高中物理與初中物理“光”模塊的對接研究＊

尤佳佳 王 冰 田戰永 劉麗軍 王孟祿 尹國盛

（河南大學物理與電子學院 河南 開封 475004）

對于剛升入高中的學生而言，大多數會認為高中物理較初中物理難學.究其原因，應在于研究內容上的差異：初中物理教學內容多來自于對直觀、簡單易懂實驗和生活現象規律的淺層次總結；高中物理研究的是更為一般的規律、更深層次的理論、更真實具體的物理現象.研究內容上的差異決定了高中物理教師在實施教學環節的過程中應注重初高中物理在不同知識點上的異同，做好初高中物理知識點的對接研究，建立和已有知識的聯系，找到新課教學的支撐點，從而讓學生在回顧舊知識的基礎上順其自然學到新知識.

本文就如何做好初高中物理光模塊內容的銜接教學展開研究，通過對高中物理中光學模塊如何與初中物理中相應知識對接的問題進行分析和探討，并提出建議.這些問題的研究有利于促進高中物理課程改革的實施，同時為在高中教學的教師和學習的學生提供一定的借鑒.

1 初 高中物理光學部分知識點對比分析

通過分析《全日制義務教育初中物理課程標準（2011年版）》［1］（簡稱《初中課標》）與《全日制普通高中物理課程標準》［2］（簡稱《高中課標》）“光”模塊知識，將所涉及的知識點加以整理和對比，分析結果如表1所示.

表1 初、高中物理中光學知識的異同點

續表

通過對比發現，高中物理光學部分的知識中有接近27% 的知識點在初中有所體現，接近73% 的知識學生不曾接觸或很少接觸，那么教師在講解高中物理的光學新知識時，不能拋棄初中物理的光學知識中這僅有的27%，否則會出現知識脫節的現象.所以從已有知識中挖掘和新知識的內在聯系，找到支撐點，讓高中學生從中找到學習新知識的自信，是本文研究的目的.那么高中物理的光學知識與初中物理的光學知識如何做好對接，讓高中生能夠順其自然地接受新知識呢？下面筆者將針對以上新增知識的各部分對接做出具體分析.

2 初 高中光學部分共同知識點要求和對接研究

初、高中光學部分共同涉及的知識點是幾何光學部分，對這部分知識的學習，初中學生是在初二上學期第四章學習的，高中學生是在高二下學期選修3－4第十三章學習的［3］，有部分學生學習的是選修2－3中的光與光學儀器，但是選修2－3側重從技術應用的角度展示物理學，強調物理學的應用和實踐.考慮到選修3－4 光學部分的知識點大部分涵蓋選修2－3中光學部分的知識點，高中學校在以應試教育大背景下，河南大部分高中目前學習選修3－4中的光學部分的知識，因此，本文涉及高中光學部分的知識與初中光學部分的知識的對接研究，以選修3－4為主.對于幾何光學知識部分，《初中課標》和《高中課標》的要求有所不同，《初中課標》對幾何光學模塊的要求是：認識光的反射現象、折射現象及其特點.掌握光的反射定律、折射定律.對于光的反射和折射這部分知識，初中學生已經學習過光從空氣中射入水中時，入射角大于折射角.《高中課標》對光的折射這一節的要求是：通過實驗，理解光的折射定律，并會測定材料的折射率.

2.1 利用光的折射定律測定材料折射率的對接研究

在這一節的新課學習時，教師可以讓學生回顧初中折射定律的知識，并讓其畫出光路圖，教師引導著學生完成這一步的過程會增添學生對新知識的熟悉感和興趣感，這時教師再通過引導如何定量描述“光從空氣中射入水中入射角和折射角之間的關系”.引入折射率的概念，使學生從本質上掌握折射定律及折射現象產生的原因.隨后，再通過實驗“測定”不同材料的折射率，讓學生對“光疏介質”和“光密介質”有了更加深刻的印象.同時，“測定”這一詞對學生提出了數學知識的要求，《高中課標》中也強調數學知識在物理中的應用，材料的折射率是對知識的應用，教師可以設計小組討論完成這一部分教學.這樣學生就在輕松的環境下理解掌握了折射率的概念和公式，接下來學生就可以利用公式

進行簡單的光路計算.

2.2 光的全反射現象的對接研究

通過“光路的可逆性實驗”（如滬科版初中物理八年級教材63頁“為何又能看見硬幣了”實驗［4］，如圖1所示），學生已經掌握光從水中射向空氣中時，折射角大于入射角.同時，借助上一節“折射定律”內容，學生應該能夠推斷出“若通過調整水面高度及人眼位置，使入射角增大過程中折射角先達到90°.實際上，當理論上滿足折射角沿界面處射出的條件時卻不能在界面處觀察到折射光線（如人教版《高中物理·選修3－4》第十三章中演示實驗“觀察全反射現象”，如圖2所示）.為了解釋這一現象，可通過初中物理教材中光的反射、折射光路圖明確實際光路中在發生折射現象的同時一般還會發生反射.再結合反射、折射光強度的變化情況，就可以很容易引出全反射及臨界角的概念.在此基礎之上教師可以通過展示初中物理“信息的傳遞”一章中光導纖維部分學生熟知的這種信息傳遞方式，結合全反射的原理解釋為何光纖傳輸過程中光的強度不發生減弱，完成《高中課標》對學生“了解光導纖維的工作原理和光纖在生產、生活中的應用，認識光纖技術對經濟社會生活的重大影響”的要求.

