初高中物理教學在核心素養培養上的銜接

鄭俊光

(廣東省潮州市潮安區庵埠中學 515638)

核心素養是學生成長為有文化教養的合格公民而必備的品格和關鍵能力.物理學科的核心素養包括物理概念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任.學生在中學階段課堂上學物理.不是讓他成為物理學家，而更應關注的是，學生畢業后，作為一個公民,學過物理和沒學過物理有什么差異，物理能留給他終身受用的東西是什么，這就是中學物理教學需要培養的核心素養.下面通過對初高中物理中常出現的物理量正、負號的剖析、對比及用法的探討，來探究如何處理好初高中物理教學的銜接，提升中學生物理學科的核心素養.

物理觀念是物理概念和規律在頭腦中的提煉和升華.從教材內容看高中很多知識是初中的拓展與延伸，內容的深度和廣度上都存在較高的臺階.初高中物理中出現有正、負號的物理量不少，用法也各不相同，以物理量的正、負號用法為例，在教學中可通過對比，梳理相關知識點，對物理量的正、負號及用法做以下的剖析：

中學物理中的正、負符號，可以表示標量，也可以表示矢量，還可以表示物理量的性質.如果搞不清他們的含意，解題時雖然思路正確，但由于不加區分地亂用正、負號，計算結果經常出錯，應引起重視.

常見物理量的正、負，可分為“性質符號”和“量質符號”，下面分別進行討論.

一、性質符號

表征物質屬性、基本結構的物理量，它帶有的正、負號我們把它叫做性質符號.如：電量的正、負，粒子的正、負等，表明是正電荷還是負電荷.力矩的正、負，表示力產生的力矩是使物體轉動狀態沿逆時針方向變化，還是沿順時針方向變化.正力矩使物體的轉動狀態沿逆時針方向變化，負力矩使物體的轉動狀態沿順時針方向變化.電源的正、負極，表征極性的電勢高、低.電源供電時，電流由正極“流出”，“負極”流入.如果可以充電，電流方向相反.直流電表(電流表、電壓表、萬用表)接線柱的正、負：一般情況下，電流應由正接線柱“流入”,由負接線柱“流出”.二極管的正、負極表示：如果二極管所加電壓正極“高”、負極“低”時，二極管處于“導通”狀態，所加電壓相反，二極管處于“截止”狀態.透鏡焦距的正負：表明是凸透鏡還是凹透鏡，鏡對平行光線會聚或發散情況.像距的正負：表明是實像還是虛像.利用成像公式計算時應帶上符號運算.

二、量質符號

研究物體運動規律時，描述物體狀態，運動過程的物理量所帶的正、負號，我們把它叫量質符號.這些物理量又分為矢量和標量.

1.矢量的正、負號

矢量是有大小和方向的物理量，一般大小由它絕對值的大小表示；方向由它與已知方向的夾角表示.矢量可進行合成與分解運算，實質是一種等效替換，計算運用平行四邊形定則.特殊的矢量：是在一直線上的矢量，此時它們只有兩個方向，可用正、負號表示方向.先在直線上選定一個方向為正方向，凡與此選定正方向相同的矢量為正，反之為負.不在同一直線上的矢量，可以利用“正交分解法”.把它們分解在已選定正方向相互垂直的直角坐標系中，這樣就轉化為兩直線上帶有正、負號的矢量了.帶正、負號的矢量則可進行代數運算，使復雜的問題變得簡單.

利用正、負號表示矢量方向的物理量有：力、位移、速度、加速度、沖量、動量、電場強度、磁感強度等.對這些矢量的正、負號的意義要理解好，稍有疏忽混淆，便產生誤解.如：兩個負加速度a1=-3m/s2和a2=-8m/s2相比較，試問它們哪個負加速度大？錯解：根據有理數大小的比較，兩個負數比較則絕對值小的負數大，-3>-8,所以a1>a2.

分析加速度的正負號不表示代數量.加速度是矢量，它們的正負號表示空間的方向，它們的大小應以其絕對值的大小為依據.所以應是a2>a1.矢量正負除表示方向外，有的還具有增量含意.如：沖量：它的方向由力的方向決定，沖量為正，表示受沖量物體的動量在選定方向上增加；沖量為負，表示物體動量在選定方向上減少.

2.標量的正、負號

只有大小沒有方向的量稱為標量.在物理學中，不少物理量盡管沒有方向，但卻有正負之分，隨物理量的不同，物理意義不同.功是能量變化的量度，功的正負的意義是說明誰對誰做功，正功為外力對物體做功，物體的能量增加，負功為物體對外界做功或物體克服外力做功，物體本身的能量減少.例如：在研究氣體內能變化時，若氣體被壓縮，外界對氣體做功為正，當氣體與外界沒有熱交換時，氣體內能增加；若氣體膨脹，氣體對外界做功，當氣體不能從外界吸收熱量時，氣體內能減少，溫度降低.

