摘要：在教育改革的大潮中，初高中教学的一体化设计已经成为提高教学质量、培养学生科学素养的重要方式。尤其在物理学科中，力学是基础性、核心性的内容，力学的教学方式革新与重构就显得十分关键。本文所选主题是“黑洞物理”，这是一个前沿的、有魅力的课题，探究在初高中力学教学中，如何以矢量观念的早期渗透为中心，掀起一场教学理念和教学实践的革命。

关键词：“黑洞物理”；初高中一体化；力学教学重构；矢量观念；实践

引言

传统物理教学中，力学部分常常被分为初中简单的力学知识和高中复杂的力学体系，这种割裂的教学方式增加了学生的学业负担，也阻碍了学生对力学整体框架的把握。特别是在矢量这一重要概念的教学中，初中阶段只对方向性做基础的描述，而高中阶段突然引入严格的矢量运算，造成学生知识的衔接出现断层。

一、教学重构的背景与意义

初高中物理力学教学存在明显的断层，初中阶段重标量运算、轻定性描述，学生对“方向”在物理量中的重要作用认识不足；高中力学开篇就引入矢量概念，涉及力、速度、加速度等矢量的合成和分解，造成学生衔接困难。黑洞是极具吸引力的前沿科学话题，其天体运动、引力作用等核心场景天然蕴含力学规律，特别是“方向”对于物理过程的决定性，很好地突出了矢量观念的早期渗透载体。因此，重新构建初中力学教学体系，以黑洞物理情境为载体，把矢量观念的核心“大小和方向共同决定物理效果”渗透到教学的全过程之中，既可破解初高中衔接的难点，又能调动起学生探究科学的兴趣，养成学生从情境中提取物理本质的好习惯，达成“兴趣引领—观念渗入—能力衔接”的三维效果。

二、教学重构的核心原则

1. 情境适切性原则，立足初中学生认知水平，简化黑洞物理复杂的理论，聚焦于黑洞的力学本质（天体绕转的受力方向、速度方向），不超纲，情境服务于矢量观念的渗透。

2. 梯度渗透原则，从“方向意识唤醒”到“矢量雏形认知”，再到“方向对物理效果的影响”，逐步递进，不直接使用“矢量”一词，用“有大小有方向的物理量”来表述。

3. 初高中衔接原则，预埋高中矢量学习的伏笔，如力的合成与分解的具象体验，方向分析的思维方法，为高中系统学习做铺垫。

4. 实践性原则，利用初中物理实验优势，设计出可操作、可观察的探究活动，让学生在动手实践中体会方向的重要性，而不是进行抽象概念的灌输。

三、矢量观念早期渗透的实践路径

（一）情境导入：以黑洞天体运动唤醒方向意识

教学开篇创设情境：“科学家发现某行星绕黑洞转，为什么不会被黑洞吞掉？其运动及受力特点是什么？”结合动画演示行星绕黑洞的运动轨迹（椭圆或圆周），引导学生观察到行星受到的黑洞引力方向始终指向黑洞中心，运动速度方向沿轨迹切线方向。

用问题链推动思考，“如果引力方向偏离中心呢？”速度方向改变会改变运动轨迹吗？让学生初步感知：物理过程的结果不仅和力的大小有关，还和力的方向有关，唤醒学生对方向的认识，为矢量观念埋下伏笔。

（二）概念重构：立足力的三要素拓展矢量雏形

在“力的描述”教学中，打破传统上对力的大小、方向、作用点这三个方面孤立讲解的模式，用黑洞引力作为核心案例来重新构建概念：

1. 对比标量与“双向物理量”：用“黑洞质量（只有大小，无方向）”和“黑洞对行星的引力（有大小，有指向中心的方向）”来说明标量与“双向物理量”的区别，避免使用“矢量”术语，用“双向物理量”代替。

2. 强化方向的物理意义：设计探究活动，用磁铁（模拟黑洞）吸引小铁球（模拟行星），改变磁铁放置方向（不同方位），观察小铁球运动轨迹的变化；改变磁铁磁性强弱（模拟引力大小），比较轨迹变化。通过实验让学生清楚：双向物理量效果的大小和方向一起决定。

3. 衔接力的图示：在力的图示绘制教学中，重点强调箭头方向要和力的实际方向一致，用黑洞引力方向（指向中心）、行星运动的推力方向（沿切线）等例子，让学生理解箭头方向的物理含义，而不是单纯的绘图技巧。

（三）实验探究：矢量合成的具象化体验

初中阶段不涉及复杂的矢量运算，但可以通过具体的实验让学生感受到方向不同合成效果就不同，为高中平行四边形定则打基础：

实验设计为模拟行星受两个引力的运动，用两个弹簧测力计（模拟两个天体的引力）成 30^∘ 、 60^∘ °、 90^∘ 角拉橡皮条（模拟行星），记录弹簧测力计的示数（大小）和拉力方向，再用一个弹簧测力计将橡皮条拉到同一终点，记录其大小和方向。

2. 探究过程：引导学生用带箭头的线段画出两次拉力的“大小和方向”，比较“两个力共同作用”和“一个力单独作用”的效果，发现：当两个力方向夹角变化时，单独作用的力的大小也会变化，箭头指向始终与效果有关。

3. 结论提炼：两个有方向的力同时作用时，不仅和它们的大小有关，也和它们的方向夹角有关，使学生开始有方向影响合成效果的认知。

（四）习题与评价：衔接性矢量思维训练

设计贴合黑洞情境的习题，聚焦方向分析，避免定量计算：

1. 判断题：黑洞对行星的引力方向始终垂直于行星的运动速度方向，行星绕黑洞运动时，速度方向改变会导致运动轨迹弯曲。

2. 作图题：“画出行星在轨道上 A 点受到的黑洞引力方向和运动速度方向”。

3. 分析题：如果某行星绕黑洞转动的时候，忽然受到一个沿运动方向的推力，它的运动轨迹会发生怎样的改变？根据方向对物理效果的影响来说明理由。

评价重视学生对方向重要性的理解，不追求答案的唯一性，鼓励学生用自己语言描述方向与物理效果的关系。

结语

初高中一体化教学的核心是核心观念的连续培养，矢量观念是力学的基石，它的早期渗透不需要复杂的公式推导，只需要具象的情境和实践的体验。以黑洞物理为载体重构初中力学教学，既让学生体会到前沿科学与基础物理的联系，又无意识地搭起了初高中衔接的认知小桥。以核心观念为轴、真实情境为翼的教学重构，不仅能提高初中物理教学质量，更能为学生终身发展的物理核心素养打下坚实的基础。

参考文献

[1] 张华 . 初高中物理教学衔接问题研究 [M]. 北京：教育科学出版社，2018.

[2] 李明. 矢量观念在中学物理教学中的渗透策略 [J]. 物理教师，2019，40（05）：23-25.

[3] 王强 . 基于情境教学的初中物理概念重构研究 [D]. 上海：华东师范大学，2020.