習(xí)題教學(xué)提升中學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的策略

張志宏，佟 磊，謝燕鶴

（1.白城師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院；2.白城市實驗高級中學(xué)，吉林 白城 137000）

0 引言

物理習(xí)題教學(xué)是幫助中學(xué)生提高分析問題和解決問題能力的重要手段.物理問題的解決是訓(xùn)練學(xué)生在面臨一個物理問題時，需要自己對問題進(jìn)行分析和理解，嘗試運用有關(guān)的物理概念、規(guī)律和方法去解決問題的認(rèn)知過程［1］.在解答物理習(xí)題的過程中，可以使學(xué)生的知識得到鞏固和深化、豐富和擴展，習(xí)得更為高級的方法和策略，發(fā)展學(xué)生的智力，提高學(xué)生的能力，提升物理學(xué)科素養(yǎng)，切實將物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿在物理課程的設(shè)計和實施中［2］.

1 習(xí)題教學(xué)對提升物理學(xué)科素養(yǎng)的作用

在物理教學(xué)中，習(xí)題教學(xué)不僅能促進(jìn)學(xué)生對物理知識、方法的理解和掌握，也能促使物理觀念在學(xué)生頭腦中得到升華和提煉，還能促進(jìn)學(xué)生操作技能、動手能力的發(fā)展，以及科學(xué)思維水平的提高.

（1）習(xí)題教學(xué)能夠幫助學(xué)生鞏固、活化基礎(chǔ)知識，提升對物理觀念的認(rèn)識.物理基本概念和規(guī)律是基于大量物理現(xiàn)象建構(gòu)而成的，不僅概括度高而且抽象性強.只有讓學(xué)生將知識反復(fù)應(yīng)用到各種不同的情境中，才能鞏固學(xué)生對概念和規(guī)律的理解和認(rèn)識，幫助學(xué)生建立已有知識之間的相互聯(lián)系，使基礎(chǔ)知識得到熟練和活化，提升對物理觀念和科學(xué)思想的認(rèn)識.

（2）習(xí)題教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生技能與能力的發(fā)展，提高學(xué)生的科學(xué)思維水平.習(xí)題教學(xué)是以解決問題為核心的學(xué)習(xí)活動，不僅要運用知識、技能，還要運用各種解決問題的方法.在面對新的問題情境時，學(xué)生不僅要進(jìn)行分析與綜合、推理與判斷，還要進(jìn)行想象，從而發(fā)展學(xué)生的思維能力.

（3）習(xí)題教學(xué)能夠啟發(fā)學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的關(guān)系.學(xué)生在進(jìn)行物理習(xí)題練習(xí)時，要將學(xué)過的物理概念、規(guī)律應(yīng)用到具體情境中去，即理論聯(lián)系實際.許多習(xí)題取自于現(xiàn)實生活、生產(chǎn)、交通、環(huán)境以及科學(xué)技術(shù)中，使學(xué)生在掌握物理知識、方法的同時，還能去體會物理科學(xué)與技術(shù)、環(huán)境的關(guān)系，理性地認(rèn)識和評價科學(xué)技術(shù)的社會功能.

2 習(xí)題教學(xué)提升物理學(xué)科素養(yǎng)的策略

2.1 運用系統(tǒng)復(fù)習(xí)的方法

教師在習(xí)題課教學(xué)開始，復(fù)習(xí)相關(guān)的物理概念、規(guī)律以及物理運算公式時，運用系統(tǒng)歸納的方法，可以通過繪制 “概念圖” “知識結(jié)構(gòu)圖” 等方式進(jìn)行知識點的總結(jié)，或者讓學(xué)生運用表格的形式對相近或相似的知識點進(jìn)行歸納、比較，使學(xué)生牢固地掌握物理概念，發(fā)展科學(xué)思維.如果復(fù)習(xí)的環(huán)節(jié)涉及的知識點較多，要按照內(nèi)容的先后順序逐條復(fù)習(xí).對于學(xué)生不易記憶和理解的知識點，要將這些知識點按照一定的邏輯關(guān)系聯(lián)系在一起，進(jìn)行知識網(wǎng)絡(luò)的梳理，組成概念圖，更易使知識系統(tǒng)化，便于學(xué)生掌握和運用.

表1 是針對物理運動學(xué)部分的知識總結(jié)，通過對各種形式直線運動的加速度、速度進(jìn)行比較，使學(xué)生一目了然地看到勻速直線運動、勻變速直線運動和平拋運動之間的加速度、初速度的區(qū)別，從而培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行比較、分析和歸納的能力.

表1 幾種直線運動形式比較

2.2 重視解題思路和方法

教師要重視對習(xí)題題型及相應(yīng)解題思路的講解、解決某些問題的特殊方法及分析和解決問題基本策略的思考與總結(jié).物理習(xí)題的解決絕不是套用學(xué)過的公式做一些相關(guān)的運算，而是借助已有的知識、方法和觀念，運用靈活的方法，探求解決各種具體問題的思路和方法的過程，進(jìn)而提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

2.2.1 強化解題思路的訓(xùn)練

對于比較復(fù)雜的計算題，教師要訓(xùn)練學(xué)生的解題思路和方法.解決計算題要有兩條思路.第一條思路是從題目待求物理量開始，先找出含有待求量的原始公式，再觀察原始公式中還包括哪些未知量，繼續(xù)找出這些未知量與已知量的關(guān)系，然后依次逐步分析、推演，直到待求量完全可以用已知量表達(dá)為止；第二條思路是從題目給定的已知量開始，按照已知條件尋求已知量與某些中間量以及已知量和待求量之間的關(guān)系，直到全部找出這些關(guān)系.這樣，學(xué)生在解決具體的物理問題過程中掌握了解題思路和方法，不僅能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，而且能促使學(xué)生思維水平的提升.

