基于物理核心素养的高中物理习题教学研究

摘

要：基于物理核心素养的习题教学是高中物理教学的重点。物理核心素养与物理习题教学间存在密切关系，由二者之间的关系得出，基于物理核心素养的习题教学设计要做到以下几点：构建直观情境，导入习题；提供思维支架，导出习题；让学生分组讨论，探究习题；关注过程方法，总结习题。基于此提出了相应的物理习题教学策略：让教师成为习题海洋中的“导航”，让学生成为习题教学课的“主人”，让习题成为学生思维的“玩具”。关键词：物理核心素养；高中物理教学；习题教学《普通高中物理课程标准》中明确提出物理学科核心素养的概念，主要包含物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，为高中物理教学指明了新的方向。习题作为巩固新知、训练思维、检测与反馈学习成果的重要手段，高中物理习题教学的重要性不言而喻。而在以习题测验为主的高考评价制度的“指挥棒”下，高中物理的实际教学中依旧存在题海战术、讲解题目重公式轻概念、解题思维固化、程序化等不利于学生物理学科核心素养培养的问题存在。如何通过习题教学来培养学生的物理核心素养？鉴于此，笔者基于物理核心素养对高中物理习题教学进行研究。一、物理核心素养与物理习题教学的内在关系物理核心素养注重学生对物理概念与规律的凝练，对科学思维方法的应用，以及通过物理学习形成对个人与社会的态度和精神。而物理习题将学生所学的物理概念与规律结合各种实际问题，通过有效的习题教学，在习题解决过程中帮助学生强化物理概念与规律的理解，培养科学思维，提高了分析解决实际问题的能力。因此，物理习题教学是培养学生物理学科核心素养的重要方式。（一）物理习题的教学过程是学生物理观念落实的强化手段物理观念是人对物质世界中物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是从物理学的角度来认识世界、解决实际问题的观念。在物理观念尚未形成时，学生主要靠感官经验来认识物质世界，比如物体的运动状态、质量、体积、颜色等。这种直观体验形成的简单观念易受主客观因素和感官条件的限制，有时得到的甚至是错误观念，例如亚里士多德对同样高度释放重物，重的物体比轻的物体先落地的认识。物理观念则是通过科学的思维与方法，抽象概括出简单观念背后所隐藏的关系实质，比如速度、位移和时间的关系，密度、质量与体积间的关系，让学生可以透过事物的现象看本质，运用好这种观念可以解决更多的实际问题。物理习题是直接从物理学角度，将学生生活的物质世界中的本质问题呈现在学生面前，通过物理习题的教学，引导学生把物理课堂中所学到的物理知识、形成的物理观念，应用于解决实际物理问题。这样，物理观念就在习题教学过程中得到了强化和巩固。（二）物理习题的分析过程是学生科学思维形成的有效途径物理习题的分析过程是学生头脑中进行信息加工与建构的过程。学生将题目中所包含的信息进行接收—筛选—转化—组织，将其与自己原有的知识结构进行匹配，形成物理模型，找出问题的关键所在。这个过程需要学生具备一定的知识结构、运用科学方法进行信息处理的思维能力，以及建立物理模型的抽象思维能力，以及找出关键问题所在的批判能力，而这些都是科学思维形成的必要条件。因此，在物理习题的分析过程中可以有效锻炼学生形成科学思维所需的必备能力。物理习题的分析过程绝不是单纯地从题目中甄选公式条件，去套用物理公式的过程，而是充分调动学生的科学思维去思考问题。在这种锻炼科学思维所必需的能力与不断应用科学思维思考问题的过程中，充分促进了学生科学思维的形成。（三）物理习题的探究拓展是学生科学探究能力提升的重要方式提及科学探究，教师的第一反应大多是通过物理实验教学来培养学生的科学探究能力，而习题作为应试的存在，经常会被视作扼杀学生创新探究能力的枷锁。但习题对于高中物理而言极其重要，所占比重十分巨大，机械单一的习题教学训练会将学生在物理课堂或者实验中所培养的探究能力与思维再度封闭，甚至打击消磨掉学生的探究能力。由此可见，正确的物理习题教学以及物理习题上的探究拓展对于学生科学探究能力的提升至关重要。