小學科學與初中物理“能量”相關概念銜接研究

李雅蘭

實現學生大概念的連續進階是當前國際科學教育的普遍共識，各學段的教師應當在展開教學之前充分思考學生從何處來（認知起點）、往何處去（課程目標）的問題，尤其是學生跨學段的發展。能量是教育部修訂的《義務教育物理課程標準（2011年版）》和《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》中的主要內容之一。本文以人教版小學科學與初中物理教科書為分析對象（其中小學科學教科書1～3年級為人教鄂教版），分析能量相關概念的銜接情況，并提出相關教學建議，以期給中小學教師提供些許教學參考。

能量相關概念銜接路徑

1.教科書結構銜接

教科書結構受到課程設計理念、內容的廣度、深度以及課程目標等因素的影響，故而梳理結構是從整體上把握教科書必不可少的部分。

小學科學六年級下冊教科書用單獨的單元“能量與生活”探討了能量這一主題，該單元內容按照“能量—能源—能源的開發與利用”這一路徑展開（見表1）。此外，在六年級上冊《水的三態變化》一課中提到水的三態變化涉及熱量的變化。整體上看，小學科學教科書能量內容較少，結構呈直線式。

從表1可以看出，初中物理教科書在結構上注意知識的遞進和銜接，呈螺旋上升式。首先學習了功和能這兩個核心概念，再圍繞這兩個核心概念進行延伸，學習機械能、內能與電功率。值得一提的是，《內能的利用》這一章的最后一節是“能量轉化與守恒”，此節在能量基本知識的基礎之上，從更高的視角幫助學生認識能量的本質內涵和物質世界的統一性。

2.概念銜接路徑

能量的教學內容可分為能量的形式、能量轉化與能量守恒、能量耗散、能源開發與利用四個部分。分析課程標準和教科書內容，發現兩套教科書中能量相關概念的銜接路徑如左頁圖。

能量相關概念主要教學內容及銜接路徑

小學科學教科書在能量形式、能量轉化與守恒、能量耗散、能源的開發與利用四個部分均有所涉及，相關內容皆在初中有進一步的拓展和深化。

在學習能量的形式時，小學階段只涉及能量的存在形式，如核能、動能，而初中階段則涉及產生核能的方式（聚變、裂變、鏈式反應等），動能與勢能同屬于機械能等。

小學階段學習能量轉化與守恒時，只涉及不同形式的能量的轉化，初中階段則以功為核心，進一步學習功率、機械能轉化與守恒、能量守恒定律等內容。

在能量耗散方面，小學階段僅涉及熱量和熱傳遞的概念，初中階段需要以此為基礎學習內能、電流熱效應、焦耳定律、能量轉化和轉移的方向性等內容。

由此可以發現，初中物理能量概念的結構化程度更高，各內容間的銜接更加復雜。

能量目標的逐層進階

對比課程標準中的課程目標發現，初中物理在小學科學基礎上對能量相關概念的認知目標在不斷提升，具體表現為：

1.能量形式更加豐富，需了解勢能與內能;進一步了解已學的能量形式;知道產生核能的方式并辯證地看待核能、了解動能的影響因素、定量計算電能、電功率和電熱。

2.引入功、功率的概念，知道做功是能量轉化的方式并能定量計算;知道機械能守恒的條件、認識能量守恒。

3.知道能量的轉化與轉移有一定的方向性，并能從能量的轉化和轉移的角度認識效率。

4.從能量轉化和轉移具有方向性的角度，理解節約能源的原因與意義。相較小學科學，初中物理能量相關概念的課程目標在廣度和深度上都有所提升。

初中物理在小學科學的能量相關概念主要內容見表2。

小學、初中能量相關概念的銜接特點

1.能量概念與形式

能量概念界定多樣、本質抽象、內涵豐富，使其難以被學生接受和理解，在不同階段對能量概念的界定側重不同，適切學生認知水平的詮釋方式將更有利于學生的學習。小學科學教科書對能量的界定與能量形式緊密相連，其在《生活中的能量》這一課指出：一切物體在工作中都離不開能量，并介紹了生活中常見的各種能量的形式。這樣的界定幫助學生建立起的對能量意義的認知是：能量是可供人們利用，變化形態而去協助人類進行生產制造的一種資源。初中物理教科書對能量的界定是通過功的概念進行的：物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量。這樣的界定強化了能量能夠轉化與轉移的特性。

小學、初中兩套教科書的界定充分考慮了學生的認知水平，側重于能量的不同特性。小學科學以生活經驗為依托，突出能量的有用性;初中物理借助功的概念，強調能量能夠轉化與轉移的特性。

2.能量的轉化、守恒、耗散

在能量轉化方面，小學科學教科書的內容是生活中的能量轉化，在能量耗散方面包括物態變化會伴有熱量變化、熱傳遞，未涉及能量守恒，且各部分內容互相獨立。初中物理教科書不僅增加了能量觀的核心內容——能量守恒定律、能量轉化和轉移的具有方向性，并以功和內能為基礎，介紹了系列相關的概念串：功、功率、電功、電功率、機械能、內能、熱量、熱傳遞等。

更重要的是，初中物理教科書還包括利用能量的思想分析解釋現象的內容，如用能量耗散的思想解釋機械效率和節約能源的必要性等，各內容間建立了有意義的連接，對學生思維能力的要求也更高。

3.能源的開發與利用

能源的開發與利用是培養學生科學態度和社會責任感的重要部分。小學科學教科書主要介紹了當前人類的能源利用情況、化石能源形成過程和新能源的開發舉措;初中物理教科書在此基礎上進一步介紹了核能的優點和可能的隱患以及能量轉化和轉移的方向性是我們需要節約資源的重要原因。

小學科學與初中物理教科書編寫理念具有連續性，均展現了重視STS的教育理念，這對于培養學生崇敬科學的態度和節約資源、愛護環境的社會責任感以及可持續發展的意識具有深遠意義。

教學策略

1.積累感性經驗，構建基本框架

能量是貫穿中小學學習的一個主要內容，對它的認知的發展不是一朝一夕可以完成的，它需要在普遍的應用和與其他概念的有意義連接中逐步發展、完善。因此，依據能量核心觀點建立起基本的知識框架，并在此基礎上不斷拓展延伸可以實現能量相關概念的螺旋式上升。

能量守恒和耗散是能量概念的核心內容，雖然小學科學教科書和課程標準中未提到相關要求，不過，倘若在教學過程中能夠通過趣味活動補充一些感性經驗，既可以激發學生的學習興趣，也可避免使學生負擔過重。如通過擺球碰鼻實驗，讓學生獲利能量守恒的感性經驗;通過感受手機充電時充電頭發熱現象，幫助學生建立最樸素的能量會耗散的感性經驗——總有一部分能量未被以我們期待的形式利用。教學時，除了基本概念的教學，更要注意建構簡單卻基本的知識構架，這將更有利于學生在初中階段知識體系的系統化。

2.注意能量概念的跨學科滲透

能量是一個跨學科的概念，且小學科學是綜合課程，因此教師在教學中可適當滲透跨學科的思想。例如，植物的生長需要太陽，是因為太陽為它提供了能量;動物進食是為了為身體提供營養和能量，食物鏈本質上是能量的流動;云、霧、雨、雪等是水的多種形態，不同形態的變化需要吸熱或放熱。以跨學科的視角促進能量概念的滲透，有助于學生知識遷移能力的提升，有助于學生更好地理解能量相關概念。

長江大學物理與光電工程學院

物理教育研究所（434023）