2.2.2 重視特殊方法的運用

（1）模型法的運用.在分析和解決物理問題時，要注重對物理圖景的分析，確定研究對象，找到理想模型，分析研究對象所處的物理狀態(tài)或過程，找到對應(yīng)的狀態(tài)模型或過程模型.圖1 表示的是繩拉小球的兩種情況，小球都是處于靜止?fàn)顟B(tài)，由于繩作用在小球的位置不同，對應(yīng)的物理模型不同，導(dǎo)致結(jié)果不同.圖1中A小球受到的拉力作用點在球心，小球受到共點力的作用是共點力平衡，B小球受到的拉力作用點在球的表面，小球靜止是力矩平衡的結(jié)果.明確研究對象是什么以及研究對象所處的狀態(tài)，并把研究對象視為適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，找到物體對應(yīng)的模型，問題就迎刃而解了.上述兩個例子說明在習(xí)題教學(xué)中運用特殊方法——模型法，通過對物理問題中的圖景分析，找到對應(yīng)的物理模型，是簡單易行的方法，通過對比、分析、抽象概括出物理模型的過程能培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力.

（2）等效法的運用.這種方法是通過等效變換，將物理問題化繁為簡、化難為易的方法［3］.在解決電路問題遇到多個電阻的問題時，利用等效法可以求得總電阻，在力學(xué)問題中涉及多個力作用在同一個物體上，利用等效法求得合力.圖2表示的是在一個磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有A，B兩點，距離為L，連一條金屬線ACB，當(dāng)金屬線以速度v勻速向右運動時，求解金屬線上A，B兩端的感應(yīng)電動勢.對于任意形狀的導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的問題，在高中階段，利用動生電動勢直接計算是不可能的.只有具備微積分的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，采用微元的方法才可以求解.如果想直接求解，只能采用等效的方法，把任意形狀的導(dǎo)體用一直導(dǎo)線連接成一閉合導(dǎo)體，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場中閉合導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是0，推理得出任意形狀導(dǎo)體和直導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢是大小相等，電勢正負(fù)相反，這樣就可以用直導(dǎo)體等效代替任意形狀的導(dǎo)體，即用到等效處理法解決無法直接解決的問題.

圖1 模型法實例示意圖

圖2 等效法實例示意圖

2.3 精心選編題目

圍繞習(xí)題課的中心目標(biāo)，針對本階段的核心內(nèi)容及學(xué)生知識的實際掌握程度，精心選編題目，選擇幾例典型試題，師生共同完成.首先，對課本的習(xí)題進(jìn)行分析和分類；其次，要注意題型的多樣化，題量要恰當(dāng)，難易程度要適宜.

2.3.1 注意例題的典型性

首先，例題要能夠體現(xiàn)物理概念、規(guī)律的本質(zhì)和關(guān)鍵，充分反映分析和處理物理問題的方法，有利于舉一反三，一題多解；其次，例題能夠有效地引發(fā)學(xué)生的不斷思考，獲得對物理觀念的提煉.通過思考獲得對問題的解決方法與策略的提煉和總結(jié).一題多解能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的變通性、靈活性.

例如：某一物體以某一速度沖上一光滑斜面，前4 s的位移為1.6 m，隨后4 s的位移為0，那么物體的加速度多大？（設(shè)物體做勻變速運動）.

對這個問題利用兩種方法求解，設(shè)物體的加速度為a，由題意可知a的方向沿斜面向下.

解法一：因為整個過程加速度不變，所以物體做勻變速運動，由于兩段運動時間相等，則可運用公式ΔX = at2求得a=0.1 m/s2；

上述兩種方法分別代表了不同的思路和方法，在物理習(xí)題教學(xué)過程中教師可以利用一題多解的習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，在解題過程中引導(dǎo)學(xué)生面對問題從多個角度去考慮，有時也可以設(shè)置疑點，再加以引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生主觀能動性，讓學(xué)生自主總結(jié)，加深印象，從而鞏固基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維.

2.3.2 注意例題的多樣性

選擇不同類型的題目，發(fā)展學(xué)生的思維能力.在習(xí)題教學(xué)中利用推理論證類題目，不僅能鞏固、深化、活化物理知識，而且能有效地培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理和歸納推理能力，即在給定條件下，根據(jù)已有理論，通過邏輯推理，導(dǎo)出所要求的結(jié)論.例如，物體做勻加速直線運動，其加速度為a，在連續(xù)相等的時間t 內(nèi)的位移依次為S1，S2，S3，…，求證：S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1=at2.該例題通過對物理過程的分析，運用物理公式導(dǎo)出結(jié)論的過程也是訓(xùn)練學(xué)生邏輯推理能力的過程.

3 結(jié)語

在物理習(xí)題教學(xué)中，經(jīng)過各個環(huán)節(jié)的設(shè)計，各種教學(xué)策略的選擇與運用，通過教師有意識地展示并引導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練，使學(xué)生牢固掌握物理概念和規(guī)律，掌握思考解決物理問題的方法與策略，提高學(xué)生的邏輯思維和發(fā)散思維能力，達(dá)到有效提升學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的目的.