基于“薩奇曼模式”的初高中物理學習銜接研究

余俊文

摘 要：薩奇曼模式的核心思維是：試圖將學生在學校中學習的問題解決與真實生活遇到的問題解決統一起來.這樣就抓住了真正理解高中物理知識的根本點，找到了初高中物理學習的順利銜接的切入點，也就提高了高中物理學習入門的有效性.

關鍵詞：薩奇曼模式；學習銜接；物理概念；精確定量

一、初高中物理學習銜接存在的問題

高中物理相對于初中物理，不論是知識深度、廣度還是學習能力要求都有一個大幅度的提升，定性分析更加注重細節而過程更加清晰，定量運算過程更加復雜而要求更加精確，強調形象思維與邏輯思維的融合，更加突出邏輯思維.由于高一新生通常還停留在初中物理學習狀態，心理上沒有準備好，在高中物理大容量高強度的思考、理解、訓練面前措手不及，甚至跟不上學習進度的例子比比皆是.因此每位高一新生尤其是中下生，做好初高中物理的學習思維上、理解方法上、思維習慣上的銜接，對高中物理學習盡快入門顯得極為迫切.

現行高中物理教科書，將運動學（以前也曾經將光學）的內容放在第一章，作為學習高中物理入門的切入點.盡管專家們都認為這樣編寫教材，這樣處理教法，相對于過去以力的內容放在第一章，對高中物理入門的難度有所減小，但實際情況是，高中物理學習入門的困難程度并沒有因此有明顯改變，初高中物理（內容、要求、思維、方法等）銜接并沒有因此變得順暢.事實說明了解決初高中物理學習銜接、高中物理順利入門問題，并不在于調整教科書中高中物理知識的順序，也不在于刪除高中物理的某部分知識（比如只考其中某些部分內容），而在于學習者是否從學習高中物理第一天就在思想上真正地重視，將形象思維與邏輯思維真正融合起來，做到課堂上所學習的問題解決與真實生活遇到的問題解決有機結合起來，融為一體；還在于學習者理解知識的程度是否到位、是否養成習慣.要找到初高中物理學習銜接的切入點，提高高中物理學習入門的有效性，可以從“薩奇曼探究模式”中得到一些啟發.

二、薩奇曼模式的啟發

所謂薩奇曼模式，即美國教學法專家理查德·薩奇曼教授的探究模式.其核心是，試圖將學生在學校中學習的問題解決與真實生活遇到的問題解決統一起來，讓學生掌握科學家用以組織知識形式形成原理的各種方式，教會學生進行探究的一般程序即掌握探究的技巧.

薩奇曼對探究理解知識點的思考（維）模式，抓住了“真正理解”高中物理知識的根本點，也是初高中物理學習的順利銜接的切入點.課堂上不論是高中物理概念、規律還是物理模型及物理模型組合等知識點的真正理解，都需要思考：①某個知識點是為了解決什么問題（包括在知識的邏輯鏈條上的地位和作用），對應著生活中具體的什么現象中所存在什么問題；②某個知識點的來源是什么，抽象成理論的過程是什么，在生活實踐中找到原型形成對比；③某個知識點的具體條件、具體內容或含義及在所建構的知識體系中的地位；④某個知識點應用到具體問題的注意事項.

知識來自于實踐，在實踐的經驗中理性化，離開實踐中的問題來學習理解知識，會成為無本之木，表現為：弄不清其下存在什么基礎、其本身是什么內容、其上有什么發展，這是初高中物理學習不能順利銜接的占比最高的原因；理性化的知識更接近實際問題的本質，更能指導實踐，高中物理知識探究離開了生活中的實際問題，就失去尋找問題本質的切入點和橋梁.因此，將高中物理知識所涉及的問題解決與真實生活遇到的問題解決有機統一起來進行思考，并將這樣的模式養成習慣，才會產生實質的理解深入的行為，提高高中物理學習入門的有效性.

