孫潔玉 李秀如

摘要：牛頓運動定律是物理動力學(xué)部分的核心內(nèi)容，是動力學(xué)的根基所在。牛頓第一定律又是整個牛頓運動定律的基礎(chǔ)，它闡述了運動和力的關(guān)系，打破了幾千年來人們對兩者關(guān)系的錯誤認(rèn)識，在物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時代的意義。牛頓第一定律被譽為物理動力學(xué)的第一定律，因此，在初高中物理教學(xué)中的地位顯得尤其重要。在人教版初高中物理教材“運動與力的關(guān)系”這一章節(jié)中，第一節(jié)內(nèi)容都是牛頓第一定律，它是動力學(xué)教與學(xué)的開端。本文從初高中物理教材知識梯度銜接的視角，闡述牛頓第一定律在初高中教學(xué)中的知識銜接方面的一點認(rèn)識，希望能對初高中物理動力學(xué)部分的教與學(xué)過程中有一點啟發(fā)和參考。

關(guān)鍵詞：牛頓第一定律? 初高中物理銜接? 理想實驗? 科學(xué)推理? 運動和力? 慣性

同一個物理知識在初高中物理教材中會重復(fù)出現(xiàn)，例如，運動學(xué)中的路程、速度，力學(xué)中的重力、彈力、摩擦力，動力學(xué)中的牛頓運動定律等。由于對于一個物理知識或概念的理解深淺不一，因此，牛頓第一定律這一節(jié)在初高中教材中的內(nèi)容設(shè)置編排方面，不僅要注意知識的難易程度，還要兼顧初高中物理學(xué)習(xí)的連續(xù)性，做好章節(jié)的知識梯度銜接顯得尤其重要。

一、初高中教材中運動與力的章節(jié)命名上承啟銜接

在初高中動力學(xué)部分的教材設(shè)置上，人民教育出版社義務(wù)教育教科書第八章標(biāo)題是“運動和力”，人民教育出版社（2019版）通高中物理教材第四章標(biāo)題是“運動和力的關(guān)系”。從章節(jié)標(biāo)題上看，“關(guān)系”二字，就可以體現(xiàn)出在初高中的章節(jié)命名上，有一種承上啟下、遞進(jìn)銜接的層次關(guān)系。尤其是初高中教材在本章的第一節(jié)都編排的是牛頓第一定律，標(biāo)題都叫“牛頓第一定律”，這是動力學(xué)的開篇第一節(jié)，默契的命名也體現(xiàn)了牛頓第一定律的動力學(xué)的基礎(chǔ)地位不可動搖，更讓牛頓運動定律在初高中物理動力學(xué)部分的重要性充分展現(xiàn)出來，同時，從初中進(jìn)入高中的物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生感覺初高中的知識有承啟銜接的特點，更容易接受本章節(jié)的內(nèi)容學(xué)習(xí)。

二、初高中教材中牛頓第一定律在新課引入上遙相呼應(yīng)

高中的新教材（2019版）中牛頓第一定律是在考慮到了初中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第一定律的基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，用“你能說說牛頓第一定律”揭示了物體運動遵循怎樣的規(guī)律嗎？開始新課的引入，把學(xué)生從剛剛結(jié)束的初中物理學(xué)習(xí)中引到了即將開始的高中牛頓運動定律的學(xué)習(xí)中去，給學(xué)生一種高中的物理學(xué)習(xí)與初中物理有著很好的銜接的感覺，小小的一個問題具有一定代入感的問題，把初中到高中的物理學(xué)習(xí)鋪上了墊子，放緩了臺階，有了銜接。

初中物理教材中用“滑板車在沿水平方向運動時，如果我們不再蹬地，它最終就會停下來”這一生活中的常見現(xiàn)象，引出“阻力對物體運動的影響”這一問題。高中教材中也編排了“滑冰運動員如果不用力，他會慢慢停下來，這是否與牛頓運動定律矛盾呢？”這一問題與之呼應(yīng)?；遘嚭突@兩個例子的選取，不僅考慮了初高中學(xué)生年齡的特點，還讓初高中教材中牛頓第一定律的學(xué)習(xí)有了“軟著陸”的條件，讓學(xué)生接受新知識在心理上有了“緩沖區(qū)”，打消學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的畏難情緒。上一版高中物理教材中就沒有這樣的編排，可見，新版高中教材編者們在初高中物理教學(xué)的銜接方面下了一番功夫。同時，這也給老師教學(xué)提供了一個新課引入的參考案例，有助于老師們的新課教學(xué)。

