基于核心素養(yǎng)視角的高中物理教學(xué)中抽象能力培養(yǎng)路徑

吳思平

摘要：科學(xué)思維維度中“模型建構(gòu)”要素的抽象概括過程，指向的是一種抽象能力.文章通過案例分析，提出通過創(chuàng)設(shè)生活化教學(xué)情境、做好課堂學(xué)習(xí)引導(dǎo)、優(yōu)選精講典型例題、加強抽象能力訓(xùn)練等途徑來培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力，最終提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；抽象能力；高中物理；培養(yǎng)路徑

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2023）15-0068-03

《普通高中物理課程標準（2017版2020年修訂）》明確指出要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，而科學(xué)思維的“模型建構(gòu)”是指“基于經(jīng)驗事實建構(gòu)模型的抽象概括過程”.而這種建構(gòu)模型的抽象概括過程指向的正是一種抽象能力.抽象能力指基于對事物的科學(xué)分析，提出事物的本質(zhì)，形成概念與范疇的思維能力[1].而學(xué)生抽象能力的高低關(guān)系到學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，因此，教學(xué)實踐中應(yīng)將學(xué)生抽象能力的培養(yǎng)視為物理課堂的靈魂所在，貫穿教與學(xué)的始終.要基于對物理學(xué)科的整體把握以及自身教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)，制定明確的教學(xué)目標與教學(xué)計劃循序漸進地推進學(xué)生抽象能力的培養(yǎng).

1 創(chuàng)設(shè)生活化教學(xué)情境

高中物理中的很多知識來源于生活化情境的抽象與歸納.教學(xué)實踐中應(yīng)充分認識到生活化情境的重要性，一方面，要注重聯(lián)系學(xué)生的生活實際，創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的生活化情境，增加課堂趣味性，降低理解難度[3]；另一方面，為更好地鞏固學(xué)生所學(xué)，

圍繞教學(xué)內(nèi)容積極創(chuàng)設(shè)生活化問題情境，要求學(xué)生思考解答.

例如，“受力分析”是高中物理的核心知識.為保證學(xué)生能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，通過合理的抽象，順利地解決相關(guān)問題，借助多媒體屏幕展示如下習(xí)題：如圖1為某建筑物窗戶結(jié)構(gòu)圖，其中豎直部分為窗框，上面安裝有滑軌與滑塊.一長為L的金屬輕桿連接于固定點A、B，金屬輕桿可繞這兩個固定點自由轉(zhuǎn)動.C點為窗戶下邊緣一點.B到轉(zhuǎn)軸的距離為2L，則（）.

A.開窗過程中A、B兩點速度始終相等

B.開窗過程中B、C兩點角速度不等

C.開窗狀態(tài)下滑塊受到3個力作用

D.窗戶能打開的最大角度為30°

上述情境來源于生活.要想靈活運用受力分析正確解答，則需要學(xué)生將其抽象成受力分析問題.

開窗時滑塊A和B點速度沿桿方向上的分速度始終相等，但是A、B兩點的速度并不始終相等.開窗過程中B、C兩點均繞著同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，因此，角速度是相等的.開窗狀態(tài)滑塊受到自身重力、輕桿的壓力、窗框?qū)ζ涞闹С至σ约澳Σ亮?，共四個力.因A可以滑動，當輕桿和窗框垂直時，B到窗框的距離最大，此時sinθ=L2L=12，則θ=30°.綜上分析選擇D項.

2 做好課堂學(xué)習(xí)引導(dǎo)

實踐表明，部分學(xué)生解題時因抽象能力較差，無法構(gòu)建物理知識與問題情境之間的內(nèi)在聯(lián)系，導(dǎo)致無法及時找到解題思路.為了提高學(xué)生的抽象能力，使其掌握抽象的技巧與方法，應(yīng)做好課堂學(xué)習(xí)引導(dǎo).一方面，講解相關(guān)例題時應(yīng)考慮學(xué)生的感受，與學(xué)生一起分析解題切入點，并詳細地展示解題過程，使學(xué)生認真揣摩抽象的具體思路.另一方面，為使學(xué)生學(xué)會從問題情境中抽象出物理問題并順利解決，應(yīng)圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)計問題，要求學(xué)生思考、解答[3].

例如，勻加速運動是高中物理教學(xué)中的重要運動類型.運用勻變速運動的規(guī)律可解決生活中很多的問題.在進行該部分內(nèi)容講解時可為學(xué)生展示如下問題情境：如圖2為某游樂場安全滑梯的簡化圖.其中AB和BC段材料不同，動摩擦因數(shù)不同，且AB＞BC.要求兒童從A點靜止下滑后，最多只能到達C點.期間滑梯始終靜止不動.若某兒童出發(fā)后剛好達到C點.