三、以質點、參考系、位移、時刻四個概念為例

機械運動是高中物理運動學中的第一個概念，是運動學所有知識的起點，即一個物體相對于另一個物體位置的改變.科學上要精確定量描述一個物體的機械運動，需要抓住“物體”“位置”“相對”“改變”“時間”等關鍵詞作為切入點，由“物體”引出質點概念，由“位置”引出坐標系概念，由“改變”引出位移概念，由“隨時間”引出時間、時刻概念.在這些概念基礎上再學習探究“運動的快與慢”，再探究“直線運動勻變速的規律”，一直再往下探究等等.可見質點、參考系、位移、時刻四個概念的學習理解，是解決高中物理“萬事開頭難”之難的關鍵，基于薩奇曼模式和邏輯來學習來理解質點、參考系、位移、時刻等，對學習者尤其是中差生初高中物理學習銜接、對高中物理學習入門就有了一個實實在在的著力點.

（一） 質點

要研究物體機械運動的本質、規律，將其進行理論化（運用數學的工具、函數圖象、函數關系、數學的運算規則來描述），就一定要涉及精確定量地描述某個“物體”及其“位置”等問題.而任何一個實際物體都存在形狀和大小，假如給你一個實際的物體作為研究對象，比如研究汽車兩種起動中的運動情況，總不可能把汽車開到教室里吧；即使把汽車放在公路上，汽車那么大還形狀各異，哪部分代表汽車呢？以汽車的車燈？還是以汽車的排氣口？哪一點也做不到描述的“精確定量”.

首先生活中是這樣描述的，比如：“你們的車堵在哪里啦？南橋上”“鋤頭放在哪里？階沿上”“遙控器在哪里？沙發上”“把手提包放在柜子里鎖好”等等，生活中的這些物體都是有大小和形狀的，但我們在描述這些物體及位置時，并不關心物體的大小和形狀，因為其大小和形狀在我們所描述該物體的多個因素中非常次要，完全無足輕重，完全忽略不計了，都習慣地（無意識）把物體及位置當成了一個點來對待（只是口語中省略了許多而不嚴格強調一個“點”而已）.

其次科學上的描述，在忽略物體的大小和形狀的同時絕對不可忽略物體的質量（這一點與生活中的描述存在差異），嚴格界定從物體抽象成質點，成為“理性化模型”，并描述為“用來代替物體的有質量的點叫質點”.我們不難發現“忽略次要因素，抓住主要因素”的哲學思想，都廣泛地被有意識自覺運用到了科學上和被無意識不自覺運用到了生活中，可見薩奇曼主張將這兩類問題不僅僅是統一起來解決，而且是有機地統一起來解決.

再次，利用薩奇曼的主張，來理解科學上將物體抽象成質點成為“理性化模型”的條件：①當物體的大小遠遠小于它所處于的背景尺度，比如地球的大小相對于地球與太陽間的距離而言，太渺小了，完全可以忽略不計，可以看成質點.生活中的這種例子舉不勝舉，前面所舉的例子中，汽車相對于公路長度、鋤頭相對于階沿、遙控器相對于沙發、手提包相對于柜子等等，其大小都遠遠小于它所處于的背景尺度，生活中也作為一個點來處理的.②當一個物體各個部分的運動情況完全相同，物體上任何一個點就能代表整個物體的運動情況，比如殲擊機在航母跑道上起飛，其每一部分運動的位移、速度、加速度、時間等等完全一致，就可以把物體看成質點來研究.生活中這樣的例子也很多，比如我們回家乘坐的電梯，電梯的每一部分包括每一個乘客，其運動的位移、速度、加速度、時間等等完全一致，也以一個點來代替整個電梯來研究電梯的運動情況.③當一個物體各個部分的運動情況不相同，其中任何一個點就不能代表整個物體的運動情況，比如研究地球的自轉、研究哈雷彗星彗尾的變化、研究汽車轉彎等等，均不可以看成質點.生活中這樣的例子就更多，比如學生常常關心：投擲出的標槍是否頭著地、蹦床上的騰空翻轉動作是否到位、集體韻律操比賽哪位拖了后腿等等，都屬于物體各個部分的運動情況不相同，不能看成質點.

