例談進(jìn)階式科學(xué)探究助力初高中課程銜接
——以《自由落體運(yùn)動(dòng)》為例

■徐州市第三十一中學(xué) 朱興國(guó)

在中學(xué)物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中，初高中銜接階段的學(xué)習(xí)讓許多學(xué)生感到困難。初中物理知識(shí)側(cè)重生活中常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，主要內(nèi)容為物理的基本概念和規(guī)律。高中物理知識(shí)內(nèi)容更具系統(tǒng)性，概念和規(guī)律更具嚴(yán)謹(jǐn)性，初高中知識(shí)整體呈現(xiàn)螺旋上升的狀態(tài)。在物理核心素養(yǎng)中包含了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面，其中學(xué)生經(jīng)過(guò)科學(xué)探究，可以形成物理觀念，建構(gòu)提升科學(xué)思維以及養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的基礎(chǔ)和方法。同樣相似相關(guān)的科學(xué)探究過(guò)程也可以有效銜接起初高中兩個(gè)學(xué)段的知識(shí)學(xué)習(xí)。

下面以“自由落體運(yùn)動(dòng)”為例，利用進(jìn)階式的思想，具體介紹如何通過(guò)相關(guān)科學(xué)探究過(guò)程完成相關(guān)初高中銜接課程的教學(xué)。

一、初中階段有關(guān)自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)過(guò)程

雖然生活中學(xué)生對(duì)物體下落的情景很熟悉，但還是第一次分析歸納自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。學(xué)生需要將感性認(rèn)識(shí)逐步上升到理性分析，將生活中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)和方法進(jìn)行系統(tǒng)歸納并加以推廣應(yīng)用。為此教學(xué)分成三個(gè)階段來(lái)完成。

第一階段，學(xué)生可以觀察紙錐下落，比較大小兩個(gè)紙錐下落的快慢。以日常生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象為觀察和研究對(duì)象，學(xué)生可以輕松進(jìn)入科學(xué)探究的狀態(tài)，隨后分析下落中的差異得到比較快慢的兩種方法：第一種，相同時(shí)間比路程；第二種，相同路程比時(shí)間。引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)中提煉出物理研究方法，積累了使用物理視角解釋現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)，最后利用第一種相同時(shí)間比路程的方法定義速度，明確了常用概念速度的物理含義和數(shù)學(xué)方法。

第二階段，學(xué)生可以觀察直玻璃管中氣泡的運(yùn)動(dòng)情況，針對(duì)具體情景進(jìn)行觀察。學(xué)生分組測(cè)量通過(guò)相同路程所用的時(shí)間，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并記錄在表格中，然后采用不同的方法分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)。

學(xué)生在坐標(biāo)圖中畫出氣泡運(yùn)動(dòng)的s-t圖像。最后得出在相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程相等的結(jié)論，繼而給出勻速直線運(yùn)動(dòng)的名稱，建構(gòu)出相應(yīng)的物理概念。

第三階段，觀察蘋果下落過(guò)程照片（每隔相等時(shí)間曝光一次）。學(xué)生利用比較快慢的方法得出蘋果下落速度越來(lái)越快，并使用前面課程所得結(jié)論，分析研究新的現(xiàn)象，得出變速直線運(yùn)動(dòng)的定義。

三個(gè)階段的教學(xué)呈現(xiàn)出一種螺旋上升的狀態(tài)。首先，三次科學(xué)探究活動(dòng)都從實(shí)際情景出發(fā)，經(jīng)過(guò)一番探究后得出物理概念；其次，三個(gè)階段的探究難度不斷提升，由定性觀察發(fā)展到定量研究，從人眼簡(jiǎn)單觀察到使用工具測(cè)量、利用物理圖像分析數(shù)據(jù)；最后，在第2、3階段的探究中反復(fù)使用了第1階段的探究成果。學(xué)生經(jīng)歷這樣進(jìn)階性的三次科學(xué)探究活動(dòng)后，基本熟悉了探究的步驟，養(yǎng)成了穩(wěn)定的研究習(xí)慣。

二、高中階段有關(guān)自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

第四階段教學(xué)

