初高中物理銜接教學(xué)問題及其對策
——以“閉合電路歐姆定律”教學(xué)為例

楊倩倩 何善亮

（1.南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇 南京 210097；2.南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210097）

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

物理概念是整個物理學(xué)知識體系的基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)的核心與關(guān)鍵，物理概念的教學(xué)效果直接關(guān)系到學(xué)生對于物理知識的認(rèn)知程度和知識網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu).［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(chǔ)且極為重要的概念，學(xué)生正確理解這兩個物理概念是學(xué)習(xí)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(jī)”的例子幫助學(xué)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(xué)生感受電阻具有阻礙電流的性質(zhì)，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(chǎn)生的物理本質(zhì)——自由電荷的定向移動，電流的大小——單位時間內(nèi)通過導(dǎo)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(jìn)一步拓展得到I=neSv.對于電阻，高中則直接由兩個金屬導(dǎo)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(guān)系.

通過分析發(fā)現(xiàn)，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(xué)生建立概念，而高中許多物理概念多以公式的形式呈現(xiàn)，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(xué)生容易忽視物理概念的關(guān)鍵所在，以“電阻”的概念學(xué)習(xí)為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)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(jìn)行創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化，［2］采取圖1所示的教學(xué)流程，類比物質(zhì)的密度的概念，讓學(xué)生深刻理解電阻是導(dǎo)體的固有屬性，與電流與電壓無關(guān).在進(jìn)行電流的概念教學(xué)時借助架橋類比策略，在原來的“水輪機(jī)模型”和電流概念之間增加“自行車鏈條模型”，［3］其中鏈結(jié)類比正電荷、人踩腳踏車類比電源，在學(xué)生利用水輪機(jī)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(xué)流程圖

在學(xué)習(xí)抽象的物理概念時，單一的類比往往達(dá)不到良好的教學(xué)效果，［4］易使得學(xué)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(xué)中的不足，增強了類比的有效性.因此教師在教學(xué)過程當(dāng)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(xué)生建構(gòu)對物理概念的全面理解.

2 通過“比較總結(jié)”解決物理規(guī)律銜接教學(xué)問題

物理規(guī)律教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，它不僅要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)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(guān)系，還要使學(xué)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(xué)中的重要性是毋庸置疑的，是教師教學(xué)的重點，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點.

初中物理通過實驗歸納法探究“通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”并引導(dǎo)學(xué)生在坐標(biāo)系中繪制IU圖像，得出了部分電路的歐姆定律——導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比.由于此定律是由實驗結(jié)果歸納得出，而整個實驗都是對不含源電路進(jìn)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(chǔ)，推導(dǎo)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(nèi)、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(guān)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(xué)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(dǎo)得當(dāng)可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的正遷移，反之，若是學(xué)生形成了錯誤的思維定勢，就容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)的負(fù)遷移.針對這一問題，從公式本身來談，初中教師在教學(xué)過程當(dāng)中需要引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)體的電流I與導(dǎo)體兩端電壓之間的關(guān)系，其中U是條件，R是屬性，I是結(jié)果.［1］高中教師可以對兩個公式及其文字表述的關(guān)鍵詞進(jìn)行比較，“導(dǎo)體兩端的電壓”和“導(dǎo)體的電阻”對應(yīng)“電源的電動勢”和“內(nèi)外電路的電阻之和”，并進(jìn)行歸納總結(jié)，表明不論是部分還是閉合電路的歐姆定律，其實質(zhì)都是表明“電勢差、電阻和電流”3個物理概念之間的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)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(nèi)總結(jié)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(jī)械能守恒定律和動能定理，因此教師在教學(xué)過程中可以對這些相似的規(guī)律進(jìn)行比較總結(jié)，讓學(xué)生明確其間的異同點，了解規(guī)律的來龍去脈.唯此，學(xué)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(xué)問題