物理习题的探究拓展，不以解题为最终目标，而在于让学生探究这道题背后所考查的物理概念与规律和实际生活问题中的联系，发散学生的思维。将题目条件不断变化，让学生通过发现问题、分析问题、探究问题解决的多种方法，将所学的物理知识与规律融会贯通，从而达到提升学生科学探究能力的目标。（四）物理習题的总结反思是学生科学态度与责任养成的必要环节物理习题的总结反思包括对习题涉及的知识点、习题类型、习题方法、习题思路、学生的解题习惯、解题思维等进行归纳反思。在这个过程中，一是可以总结习题的考点难点、易错点，让学生更加容易在习题中掌握物理知识规律，再通过做题收获攻克物理难题的成就感和喜悦感，增强学生对物理的兴趣，激发学生学习物理的积极性。二是可以总结学生在做物理习题中的问题和优点，比如学生对于实验数据处理和结果保留几位有效数字经常粗心的问题，让学生意识到科学的严谨，端正学生对待物理科学问题的态度，培养学生细心严谨、求真务实的科学态度。三是可以总结一类习题中所涉及的生活实际问题，将物理习题与学生社会生活相联系，让学生学以致用，在习题教学中认识到科技与社会息息相关。因此，习题的总结与反思对于培养学生的科学态度和责任是必不可少的环节。二、基于物理核心素养的物理习题教学设计（一）构建直观情境，导入习题根据学生认知发展规律，直观具体的感受更有利于学生理解抽象复杂的问题。在进行习题教学前，教师应根据习题类型，构建学生能理解的直观生活情境，由情境中导入习题，让学生产生直观的感性认识。有两种习题类型，一是原本就基于真实情境的物理习题，教师应尽量还原呈现情境。例如，圆周运动中的火车在铁轨上过弯的问题，教师可以用视频展示、画图或者利用粉笔盒充当火车，两支笔搭建起来倾斜的铁轨，让学生能够直观看到、间接感受到这个过程中火车的受力，再去做受力分析，这样学生更好理解。二是脱离真实情境的物理习题，教师要构建学生能理解的直观情境。例如。常见的涉及小球、圆盘、杆、小木块运动等脱离实际情境的问题，教师可以用周围的材料来代替演示，或让学生用手来代替小木块，直接感受小木块运动过程中的受力，让学生觉得物理不都是脱离生活实际的运动。（二）提供思维支架，导出习题学生在对物理习题形成了丰富的直观感性认识后，不能让学生思维仅停留在感性认识层面，教师要提供思维支架，引导学生将物理知识结构与习题中的信息匹配，导出习题所包含的抽象物理模型。首先要让学生根据问题提取脑中的相关知识结构，帮助学生巩固相关知识。其次，让学生筛选习题中所给条件组合建构相关物理模型，在建构过程中找出物理模型中欠缺的条件和关键点，再利用已知条件求解出相应的关键点，形成完整的物理模型。例如考查在万有引力作用下的行星运动的速度问题，先引导学生回忆万有引力提供向心力使行星做匀速圆周运动的相关知识，知道相关公式的来源及含义。再让学生分析题目中所给条件如何应用于万有引力提供向心力做匀速圆周运动中的物理模型中，找出还欠缺的条件。最后根据已知条件和求解欠缺条件所需的物理规律，解得欠缺条件，完成万有引力提供向心力进行匀速圆周运动物理模型的建构。这样循序渐进地提供思维支架的过程是在学生尚未形成系统的解题思路所必需的。教师在这每个步骤中需要耐心引导学生形成正确的科学思维去分析题目，建立起物理模型。（三）学生分组讨论，探究习题在学生逐步能够自己独立分析问题，将习题中的物理模型导出，形成自身应用于解题的科学思维后，教师要进一步挖掘学生对问题的探究能力，而不是只满足于一道题目的正确解答。这时教师可以精选出典型的习题，提出问题，让学生进行分组讨论，自行探究习题中所考查的物理知识与概念，以及问题解决的方法与步骤。在这个过程中，需要注意：（1）探究的习题须具有探究价值。要求习题具有知识点的代表性，难度中等偏上，最好具有多重解法，通过变换题目中的条件可以对习题进行二次拓展。这样才能让学生在探究过程中充分发挥探究精神，对题目进行讨论交流合作完成。（2）学生分组要有层次。每个组中学生的能力水平要有区别，这样可以让探究能力较强的学生带动较弱的学生一起进步，让分组合作讨论更高效。（3）探究过程中教师注意发现学生讨论中的问题。