高中物理教學(xué)中尖子生培養(yǎng)策略研究

許東明

摘 要：在新時代背景下，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的本質(zhì)是尊重學(xué)生個性充分發(fā)展，深度發(fā)掘?qū)W生潛力和創(chuàng)造力，以適應(yīng)新時代、新形勢下國家和社會發(fā)展對拔尖創(chuàng)新與應(yīng)用復(fù)合型高端人才的需要。基于此，本文以促進尖子生培養(yǎng)為目的，采取案例分析等方法，對高中物理教學(xué)進行研究，分析尖子生培養(yǎng)的策略，并從以下各方面給出參考建議：優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，完善強基計劃課程體系；加強教學(xué)設(shè)計，促進尖子生綜合發(fā)展；完善考核方式，提升尖子生培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞：尖子生；高中物理；教學(xué)策略；強基計劃

在新時代背景下，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，國家制訂了教育發(fā)展政策，強調(diào)高中階段教育要“推進培養(yǎng)模式的多樣化，滿足不同潛質(zhì)學(xué)生的發(fā)展需要”，要“探索發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的途徑”。與此同時，強基計劃的開展也為高中階段拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了良好的條件?；诖?，物理作為高中階段的重要學(xué)科，其在尖子生培養(yǎng)過程中具備一定的優(yōu)勢。因此，各地學(xué)校在強基計劃的影響下，根據(jù)物理學(xué)科的特點不斷優(yōu)化招生和培養(yǎng)機制，探索多元化與個性化的拔尖創(chuàng)新人才招生與培養(yǎng)路徑，有效促進了尖子生的鍛煉和培養(yǎng)。但是，從整體上來看，尖子生培養(yǎng)中高中物理教學(xué)依然存在一定的問題。因此，學(xué)校以及教育工作者有必要加強研究，探索、創(chuàng)建一套物理拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)機制。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)尖子生思維能力

通常來講，尖子生都具備自尊自信、好奇心和好勝心，熱愛科學(xué)、追求進步，容易產(chǎn)生上進、競爭的欲望，邏輯思維能力強，學(xué)習(xí)習(xí)慣好等特點。而這些特點也決定了他們能夠適應(yīng)具有一定難度的教學(xué)內(nèi)容?；诖?，在培養(yǎng)尖子生的過程中，高中物理教師應(yīng)加強課程大綱分析，根據(jù)學(xué)校強基計劃要求，整理、歸納強基考點與高考知識點，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，確立更適合物理拔尖創(chuàng)新人才發(fā)展的教學(xué)方法。

某校為培養(yǎng)物理尖子生，通過對學(xué)生的考查和選拔打造了強基班，物理教師則整合魯科版高中物理教材內(nèi)容、奧賽題、高考題，發(fā)現(xiàn)力學(xué)是考題中最常見的內(nèi)容，它能結(jié)合靜電場、靜磁場等知識綜合考查學(xué)生的物理思維水平，填空題、選擇題、實驗題、大題多有涉及。也就是說，力學(xué)是學(xué)生必須熟練掌握的基礎(chǔ)知識，也是理解力的相關(guān)題目模型的基礎(chǔ)。因此，為了使學(xué)生建構(gòu)完善的、結(jié)構(gòu)化的“力學(xué)”知識體系，教師可以將“靜力學(xué)”“動力學(xué)”“運動學(xué)”三個板塊結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜的運動過程和受力現(xiàn)象中最本質(zhì)的規(guī)律抽象出來，將其模型化，進而提煉知識應(yīng)用技巧，建構(gòu)科學(xué)的思維方法[1]。

例如：在回顧“力學(xué)”知識時，教師首先要求尖子生總結(jié)靜力學(xué)、動力學(xué)和運動學(xué)的概念。靜力學(xué)研究的對象是平衡物體，分析質(zhì)點系受力作用時的平衡規(guī)律；動力學(xué)研究的對象是運動速度遠小于光速的宏觀物體，分析作用于物體的力及其運動的關(guān)系；運動學(xué)是以點和剛體作模型，研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等，涉及剛體和流體等物體的運動及其產(chǎn)生的原因和規(guī)律。尖子生根據(jù)自己的理解消化概念，建構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)框知識架。

在培養(yǎng)尖子生的思維能力時，教師可以講解靜力學(xué)、動力學(xué)和運動學(xué)經(jīng)典模型。靜力學(xué)模型包括斜面問題、疊加體等模型，以解決斜面問題為例，提煉出以下幾個規(guī)律：

①自由釋放的小滑塊在物體斜面上勻速下滑時，m與M之間的動摩擦因數(shù)μ=gtanθ。當(dāng)小滑塊靜止或勻速下滑時，斜面物體M對水平地面的靜摩擦力為零；當(dāng)小滑塊加速下滑時，斜面物體M對水平地面的靜摩擦力水平向左；當(dāng)小滑塊減速下滑時，斜面物體M對水平地面的靜摩擦力水平向右。