圖1

勢能的正負的意義是；比零勢能多還是少.勢能為正，比零多；勢能為負，比零少.其正負無絕對意義，只有相對大小，零勢能的位置是人為選定的，這里的零不等于沒有勢能，它比負勢能還要多.例如：對于物體的重力勢能，其正負表示比參考平面的勢能高低，正號表示位置比參考平面高，勢能比參考平面還多；負表示位置比參考平面低，勢能比參考平面的勢能還少.勢能的大小與參考平面的高低有關，而參考平面是可以任意選取的；在比較物體的重力勢能的大小時，只能選取同一參考平面，重力勢能為正的比零大，零比負的大.如圖1,水平地面上放一張桌子，三個質量相等的物體位于地面、桌面、桌面上方H處.若選取水平地面為參考平面，桌面的重力勢能為正，上方H處的重力勢能也為正，且比桌面的重力勢能大；若選取桌面為參考平面，桌面的重力勢能為零，上方H處的重力勢能也為正，地面的重力勢能為負， 正比負大；若選取桌子上方H處的為參考平面，下方的兩個物體重力勢能均為負.

圖2

電勢正負的意義同電勢能.它反映該點電勢是比零電勢點高還是低.電勢差Uab的正負：反映a、b兩點間的電勢高低，Uab>0時，Ua>Ub，Uab<0時，Ua

分子間由于存在相互的作用力，從而具有的與其相對位置有關的能叫做分子勢能.其變化情況要看分子間作用力.分子間作用力分為斥力和引力.在平衡位置時相對平衡,小于平衡位置時表現為斥力,大于平衡位置時表現為引力.但無論何時,引力與斥力都是同時存在的.是內能的重要組成部分.分子勢能大小隨r的變化關系如圖2所示，選取無窮遠的分子勢能為零，r0處的分子勢能為負，且最小值，r變大或變小其分子勢能都增加，在r0到無窮遠處的分子勢能一直是負的.

溫度的正負是表明比零度高還是低，還應注意是什么溫標.比如日常生產中我們常用攝氏溫度表示物體的溫度，溫度可以為正，也可以為負，例如今天的氣溫為+26℃，又如今年冬天最低氣溫達-35℃.

標量的狀態量值大小與零點選取有關，但兩個狀態間的量值變化情況與零點選取無關.某些物理量的增量的正負，表示是在增加還是減少.如△Ek、△Ep、△E等，這些量為正值，表示增加，負值表示減少，還有在熱力學第一定律表達式△E=Q+W中，熱量Q為正，表示物體吸熱，Q為負則表示物體放熱.

概括起來，取正負的標量大致可分為三類：

(1)正負不參與大小比較，只為說明一定的物理意義的標量.如：功的正負、焦距的正負、電量的正負、力矩的正負等.

(2)正負參與大小比較的標量.如勢能(重力勢能、彈性勢能、電勢能、分子勢能等)、電勢、溫度等.這種物理量的正負號，在運算中一定要保持到底.如電子從電勢為-10 V的A點運動到電勢為+5 V的B點，電場力做的功為多少？將已知數據代入：Wab=qUab=q(Ua-Ub) 得Wab=1.6×10-19×(-10-5)J=2.4×10-18J.

(3)正負只起比較作用的標量.如電勢差、電動勢及某些量的增量，在計算中也不一定都帶上正負號，如只研究電路中某兩點電勢差的大小，而不比較電勢的高低時，可以不帶正負號.

綜上所述，通過對初高中物理中出現的物理量正、負號進行整理、對比，在課堂教學中，逐步介紹，階段總結，達到使學生能掌握知識，提高學科素養的目的.其它初高中物理知識體系中出現的不少內容的銜接，也可以依此類推，使學生能較全面掌握中學物理必須弄清的物理概念及規律，通過中學階段的學習，能準確地用學科語言表述教材或日常生活中出現的物理情景、物理問題以及解決問題的方法，從而提高中學生物理學科的核心素養.

參考文獻：

[1]林崇德. 我國學生核心素養研究報告[DB/OL].https://wenku.baidu.com/view / 75c1af365b8102d276a

20029bd64783e09127dfd.html，2017.

[2]劉慶高.淺談中學物理學科核心素養[J].中學物理教學參考,2016(3).

[3]曹義才.基于核心素養導向的初高中物理銜接教學建議[J].教學與管理,2016(09).