三、初高中教材中牛頓第一定律在內(nèi)容編排上遞進(jìn)鮮明

人教版義務(wù)教育教材中第八章“運動和力”的第一節(jié)中，內(nèi)容編排是：“阻力對運動的影響”“牛頓第一定律”和“慣性”。人教版（2019版）普通高中物理教材中，內(nèi)容編排也是三部分，分別是：“理想實驗的魅力”“牛頓第一定律”和“慣性與質(zhì)量”。對比初高中教材中本節(jié)的內(nèi)容設(shè)置，不難看出內(nèi)容設(shè)置的主要特點是：由淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)的知識學(xué)習(xí)遞進(jìn)關(guān)系，兼顧著的認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)能力。

1.初中教材中直截了當(dāng)?shù)卣f：“自古以來，就有很多人認(rèn)為：……然而，伽利略通過實驗分析得出：物體的運動并不需要力來維持，運動的物體之所以會停下來，是因為受到了阻力?！?/p>

直接用這兩個不同的觀點激發(fā)出學(xué)生的認(rèn)知沖突和探究欲望，引出演示實驗：阻力對物體運動的影響。

如下圖所示，讓一個小車從同一斜面上滑下，水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板，水平面與斜面平滑連接。仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。

在教學(xué)時，我們用毛巾代替棉布，再加一個玻璃板表面的實驗，讓學(xué)生從中體驗對比實驗和控制變量的科學(xué)方法，并根據(jù)實驗結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)想一下，如果小車運動時不受阻力，它是不是就不會停下來了？

按照初中學(xué)生的認(rèn)知水平，不難得出以下結(jié)論：

（1）水平面越光滑，小車滑動的距離越遠(yuǎn)。說明摩擦力是阻礙物體運動的原因。

（2）如果沒有摩擦力的作用，小車將永遠(yuǎn)運動下去。

（3）力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。

高中教材中的這部分內(nèi)容對應(yīng)小標(biāo)題是：“理想實驗的魅力”，講述了伽利略由猜想到實驗再到科學(xué)推理來一步一步證明自己觀點的過程，重在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入伽利略的科學(xué)研究中去，體驗伽利略的科學(xué)探究歷程和科學(xué)態(tài)度，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)精神和科學(xué)方法。本節(jié)中的這部分內(nèi)容的編排上，與上一版本的教材相比，有了更詳盡的敘述和旁白注釋，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中更容易接受由實際實驗進(jìn)行邏輯推理得到理想化實驗的結(jié)論，并體會在實驗過程中抓住事物的本質(zhì)，進(jìn)行邏輯推理的思想也是一種研究物理問題的重要方法之一。

“科學(xué)推理”的方法：

實驗事實：讓一個小球沿斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始運動，小球?qū)ⅰ皼_”上另一個斜面。

推理1：如果沒有摩擦，小球?qū)⒌竭_(dá)原來的高度。

推理2：減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍要達(dá)到原來的高度，但是運動的距離更長。

推理3：當(dāng)斜面最終變?yōu)樗矫鏁r，小球為了要到達(dá)原有高度，將永遠(yuǎn)運動下去。

實驗結(jié)論：力不是維持物體運動的原因。

初高中教材中的這兩個實驗都能在實際實驗的事實基礎(chǔ)上，經(jīng)推理得出伽利略的觀點。相對來說，初中課本中設(shè)計的實驗更符合初中階段的認(rèn)知特點。絕大多數(shù)版本初中物理教科書都采用前者的實驗設(shè)計方案。

2.初高中對牛頓第一定律的表述有所不同，初中教材中的表述是：“一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)?！备咧薪滩闹械谋硎鍪牵骸耙磺形矬w總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)?！?/p>