②自由釋放的小滑塊在物體斜面上勻速下滑時，斜面物體對水平地面的靜摩擦力為零，若在小滑塊運動的過程中，施加任意一個方向的作用力，在小滑塊停止運動之前，斜面物體對水平地面的靜摩擦力始終為零。

③若有一懸掛物體的小車正在物體斜面上滑行，當(dāng)小車以加速度a＝gsinθ向下滑行時，懸繩穩(wěn)定后，與斜面保持垂直；當(dāng)小車以加速度a＞gsinθ向下滑行時，懸繩穩(wěn)定后，偏離垂直方向向上；當(dāng)小車以加速度a＜gsinθ向下滑行時，懸繩穩(wěn)定后，將偏離垂直方向向下。

④在傾角為θ的斜面物體上以速度v0平拋出一小球，小球落到斜面上的時間t=（2v0tanθ）/g；當(dāng)小球與斜面物體有水平方向有加速度a=gtanθ，小球能與斜面物體保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。

動力學(xué)模型包括0-v-0。差量法求解彈簧問題，等時圓等模型。其中，0-v-0模型是指物體從靜止?fàn)顟B(tài)突然做開始運動，經(jīng)歷勻加速到勻減速再到速度為零的過程，當(dāng)涉及求解總時間、總位移的問題時，我們可以通過和比關(guān)系算出0-v和v-0的時間與位移；解決差量法求解彈簧問題的模型，通常是彈簧連接一個物體或多個物體，當(dāng)其中某個物體受力發(fā)生位置變化時，求解彈簧形變量或者彈簧勁度系數(shù)。此模型不難理解，我們只需明確題意，找到求解的目標(biāo)對象。等時圓模型是指物體沿位于同一豎直圓上的所有光滑弦由靜止下滑，求解物體的運動時間。這種模型我們可以先找到一條弦與水平方向的夾角θ，再根據(jù)題意明確物體作初速度為0的勻速直線運動，提煉出θ與位移和加速度的關(guān)系，進而求出物體的運動時間。

運動學(xué)模型包括兩種直線運動、兩種曲線運動、直線運動和曲線運動組合三大模型，以勻速圓周運動與勻速圓周運動組合為例，如監(jiān)測衛(wèi)星在地球兩極上空運行，它的運行軌道距離地面H，要使該衛(wèi)星將地面赤道各處天氣情況拍下來，衛(wèi)星通過赤道處時，其相機至少要拍地面赤道圓周弧長多少？（將地球看作標(biāo)準(zhǔn)的球體，衛(wèi)星軌道為圓形，已知地球半徑R、地球自轉(zhuǎn)周期T、地表重力加速度g）通過設(shè)衛(wèi)星周期，求地球自轉(zhuǎn)速度，衛(wèi)星繞地球一周時地球的圓心角，進而得出答案。

綜上，以板塊化的方式整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以模型化的方式提煉思維方法，更利于尖子生認識物理現(xiàn)象的本質(zhì)，在解構(gòu)物理現(xiàn)象的過程中提取知識，實現(xiàn)對自身潛力的挖掘。

二、加強教學(xué)設(shè)計，促進尖子生綜合發(fā)展

物理是一門自然科學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程就是通過自身經(jīng)歷觀察、實驗探究等活動，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，建構(gòu)知識、形成觀念的過程。在高中階段，尖子生的培養(yǎng)不僅是讓學(xué)生掌握系統(tǒng)的理論知識，更能夠形成創(chuàng)造性解決問題的能力?；诖?，教師應(yīng)根據(jù)尖子生的實際情況優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生接觸、了解物理學(xué)在尖端科技領(lǐng)域的應(yīng)用，為學(xué)生學(xué)以致用奠定基礎(chǔ)[2]。

例如：在學(xué)習(xí)了魯科版高中物理“動量守恒研究”這部分內(nèi)容后，教師結(jié)合當(dāng)前我國航天事業(yè)發(fā)展的背景，根據(jù)尖子生培養(yǎng)的要求，融合航天科技前沿問題，引入了“火箭發(fā)射中的反沖現(xiàn)象”，以促使學(xué)生夯實學(xué)科基礎(chǔ)、了解尖端科技、實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