（二）參考系（坐標系）

質點把實際物體抽象成沒有大小、沒有形狀、只有質量的點這樣一個理想模型，解決了便于機械運動理性化的研究對象的問題，但還不能精確定量描述質點的位置及位置改變.那么質點的位置又該如何來描述呢？

首先，生活中是這樣描述的.比如，在農村問路通常得到這樣的回答：“順著這條路往前走，前面有座小橋，過橋右拐順小河往上走有棵麻柳樹，再往前面第一家就到了.”這句話中我們可以解讀出一些信息：問話地、小橋、麻柳樹等屬于參照物，順著這條路、順小河、再往前等屬于方向，無意間用到了參考系來描述人的運動場景.

其次，科學上的描述.物體的運動和靜止是相對的，要描述一個物體的位置和運動情況，要選定某個其他物體作參考，這個被選作參考的物體叫作參照物，也稱為參考系.為了精確定量描述質點的位置及位置變化，從數學上引入坐標系，即在選定參考系的基礎上建立一個坐標系（包括一維坐標、二維坐標、三維坐標、平面極坐標、立體的球坐標軸坐標等等）.

再次，生活中的描述只是對參照物一種朦朧的意識.科學上的描述則是在參照物基礎上利用坐標系（理想化的參考系）精確定量.但二者在描述的思維方法上完全一致，以生活中涉及的參照物來理解科學上利用坐標系（參考系）來精確定量，基于“精確定量”就顯得非常必要.

（三）位移

在理解質點、坐標系（參考系）這兩個概念的基礎上，就需要引入位移概念精確定量描述質點的位置變化了.但是生活中描述物體的位置變化與科學中物體的位置變化，存在較大的差異，假如沒有刻意對生活經驗進行梳理、鑒別、反過來再認識，很容易弄巧成拙，不但不能促進反而干擾對位移概念的理解.

首先，生活中描述位置變化，存在著口頭“簡略的描述”和“詳盡的描述”兩種情況.比如，“今天溜達可能走了兩公里”，這句話中沒有“方向”也沒有具體“路線”，只是模糊的路程概念；又比如，“那輛車只有往后倒兩個磚的位置這輛車才過得去”，這句話中包含有“方向”“直線”“長度”等信息.

其次，科學上用位移來描述，從初位置到末位置的一條有向線段來描述，有向線段的長度表示位移的大小，其方向表示位移的方向.質點沿直線運動，取其正向建立一維坐標系，并確定初末位置坐標x1，x2，即可解出位移大小Δx=x2-x1和正（代表位移方向與所取正向相同）負.質點在平面內、空間內運動的位移也一樣定量精確描述.

再次，介于生活中描述位置變化偏重路程概念，小學初中也一直在應用路程概念，對位移的理解的干擾作用特別大.一方面，物體在長距離長時間內運動，位移與路程的差異很大，要反反復復強化對位移與路程的區別；另一方面，物體在短距離短時間內（尤其在很短很短）的運動，位移概念與路程概念差異就大大縮小，理解起來就非常容易了.實際上位移是為了描述物體在短距離短時間內（即瞬時）的運動而引入的概念，因此在第一次接觸位移概念時非常有必要調整學習的思路：生活中長距離長時間內運動→路程概念→生活中短距離短時間的運動→比如“那輛車只有往后倒兩個磚的位置這輛車才過得去”→包含有“方向”“直線”“長度”等信息→位移概念→位移概念擴展→一維坐標系定量計算大小和方向→擴展到平面坐標系定量計算大小和方向，再反過來與路程的區別來鞏固理解位移概念.

（四）時間與時刻

生活中時間與時刻混為一談，都由“時間”兩個字來描述，但科學上則要嚴格區分.先從圖1中讀出理解形成印象，什么是時間什么是時刻，再從圖2中認真區分哪一個指時間、時間多長、哪一個指時刻，再反過來從圖1中加深對時間與時刻關系的理解，努力克服生活中的時間的影響，再加強題目訓練，效果都很好.

綜上所述，從涉及高中物理的第一個概念起，就將高中物理知識所涉及的問題解決與真實生活遇到的問題解決有機統一起來進行思考，將知識的理解真正到位并養成習慣，才會產生實質的理解深入的行為，提高高中物理學習入門的有效性，實現初高中物理學習的順利銜接.