培養(yǎng)學(xué)生的物理問題解決是物理教學(xué)的重要目標(biāo)之一，學(xué)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(jīng)典題型，也是初高中歐姆定律的應(yīng)用學(xué)習(xí)中需要突破的難點.為呈現(xiàn)并對比初高中學(xué)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(shù)如何變化？（電源內(nèi)阻的說明：初中階段無需考慮電源內(nèi)阻，高中階段電源內(nèi)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(xué)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(xué)習(xí)了電源內(nèi)阻后，對同樣問題若想得到正確答案，需要經(jīng)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(xué)生有更高的邏輯推理能力，需要經(jīng)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(xué)時，應(yīng)有目的地培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，引導(dǎo)學(xué)生自己分析問題，為學(xué)生的推理架設(shè)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(jié)問題解決的方法，幫助學(xué)生進(jìn)行知識的遷移.以解決動態(tài)電路的相關(guān)問題為例，教師可以先總結(jié)出動態(tài)電路的類型，如：電路元件故障引起的變化、開關(guān)通斷引起的變化以及滑動變阻器引起的變化等.在此基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)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(guān)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(jié)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(xué)生真實地學(xué)習(xí)并對其學(xué)習(xí)進(jìn)行評判，就必須要讓內(nèi)隱的思維外顯，讓不可視的思維過程可見.故教師在教學(xué)中需要把握思維演進(jìn)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(xué)生思維鏈條的斷點，并給出普遍的分析方法助其完善，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)化、外化、活化.

4 借助“數(shù)學(xué)分析”解決物理實驗銜接教學(xué)問題

物理實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，能為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)提供符合認(rèn)知規(guī)律的環(huán)境，［1］幫助學(xué)生建立起準(zhǔn)確、清晰的物理圖景，進(jìn)而突破學(xué)習(xí)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(xué)生的要求和能力培養(yǎng)方向有所區(qū)別和側(cè)重.

初中“伏安法測電阻”的實驗以歐姆定律為原理，旨在促進(jìn)學(xué)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)取平均值的方法減小實驗誤差.由于在初中的學(xué)習(xí)中，電流表和電壓表均視為理想電表，因此對電表的內(nèi)外接法帶來的系統(tǒng)誤差不做討論.而高中學(xué)習(xí)了電壓表和電流表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，對電表內(nèi)外接法帶來的系統(tǒng)誤差進(jìn)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(jié)果更準(zhǔn)確也成為了學(xué)生需要思考學(xué)習(xí)的內(nèi)容.采用內(nèi)接法時，電流表的分壓會導(dǎo)致阻值的測量結(jié)果R測=Rx+RA偏大，故當(dāng)Rx?RA時，更適合選用內(nèi)接法；而采取外接法時，電壓表的分流會導(dǎo)致阻值的測量結(jié)果R測=偏小，故當(dāng)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(shù)變化，選擇示數(shù)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(zhuǎn)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(xué)生對電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)、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(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計算推理能力，得到“大內(nèi)小外”的誤差規(guī)律和電路選擇方式.因此教師在教學(xué)過程中應(yīng)該不斷地為學(xué)生補充數(shù)學(xué)分析的相關(guān)知識和思想方法，例如學(xué)習(xí)內(nèi)外接法的最佳適用情況時，學(xué)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(shù)值開始，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生理解“遠(yuǎn)大于”和“遠(yuǎn)小于”的物理意義.

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

5 小結(jié)

初高中的物理銜接教學(xué)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(xué)過程中才能對癥下藥.初中教師在教學(xué)中重視概念以及規(guī)律的內(nèi)涵和外延，［7］避免學(xué)生形成錯誤的思維定勢，高中教師不忽視學(xué)生的前概念，“快準(zhǔn)狠”地找到新舊知識以及新知識之間的異同點、學(xué)生能力上的薄弱點以及知識的空白點，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)具有階梯性和延續(xù)性，進(jìn)而實現(xiàn)初高中教學(xué)的有機(jī)銜接.