在這兩種不同的表述中，初中教材中的表述重在說明力不是維持物體運動狀態(tài)不變的原因，高中的表述除此之外，還說明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因。初中的學(xué)生學(xué)習(xí)物理主要是直觀的、表象的，符合年齡認(rèn)知特點的。進(jìn)入高中的學(xué)習(xí)后，有了初中的初步認(rèn)知基礎(chǔ)，教材中對初中學(xué)習(xí)的牛頓第一定律進(jìn)行了一個重要的補(bǔ)充，使初高中教材得到了承啟銜接牛頓第一定律表明了保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)是物體的固有屬性，從而進(jìn)一步引出慣性的概念。

3.在初中教材中直接給出慣性的概念，然后通過大量的實例進(jìn)一步學(xué)習(xí)慣性這一物理概念，再用生活中的實例介紹它的利用和防止。高中教材中通過“思考與討論”欄目中提出物體具有抵抗運動狀態(tài)變化的“能力”（上一版教材中用的“本領(lǐng)”一詞），從而通過這個“能力”來認(rèn)知：物體的質(zhì)量不同，慣性大小也不同，即質(zhì)量是慣性大小的唯一量度。

在初中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了質(zhì)量這一概念，知道質(zhì)量也是物體的屬性。初中教材中列舉了大量的生活中的實例，在高中教材中就不去進(jìn)行大量生活中實例的列舉了。初中重在對生活中實例進(jìn)行表象解釋，高中重在問題的內(nèi)在本質(zhì)理解，這也體現(xiàn)了初高中教材的銜接之處，讓初高中教材的內(nèi)容編排呈現(xiàn)出遞進(jìn)的形式，讓初高中教與學(xué)不重復(fù)、不重疊、有梯度、有銜接。

四、初高中教材中牛頓第一定律在例題和習(xí)題選取上相互補(bǔ)充

初中教材中的“科學(xué)世界”欄目中對汽車安全帶和安全氣囊的作用，從慣性的角度進(jìn)行了講解，高中教材“習(xí)題與應(yīng)用”欄目第1題第（3）小題就是關(guān)于這方面的習(xí)題。初中教材中列舉了汽車剎車這一生活中的實例，高中教材中“習(xí)題與應(yīng)用”欄目第3題第（1）（2）小題即是關(guān)于汽車剎車和拐彎的問題。在實例選取上看，初高中教材呈現(xiàn)出相互補(bǔ)充的特點，從問題深度上看，初高中教材呈現(xiàn)出由現(xiàn)象到本質(zhì)的遞進(jìn)。讓初高中教材內(nèi)容具有相互補(bǔ)充、不斷深入的明顯特點，給學(xué)生一種初高中知識銜接的體驗，有助于高中物理的學(xué)習(xí)。

通過對牛頓第一定律初高中教材教與學(xué)方面問題的對比研究發(fā)現(xiàn)，初中和高中的知識編排應(yīng)呈現(xiàn)出一個完整的體系，不僅要避免知識編排的重復(fù)，更要讓教材內(nèi)容互為補(bǔ)充，合理銜接，讓知識呈現(xiàn)出連貫性、遞進(jìn)，由易到難，由淺入深。然而，現(xiàn)在的初高中教材內(nèi)容編排中，有不少章節(jié)出現(xiàn)了知識跨度大的情況，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生了畏難情緒。初高中一線老師在教學(xué)過程中，也是上下為難，甚至出現(xiàn)相互埋怨的現(xiàn)象。出現(xiàn)這樣的情況，我們怎么去著手解決呢？我想，除了呼吁初高中教材編寫時注意承上啟下、相互銜接等，還要初中老師看看高中的教材，高中老師研究一下初中的教材，在教學(xué)過程中注意教材中各章節(jié)的內(nèi)容銜接。如果學(xué)?；蛘呓萄薪M有條件的情況下，可以利用學(xué)校資源和教研資源進(jìn)行校本課程的開發(fā)，進(jìn)一步完善初高中教學(xué)現(xiàn)行教材的有機(jī)銜接，提高初高中一線教師的教學(xué)實效，幫助初升高學(xué)生突破思維臺階，克服畏難情緒，順利進(jìn)行高中知識的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀[M].北京：高等教育出版社，2020.

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

責(zé)任編輯：黃大燦