而后拋出以下問題要求學(xué)生思考：（1）分析AB和BC段動摩擦因數(shù)的大小關(guān)系；（2）分析兒童在AB和BC段運動時間的大小關(guān)系；（3）分析地面對滑梯的摩擦力方向；（4）分析地面對滑梯的支持力與滑梯和兒童重力的關(guān)系.

為引導(dǎo)學(xué)生進行合理抽象，并運用所學(xué)物理知識進行分析，可在課堂上提問學(xué)生以下問題：（1）兒童的運動狀態(tài)是怎樣的，為什么？（2）怎樣最快的比較兩段上運動時間的長短？（3）分析地面對滑梯摩擦力方向，怎樣運用整體法？（4）超重和失重與支持力是什么關(guān)系？

在引導(dǎo)問題啟發(fā)下，學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識，分析得出，其在AB和BC段分別做勻加速和勻減速直線運動.因AB和BC段動摩擦因數(shù)不同，因此，兒童在AB段做勻加速直線運動，在BC段做勻減速直線運動，由牛頓第二定律可知mgsinθ-μmgcosθ=ma，則a=gsinθ-μgcosθ.AB段加速度沿斜面向下，a1＞0，BC段加速度沿斜面向上，a2＜0，則μ1＜tanθ，μ2＞tanθ，所以μ2＞μ1.分析可知AB段和BC段的平均速度大小是相等的，但是AB＞BC，則兒童在AB段上運動的時間大于在BC段上運動的時間.以兒童和滑梯為整體，對其在兩端上運動的加速度分解成豎直和水平方向，在AB段分加速度的方向水平向左和向下，滑梯受到地面的摩擦力水平向左，因其失重，因此，支持力小于兒童和滑梯的重力.在BC段分加速度分別為水平向右和豎直向上，則地面對滑梯的摩擦力水平向右，因其超重，支持力大于兒童和滑梯的重力.

3 優(yōu)選精講典型例題

為更好地培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力，在選擇配套練習(xí)時，應(yīng)特別考慮以下內(nèi)容：其一，高中物理例題非常多，篩選例題應(yīng)考慮，既要鞏固學(xué)生所學(xué)，又要有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力.同時，為提高例題教學(xué)效率，使學(xué)生能夠舉一反三，篩選例題時應(yīng)認真對比，選擇代表性強、質(zhì)量高的例題.其二，展示例題解答過程時，為使學(xué)生能更好地理解，應(yīng)注重畫出示意圖，做到

全面把握、清晰認識.其三，引導(dǎo)學(xué)生做好聽課總結(jié)，認真揣摩抽象過程，尤其鼓勵學(xué)生做好心得交流.同時，學(xué)習(xí)他人長處，及時發(fā)現(xiàn)與糾正認識以及理解上的誤區(qū)[4].

例如，拋體運動在高中物理教學(xué)中占有重要地位，是高考的?？贾R點.為更好地培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力，為學(xué)生講解如下例題：在地面上將甲、乙兩個小球先后以大小相同的速度斜上拋，兩小球落回地面距離各自拋出點的距離分別為s1，s2，上升到最大高度所用的時間分別為t1、t2.落地速度和水平面的夾角分別為θ1、θ2，且0＜θ1＜θ2＜90°，忽略空氣阻力，則（）.

A.t1一定大于t2B.t1可能等于t2C.s1一定大于s2D.s1可能等于s2

課堂上先在黑板上畫出甲、乙兩個小球的運動示意圖.而后要求學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識，對兩個小球的運動過程進行抽象，借助運動的分解不難找到解題思路.設(shè)甲、乙兩小球的初速度大小為v0，豎直分速度分別為v1，v2，則由落地時與地面的夾角可得v1=v0sinθ1，v2=v0sinθ2，兩球在空中運動的時間分別為t1=2v1g=2v0sinθ1g，t2=2v2g=2v0sinθ2g，因0＜θ1＜θ2＜90°，則t1＜t2；甲乙兩小球的水平位s1=v0t1cosθ1=2v20sinθ1cosθ1g=v20sin2θ1g，則s2=v20sin2θ2g.則當θ1+θ2=90°時s1=s2.綜上分析選擇D項.

4 加強抽象能力訓(xùn)練

高中物理教學(xué)中為更好地提升學(xué)生的抽象能力，應(yīng)加強學(xué)生抽象能力訓(xùn)練，積累豐富的抽象經(jīng)驗，使其以后遇到類似問題能夠迅速的找到突破口[5].一方面，要求學(xué)生解答相關(guān)物理習(xí)題時，基于對情境的深刻認識靈活運用多種解題方法.如圖象法、假設(shè)法等，通過多種方法解決問題，提高學(xué)生抽象的靈活性.另一方面，設(shè)計相關(guān)習(xí)題，要求學(xué)生能結(jié)合題目條件抽象出具體的物理過程，為更好地運用所學(xué)解決問題做好鋪墊.