1.觀察蘋果下落過(guò)程照片（每隔相等時(shí)間曝光一次）（情景引入，回憶初中的學(xué)習(xí)內(nèi)容。）

教師：蘋果下落的過(guò)程是一種什么運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生：加速直線運(yùn)動(dòng)。

教師：每秒速度增大多少？（進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)）

2.測(cè)量下落時(shí)的瞬時(shí)速度（根據(jù)研究需要，介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法）

教師：測(cè)定下落速度需要確定下落過(guò)程中路程和時(shí)間的情況，我們需要一種既能記錄時(shí)間又能標(biāo)記路程的測(cè)量工具。（介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法）

此時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，得到記錄自由落體運(yùn)動(dòng)點(diǎn)跡的紙帶。

教師：有了這些紙帶，如何測(cè)量瞬時(shí)速度？（根據(jù)研究需要，介紹瞬時(shí)速度的計(jì)算方法）

（直接給出瞬時(shí)速度計(jì)算方法）

此時(shí)學(xué)生閱讀測(cè)量瞬時(shí)速度的方法，計(jì)算出連續(xù)幾個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度。

3.得出速度變化情況

教師：這些瞬時(shí)速度有什么變化？

學(xué)生：隨著時(shí)間的增加，速度不斷變大。（分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）

教師：速度每次變大多少？

此時(shí)學(xué)生計(jì)算出速度變化量；教師介紹加速度的概念、公式、單位。（定義新出現(xiàn)的物理量）

4.得出勻加速直線運(yùn)動(dòng)的概念

教師：整個(gè)過(guò)程加速度是否變化？（分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)，定義這種運(yùn)動(dòng)的名稱）

學(xué)生：基本保持不變。

此時(shí)教師給出勻加速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

課程從學(xué)生熟悉的情景入手，通過(guò)教師的提問(wèn)引出進(jìn)一步的探究活動(dòng)。而此時(shí)學(xué)生以前掌握的測(cè)量工具不能滿足現(xiàn)在的探究需要，教師可及時(shí)向?qū)W生介紹新的測(cè)量工具，并應(yīng)用在新的探究活動(dòng)中。分組實(shí)驗(yàn)中，在分析紙帶點(diǎn)跡計(jì)算瞬時(shí)速度時(shí)，學(xué)生可能會(huì)再次遇到困難，教師這時(shí)應(yīng)再次提供幫助。最后分析所得速度，得到速度的變化量，加速度的概念自然生成。整個(gè)探究活動(dòng)接近尾聲，學(xué)生腦海中有了加速度的概念，再次觀察蘋果下落，從自由落體運(yùn)動(dòng)為加速度不變的直線運(yùn)動(dòng)得到勻加速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

三、初高中課程間的進(jìn)階性聯(lián)系

縱觀初高中銜接課程的教學(xué)過(guò)程，每一次的教學(xué)過(guò)程都是前一次課程的延伸和拓展，也同樣是后一次課程的鋪墊。教師首先針對(duì)實(shí)際情景提出問(wèn)題，每一階段課程所選取的實(shí)際情景是逐漸變化的，與前一次既有聯(lián)系又有不同。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)實(shí)施的環(huán)節(jié)不斷增多，操作的難度加大，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了鍛煉。在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析論證過(guò)程中，也從簡(jiǎn)單表格記錄升級(jí)到學(xué)習(xí)并應(yīng)用新的數(shù)據(jù)處理方法，以及繪制并分析物理圖像（s-t圖和v-t圖）。學(xué)生在探究活動(dòng)中的交流、合作也越來(lái)越熟練，越來(lái)越深入。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在初高中銜接課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，科學(xué)探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)有著極大的幫助。而進(jìn)階式的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，可以很好地解決前后課程內(nèi)容之間的銜接問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)前后知識(shí)之間的聯(lián)系，這里的聯(lián)系不僅有內(nèi)容上的關(guān)聯(lián)，還有知識(shí)呈現(xiàn)形式上的聯(lián)系。學(xué)生在這種具備多重聯(lián)系的課程中學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)自主調(diào)動(dòng)自身的知識(shí)儲(chǔ)備，提升自身解決問(wèn)題的能力。進(jìn)階式科學(xué)探究可以使初中和高中物理課程形成合力，更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。