学生分组讨论习题时会把自己对题目的理解及思路表达出来，教师在这时要注意学生是否存在知识漏洞或者思维偏差，引导学生正确探究。（四）关注过程方法，总结习题不论是教师提供思维支架主导的习题教学，还是学生探究为主的习题教学，在习题教学的最后，都要对其进行总结。总结习题需要特别关注习题解决的过程和方法。首先对学生在习题解决过程中出现的问题进行总结，尤其对于学生出错较多的题目进行总结，找出学生具体出错原因，针对地进行讲解，培养学生严谨的科学态度。其次，总结习题解决所用的方法。将所做的习题分类归纳，总结相似题型的解题思路，加强学生对一类习题建立物理模型的能力，让学生能够进行有效的学习迁移。最后，为了不让习题教学陷入机械套用物理公式的训练窠臼之中，教师要总结习题中涉及的物理观念、相关概念规律，以及相关知识在解决生活实际问题中的应用，确保学生不沦为机械解题的“工具”。三、基于物理核心素养的物理习题教学策略（一）让教师成为习题海洋中的“导航”为应对高考，高中物理习题教学中依旧存在题海战术，让学生通过大量的习题记忆公式，形成解题套路的条件反射，对物理意义和概念不求甚解，对学生物理核心素养的培养极其不利。对于这种情况，有必要让教师成为习题海洋中的“导航”。（1）让教师投身于“习题海洋”之中。教师比学生具备更深厚的物理专业基础、更高远的物理视角，不会被困于题海之中，而是能在题海中找到最利于习题教学与练习的典型好题。因此，作为物理教师，要比学生做更多的物理习题，一方面提高教师自身的专业素质，另一方面在做题过程中精选出最适合教学的典型题目。（2）探寻题海中有效的“线路”。教师在题海中为不同学生选取跳出题海的最佳线路。对于不同能力水平的学生来讲，习题教学也要分层次进行，让习题教学的难度水平可以落在学生的最佳发展区上。对于能力不同的学生，可以选取比他能力范围内要稍微难一点的题目，发展学生解决问题的能力，又不至于给学生带来做题的挫败感。找到最适合每类学生的题目，让学生都能通过习题教学提高自身的物理素养。（3）引领学生走出“题海”。不能让学生一直困于物理题海之中，教师在选取好最佳“线路”之后，让学生通過习题教学充分巩固物理观念，培养相关思维能力，让学生不局限于做题技巧，能够跳出题海方能真正获得物理核心素养。（二）让学生成为习题教学课的“主人”（1）让学生做习题思维的“主人”。高中物理习题教学中常出现这种情况：教师一讲题，学生能听懂，并且觉得不难，但自己拿到题目却不知如何下手。这是由于教师在习题教学中过于主导学生思维，没给学生留下思考、内化为自己解题思维的时间。物理习题包含复杂的逻辑关系，需要学生自身形成良好的逻辑思维，教师在习题教学时应将思维的主动权交给学生，讲解题目时注重启发学生思考，由学生主导习题解决的进程和方向，对锻炼学生的科学思维具有极大帮助。（2）让学生做习题讲解的“主人”。习题教学课上教师可以多找学生来讲解题目。比如，学生答对了一道题，可以请学生来讲解他的思路，让他给其他学生讲解原因。在这个过程中既可以检查学生对物理概念与规律的掌握程度，又可以通过这样的方式锻炼学生的表达能力，让学生对物理产生更强烈的兴趣。（3）让学生做习题总结的“主人”。教师对习题的总结不能兼顾到每位学生，要让学生做自己习题总结的“主人”。让学生建立物理习题错题本，总结出自己常错的习题类型，找到自己出错的原因，针对性地进行提高和改进。（三）让习题成为学生思维的“玩具”（1）题目选择要符合学生思维发展，克服学生对物理习题的畏难抵触情绪。很多学生把高中物理视作洪水猛兽，对物理习题产生天然的抗拒心理，还没做题，面对复杂的题目就已经形成了我不会做的心理，这种紧张畏惧的心态极大地妨碍学生的进步。习题教学的题目应当由易到难。首先进行巩固物理概念与规律的基础知识题目，让学生巩固自己的知识结构，从中得到解题的自信心，之后再进行应用物理概念与规律变化的进阶题目教学，让学生的思维不断发展。（2）一题多解、一题多问，发展学生的创造性思维。物理习题逻辑复杂而严密，可以涉及的物理概念与规律众多。教师在习题教学时可以选取具有多种解法的习题，或者将一道题目变换多种问法