例題：略

例如，自由落體運動教學(xué)中，為使學(xué)生通過抽象能將運動圖象和物體運動實際建立內(nèi)在聯(lián)系，可設(shè)計如下問題，對學(xué)生進行訓(xùn)練：籃球比賽通過跳球爭奪決定球權(quán)歸屬.裁判將球豎直向上拋起，球達到最高點又下落一段時間后被運動員拍給己方隊員.球從拋出到拍飛前，速度的平方v2和籃球距拋出點高度h的圖象如圖3所示.以拋出點所在平面為零勢能面，重力加速度為10 m/s2，則（）.

A.籃球被拍飛前的速度大小為1.2m/s

B.籃球從h=1.25 m處上升至最高點，而后從最高點下落至h=1.25 m所需的時間相同

C.籃球在上升和下落受到的阻力大小均為重力的0.2倍

D.籃球上升至h=1 m處時，動能和重力勢能相等

解答該題需要能根據(jù)給出的圖象抽象出籃球的運動狀態(tài)，而后運用勻加速直線運動規(guī)律進行分析.由v2-v20=2ah，可知v2=2ah+v20，則直線斜率為2a.設(shè)籃球上升、下降的加速度分別為a1，a2，則2a1=48/2=24，則a1=12 m/s2.2a2=32/2=16，則a2=8 m/s2.由圖象可知當籃球下落至1.25 m時被拍飛，下落位移為h=0.75 m，則v2=2a2h，解得v=2×8×0.75 m/s=23 m/s.因上升和下落籃球的加速度不同，位移相同，因此，所需時間不可能相同.由牛頓第二定律可知mg+f1=ma1，mg-f2=ma2，f1=2m=0.2mg，f2=2m=0.2mg，均為籃球重力的0.2倍.h=1m時v20-v2=2a1h，解得v2=24，則Ek=12mv2=12 m，重力勢能Ep=mgh=10 m，則Ep＞Ek.綜上分析選擇C項.

5 引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)物理知識體系

學(xué)生的抽象能力并非空中樓閣，而是建立在扎實的知識體系之上.目前物理知識體系五花八門，雖然都具有一定參考價值，但是大部分并不適合直接引用.要引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)個性化、結(jié)構(gòu)化的物理知識體系.這樣，一方面可以讓學(xué)生認識到知識間的密切聯(lián)系，并且對獨立知識點的理解會更透徹；另一方面也有利于學(xué)生在復(fù)雜情境中快速準確地調(diào)用相關(guān)知識，更有針對性地進行抽象思維.

例如，動能定理教學(xué)中，要求學(xué)生圍繞以下問題進行總結(jié).通過總結(jié)學(xué)生認為解答物理問題應(yīng)敢于大膽假設(shè)，做出輔助線.固定于豎直平面內(nèi)的光滑大圓環(huán)上套有一個小環(huán)，小環(huán)從大圓環(huán)頂端P由靜止自由下滑，在下滑過程中，小環(huán)速率正比于（）.

A.它滑過的弧長

B.它下降的高度

C.它到P點的距離

D.它與P點連線掃過的面積

該題難度中等，能很好地考查學(xué)生的抽象能力.設(shè)小環(huán)下降的高度為h，大環(huán)的半徑為R，它到P點的距離為L.如圖4所示，由動能定理可得mgh=12mv2，由幾何知識可知h=Lsinθ.由圓的性質(zhì)以及幾何知識可知，sinθ=L/2R，聯(lián)立得到：v=LgR，綜上分析選擇C項.

綜上所述，高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生抽象能力的方法多種多樣，關(guān)鍵在于如何尋找有效途徑，將培養(yǎng)工作與教學(xué)活動有機融合.其中創(chuàng)設(shè)生活化情境、做好課堂學(xué)習(xí)引導(dǎo)、優(yōu)選精講典型例題、加強抽象能力訓(xùn)練、引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)物理知識體系等做法，經(jīng)過實踐證實在培養(yǎng)學(xué)生抽象能力上效果明顯，可結(jié)合實際情況加以針對性地借鑒.

參考文獻：

［1］?朱麗.高中物理教學(xué)中學(xué)生抽象思維能力培養(yǎng)路徑分析[J].高考，2021（19）：133-134.

[2] 嚴光文.注重加強高中物理教學(xué)提高學(xué)生抽象思維能力[J].成才之路，2021（17）：140-142.

[3] 王文海.高中物理抽象思維能力的培養(yǎng)及簡單化的教學(xué)設(shè)計策略[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師通訊），2020（11）：54-55.

[4] 李宗舉.高中物理抽象思維能力培養(yǎng)策略探析[J].新課程研究，2020（09）：88-89.

[5] 許世勇.優(yōu)化教學(xué)策培養(yǎng)學(xué)生物理抽象思維能力[J].廣西教育，2020（06）：149-150，153.

［責(zé)任編輯：李璟］