在教學(xué)準(zhǔn)備階段中，教師通過對尖子生的分析了解到，學(xué)生已經(jīng)扎實掌握了動量守恒的相關(guān)知識，能夠利用物理模型解決相對簡單的問題。但是，對于動量守恒的知識與航天領(lǐng)域尖端科技之間的聯(lián)系缺乏認識。針對此，本節(jié)課的主要任務(wù)是通過學(xué)生對火箭發(fā)射中反沖現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，拔高學(xué)生從實際問題中提煉出物理模型的能力，同時，促使尖子生了解國家航天事業(yè)的成就，激發(fā)學(xué)生以后投身航天事業(yè)的熱情，為我國航天事業(yè)發(fā)展培育拔尖創(chuàng)新人才。

基于學(xué)情，教師在課堂上對學(xué)生進行了如下指導(dǎo)：

（一）復(fù)習(xí)所學(xué)，啟發(fā)思考。教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)提出如下問題：（1）描述動量守恒定律的內(nèi)容。（2）動量守恒的條件是什么？（3）動量守恒定律研究的對象的什么？學(xué)生根據(jù)問題回顧動量守恒的相關(guān)知識，為本節(jié)課反沖現(xiàn)象的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（二）導(dǎo)入新課，生成概念。教師首先為學(xué)生演示實驗：易拉罐側(cè)面下方，斜扎三個孔，吊起來，注滿水后，噴水過程中發(fā)現(xiàn)易拉罐的旋轉(zhuǎn)。要求學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，思考其中關(guān)于動量守恒的知識。隨后播放我國新一代運載火箭長征七號發(fā)射升空的視頻，提示學(xué)生思考火箭發(fā)射中的物理現(xiàn)象。最后，組織分組實驗：將吹滿氣的氣球釋放，觀察氣球的運動?；谶@一系列教學(xué)活動，教師提出問題：剛才觀察到的現(xiàn)象有什么共同特點？在學(xué)生的回答中，教師引出反沖現(xiàn)象，并促使學(xué)生結(jié)合實驗現(xiàn)象以更加準(zhǔn)確的語言進行總結(jié)。通過集思廣益，學(xué)生概括出反沖現(xiàn)象的概念：系統(tǒng)在內(nèi)力作用下，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動。這個現(xiàn)象叫作反沖現(xiàn)象。教師對此提出問題：我們通過實驗現(xiàn)象總結(jié)出反沖運動的特點，在這些現(xiàn)象背后包含著什么物理原理呢？在問題引導(dǎo)下，學(xué)生進一步探究動量守恒定律，并結(jié)合物理模型分析認識到：反沖運動是系統(tǒng)內(nèi)力作用的結(jié)果，當(dāng)內(nèi)力遠遠大于外力時，系統(tǒng)動量近似守恒。為了幫助學(xué)生內(nèi)化反沖現(xiàn)象的概念，教師鼓勵學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗舉出其他反沖的例子。學(xué)生通過討論后列舉出“游動的章魚”“射擊的槍械”等例子，教師給予肯定，并引導(dǎo)學(xué)生用一分為二的觀點看待反沖現(xiàn)象，思考在實際生活中，如何利用其有利的一面，防止有害的一面。為了拔高學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生潛能，教師回顧視頻內(nèi)容，根據(jù)“火箭發(fā)射”的例子說明人類在利用反沖現(xiàn)象過程中做出的探索。

（三）精講知識，當(dāng)堂測驗。教師結(jié)合“火箭發(fā)射”的問題進行精講，引導(dǎo)學(xué)生運用物理模型深入分析反沖現(xiàn)象、構(gòu)建新的物理模型，進而深入航天領(lǐng)域尖端科技背后的物理知識。在精講過程中，教師提示學(xué)生將火箭發(fā)射看作是由火箭殼體和火箭內(nèi)的氣體組成的系統(tǒng)，認識到在火箭噴氣過程中動量守恒。根據(jù)提示，學(xué)生選擇與原來火箭相對靜止的物體為參照物，并假設(shè)火箭原來的動量為零，噴氣后火箭與燃氣的總動量仍然為零。最后，進行邏輯分析：如果火箭在時間△t內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量是△m，噴出的速度是u噴出燃氣后火箭的質(zhì)量是m，火箭獲得的速度是△v，那么根據(jù)動量守恒定律m△v+△mu=0，得到△v=-△mu/m。所以，火箭噴出的燃氣的速度u越大，火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與貨架本身質(zhì)量之比越大，火箭獲得的速度△v就越大。通過精講，學(xué)生從物理的角度深刻認識了火箭發(fā)射中的反沖現(xiàn)象，也進一步探索了動量守恒定律。為檢驗學(xué)生對反沖現(xiàn)象的學(xué)習(xí)效果，教師結(jié)合現(xiàn)實中的“噴氣式飛機”“宇宙飛船”“槍械射擊”“人船模型”等設(shè)計拔高題，提高問題的復(fù)雜性，促進學(xué)生學(xué)以致用，深化其物理知識學(xué)習(xí)。

