的思路，遵循“整體—局部—整體—局部”的分析方法.

（1）整體：分析并簡化電路，明確各元件之間的串并聯(lián)關系.

（2）局部：判斷電路改變引起的直接變化，如支路電阻減小.

（3）整體：選擇合適的公式分析電路改變引起的間接變化，如干路電流增大.

（4）局部：選擇合適的公式分析所求結果.

思維的“鏈條”是指思維的展開邏輯，它起于問題，聚焦推理，顯化過程.［5］要想讓學生真實地學習并對其學習進行評判，就必須要讓內隱的思維外顯，讓不可視的思維過程可見.故教師在教學中需要把握思維演進的軌跡，洞悉思維鏈條的節(jié)點，在不同的時段施以針對性的教育，找出學生思維鏈條的斷點，并給出普遍的分析方法助其完善，讓學生的學習內化、外化、活化.

4 借助“數學分析”解決物理實驗銜接教學問題

物理實驗是物理教學的基礎，能為學生的物理學習提供符合認知規(guī)律的環(huán)境，［1］幫助學生建立起準確、清晰的物理圖景，進而突破學習難點.“伏安法測電阻”是歐姆定律中重要的實驗之一，但在初高中兩個階段，該實驗對學生的要求和能力培養(yǎng)方向有所區(qū)別和側重.

初中“伏安法測電阻”的實驗以歐姆定律為原理，旨在促進學生熟練運用公式，掌握測量未知電阻的一種方法.該實驗采取分壓法利用滑動變阻器測得多組數據，將其分別代入歐姆定律的變形公式計算得到電阻，通過對多組數據取平均值的方法減小實驗誤差.由于在初中的學習中，電流表和電壓表均視為理想電表，因此對電表的內外接法帶來的系統(tǒng)誤差不做討論.而高中學習了電壓表和電流表的內部結構后，對電表內外接法帶來的系統(tǒng)誤差進行了深入的分析，如何減小不可避免的系統(tǒng)誤差，使測量結果更準確也成為了學生需要思考學習的內容.采用內接法時，電流表的分壓會導致阻值的測量結果R測=Rx+RA偏大，故當Rx?RA時，更適合選用內接法；而采取外接法時，電壓表的分流會導致阻值的測量結果R測=偏小，故當Rx?RV時，外接法的系統(tǒng)誤差會更小.而若是待測電阻的估計值未知的情況下，可以采取試觸法如圖8，讓電壓表一端的接線分別與電路的a、b兩處試觸，觀察電壓表和電流表的示數變化，選擇示數變化小的連接方式.

圖8 試觸法局部電路

通過上述分析可知，初中的實驗更加注重實驗操作的規(guī)范性以及公式的熟練運用，而高中階段實驗的重心轉向了實驗電路的系統(tǒng)誤差的分析以及最佳適用條件.對系統(tǒng)誤差的分析不僅需要學生對電表內部結構、串并聯(lián)電路規(guī)律和閉合電路歐姆定律等物理知識和規(guī)律融匯貫通，找出誤差來源，還需要學生具備一定的數學計算推理能力，得到“大內小外”的誤差規(guī)律和電路選擇方式.因此教師在教學過程中應該不斷地為學生補充數學分析的相關知識和思想方法，例如學習內外接法的最佳適用情況時，學生除了需要具備一定的分類討論思想外，還需要具備極限思想，因此教師可以從具體的數值開始，循序漸進地幫助學生理解“遠大于”和“遠小于”的物理意義.

數學和物理是相互聯(lián)系的有機體，在物理教學中借助數學分析手段、滲透數學思想方法有利于提高物理教學效率.［6］因此教師應用跨學科的視角看待教材，深入挖掘教材中隱含的數學思想以及學生需要掌握的數學分析方法，寓數學思想于日常教學中，有意識地應用數學思想方法思考問題、數學分析方法解決問題，潛移默化地為學生在數學和物理的學習之間搭建起互通的橋梁，進而實現能力的螺旋上升.

5 小結

初高中的物理銜接教學是一個有重要意義的課題.只有意識到了其中存在的問題，在日常教學過程中才能對癥下藥.初中教師在教學中重視概念以及規(guī)律的內涵和外延，［7］避免學生形成錯誤的思維定勢，高中教師不忽視學生的前概念，“快準狠”地找到新舊知識以及新知識之間的異同點、學生能力上的薄弱點以及知識的空白點，讓學生的學習具有階梯性和延續(xù)性，進而實現初高中教學的有機銜接.