圖1 “又看見硬幣了”的演示實驗

圖2 全反射演示實驗

2.3 幾何光學對接研究的小結

高中學生在學習幾何光學這一部分知識時，他們已經在高中學習了一年半之多，已經具備了一定的自學能力和分析問題能力，數學知識也有了一定的積累，也具有了運用簡單數學知識解決物理問題的能力.物理學是以實驗為基礎的一門自然科學，在幾何光學的新課授教過程中，通過實驗讓學生觀察光的反射現象和折射現象，啟發學生發現生活中的物理現象，例如上面分析的“為何又能看見硬幣了”的實驗，上課時讓學生分小組做實驗，可以加深對光的折射和光路可逆知識的理解，從而使得學生也可以自己解釋“池塘的水變淺了”的原因.比起枯燥無味的純理論教學，學生更喜歡通過實驗來學到知識，這樣在已有知識的基礎上通過實驗解釋新現象，一方面降低了知識的難度，另一方面實現了新知識和舊知識的很好對接［5］.

3 高中光學部分新增知識點要求和對接研究

3.1 光的波動性

《初中課標》要求學生知道“光是一種電磁波，知道光的波長、頻率、波速”，這說明，學生在初中時對于光的波動性已有初步概念，只是尚未進行深入理解，且對于波的概念沒有具體認識.高中課程一般將“光”這一章安排在“機械波”之后，在此基礎之上，學生只需認定光是一種波即可理解光的干涉和衍射現象及其規律，即可達到《高中課標》對光部分的要求：

（1）觀察光的干涉現象；

（2）知道產生干涉現象的條件；

（3）會用雙縫干涉實驗測定光的波長.

因此，該部分內容的關鍵在于如何證明光是電磁波.

初中學生對聲波已有一定的認識，高中學生在學習光之前，上一章已經學習了機械波，所以讓學生接受光是一種波也不難.只是，如果讓學生僅從理論上接受光是一種波，學生既被動又難以接受，所以通過實驗，先讓學生在感性上對光是一種波有所認識，再從理論和定量計算上加深，一方面降低知識的難度，另一方面對之前的知識也不脫節.教師可引用物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現象的實驗，以視頻形式切入新課，假設光是一種波，當單色光投射到一個有兩個狹縫S1和S2的擋板上時，狹縫就成了兩個波源，他們的振動情況總是相同，這兩個波源發出的光就會在擋板后面的空間互相疊加，光在一些位置相互加強，在另一些位置相互消弱，因此會在擋板后面的屏上形成明暗相間的條紋，產生干涉現象，這個現象已經展現給了學生，從而讓學生在自我分析的基礎之上得出光是一種波的結論.

知道了光是一種波，對于光的衍射和光的偏振現象學生就容易學習了.

讓學生通過實驗，對現象進行觀察，在自我探索中得出結論，學到知識，既是新課標對學生的要求，也是課改的目的.

3.2 光的粒子性

該部分內容是單獨的一塊，在實際生活中體現得不明顯，初中物理知識也未具體涉及，在高中物理中屬于完全新增的知識點.該部分內容主要需通過實驗現象和實驗驗證光的粒子性入手，如感光照片在不同曝光時間所現實出的清晰程度不同等.通過初步實驗可以驗證光的粒子性，使學生先“認可”這是一種毋庸置疑的事實.在此基礎上，展開《高中課標》關于“根據實驗說明光的波粒二象性，知道光是一種概率波，通過實驗了解光電效應，知道愛因斯坦光電效應方程及意義”的對應教學工作.

4 結束語

初高中物理光模塊的對接關鍵在于幾何光學部分，只要學生對于初中光的反射和折射的掌握達到了《初中課標》的要求，只需教師稍加引導，學生對于高中部分應沒有太大難度.波動光學部分內容在《初中課標》中也已有初步體現，這部分內容依賴于學生對于前期機械波部分的掌握.只要學生了解機械波部分最基本的干涉和衍射現象及其原理，波動光學的難點也就很容易突破.光的粒子性部分雖在初中物理中無體現，但這一部分內容若通過實驗引入，關鍵讓學生認可該部分內容，在認可的基礎上進行掌握，便可輕松掌握粒子光學部分內容.

總之，初高中物理光模塊的對接重在實驗和觀察并注重在教學中的拓展和應用，初中物理是生活化的物理，以實驗和生活現象為依托，高中物理光學部分的教學，更離不開生活和實驗，從實驗入手，讓學生在感性認識的基礎上進行理性思維和邏輯計算.廣大教師和同學們應摒棄對高中物理其他難度較高部分的偏見，從初中物理和實驗的基礎上找準立足點，做好該部分內容的對接可實現《高中課標》中與九年義務教育物理或科學課程相對接的宗旨，進一步提高學生的科學素養，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎.

1 中華人民共和國教育部.全日制義務教育初中物理課程標準.北京：人民教育出版社，2011

2 中華人民共和國教育部.全日制普通高中物理課程標準.北京：人民教育出版社，2011

3 張大昌，彭前程，等.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3－4.北京：人民教育出版社，2012

4 義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.義務教育教科書物理八年級全一冊.上海：上?？茖W技術出版社，2012

5 楊毅，尹國盛，等.大學物理與中學物理在教學內容與教學方法上的銜接.物理通報，2012（4）：31～33