（四）總結(jié)升華，拓展延伸。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本科所學(xué)，重點鞏固動量守恒和反沖現(xiàn)象的物理模型，實現(xiàn)強基指導(dǎo)。為學(xué)生提供我國航天事業(yè)發(fā)展的相關(guān)資料，拓展學(xué)生對火箭知識的了解，促使學(xué)生深刻認識反沖現(xiàn)象在我國火箭研發(fā)方面的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生投身祖國尖端科技研發(fā)，參與我國航天事業(yè)發(fā)展的愛國熱情。

綜上，教師在教學(xué)設(shè)計與實施中，通過演示實驗、觀看視頻、分組實驗觀察等方式引導(dǎo)學(xué)生認識物理現(xiàn)象，并通過知識精講與課堂訓(xùn)練，深化學(xué)生對物理知識的理解與利用。同時，拓展拔高，讓學(xué)生將物理學(xué)科的學(xué)習(xí)與尖端科技的研究相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獻身科研、報效祖國的思想情感。

三、加強日?？己?，提升尖子生培養(yǎng)效果

在高中物理教學(xué)中，尖子生的培養(yǎng)需要采取科學(xué)的考核方式。因此，教師應(yīng)根據(jù)強基計劃，結(jié)合學(xué)生日常學(xué)習(xí)內(nèi)容制訂考核計劃，優(yōu)化考核內(nèi)容，促進學(xué)生的拔高與提升。

例如：通過常規(guī)的高中物理課程學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些基本概念、規(guī)律和物理模型，但由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與邏輯思維等因素的局限，學(xué)生研究的物理模型比較理想化，而現(xiàn)實生活中這種理想化模型是很少見的。因此，教師在尖子生培養(yǎng)中，根據(jù)強基計劃物理測試題中的內(nèi)容，為學(xué)生提供了豐富的打破了理想化對稱性的物理模型，指導(dǎo)學(xué)生拓展研究，探索如何將這些理想化、對稱性的模型運用到非對稱性研究對象的實際問題之中。為強化學(xué)生對物理模型的掌握和運用情況，教師十分重視日?？疾椋鶕?jù)引入強基真題以及真題變式對學(xué)生進行考核。如教師結(jié)合電學(xué)相關(guān)知識，為學(xué)生引入某高校強基測試物理試題：兩塊面積較大的金屬薄板間距d較小，面積均為S，兩金屬薄板分別有電荷量為Q和q，則兩者內(nèi)部電荷間的相互作用力為（? ）。并在此基礎(chǔ)上形成變式，對學(xué)生進行專題考查：現(xiàn)有一兩極板Q和q，由于不知道極板所帶電荷量正負，我們可以設(shè)q1、q2、Q1、Q2均為正電荷，空間中任一點的場強都是這4個電荷量各自產(chǎn)生場強的矢量和，而且我們知道處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為0，那么，在左側(cè)極板內(nèi)某點有向左的三個場強EQ1、EQ2、Eq2的矢量與向右的場強Eq1之間存在怎樣的關(guān)系？通過這樣的日?？疾?，教師能夠及時了解學(xué)生的知識掌握與運用情況，了解尖子生的潛能，為進一步教學(xué)指導(dǎo)做好準(zhǔn)備[3]。

綜上，做好日常考核是培養(yǎng)尖子生的重要途徑。教師結(jié)合各高校的強基計劃物理測試題為學(xué)生設(shè)計拔高習(xí)題，能夠促使學(xué)生更加深入地掌握物理學(xué)科的思想方法，進而以考促學(xué)，提升尖子生的培養(yǎng)效果。

結(jié)束語

總之，在高中物理教學(xué)中，對尖子生的培養(yǎng)不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生扎實的學(xué)科素養(yǎng)，更是培養(yǎng)學(xué)生強大的學(xué)習(xí)能力和終身可持續(xù)發(fā)展的必備品質(zhì)，讓學(xué)生擁有一顆強大的大腦，進而形成解決問題的洞察力和創(chuàng)造力。上文結(jié)合高中物理強基計劃對如何培養(yǎng)尖子生提出了幾點建議，為相關(guān)研究提供了參考，但是其中依然存在諸多不足。所以，教育工作者應(yīng)進一步展開教研，深入高中物理強基計劃研究，繼續(xù)探索物理尖子生的教學(xué)模式、方法、策略，從多方面探索，并結(jié)合實踐不斷完善尖子生的培養(yǎng)機制，為國家源源不斷地輸送拔尖創(chuàng)新人才。

參考文獻

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本文系2022年泉州市基礎(chǔ)教育教學(xué)改革專項課題“強基計劃背景下物理拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制創(chuàng)建與實踐研究”（立項批號QJYKT2022-121）的研究成果之一。