科學(xué)推理視角下高中物理教材習(xí)題分析
——以人教版物理必修1為例

周玉龍

(江蘇省灌南縣第二中學(xué),江蘇 連云港 222500)

科學(xué)推理視角下,物理學(xué)科習(xí)題教學(xué)的育人價(jià)值逐漸顯現(xiàn),高中物理教師以人教版物理必修1教材習(xí)題為切入點(diǎn),統(tǒng)計(jì)分析習(xí)題,鍛煉高中生的科學(xué)推理能力,使學(xué)生在信息整合、思維拓展、認(rèn)知發(fā)展、實(shí)踐操作等方面全面進(jìn)步.基于新課標(biāo)要求,高中物理教師在指定版本的教材習(xí)題中探索科學(xué)能力培養(yǎng)路徑,以此深化物理教學(xué)改革,并面向社會輸送高質(zhì)量科學(xué)推理人才.可見,該論題具有探究必要性和重要性,具體內(nèi)容如下.

1 基于高中物理的科學(xué)推理類型及界定

科學(xué)推理分為六種形式,分別是守恒推理、比例推理、相關(guān)推理、概率推理、假設(shè)演繹推理、控制變量推理[1].守恒推理即個(gè)體總結(jié)得出事物本質(zhì)不變,以及事物間關(guān)系不變的兩個(gè)結(jié)論.物理學(xué)科在守恒推理引導(dǎo)下,所設(shè)計(jì)題目主要考查守恒定律應(yīng)用、守恒關(guān)系應(yīng)用,學(xué)生在習(xí)題解答環(huán)節(jié)要圍繞不變量拓展解題思路.比例推理主要是根據(jù)物理量之間比例情況進(jìn)行問題求解,在高中物理學(xué)科中的比例推理表現(xiàn)為:通過題干信息推理或以函數(shù)、公式得出物理量間比例關(guān)系;借助已有比例關(guān)系進(jìn)行推理.相關(guān)推理指變量間變化關(guān)聯(lián),物理學(xué)科中,相關(guān)推理類習(xí)題主要考查物理量之間關(guān)系情況,解題思路即探索物理量間的相關(guān)性.概率推理指特定過程或特定結(jié)果,物理學(xué)科中涉及概率推理題,多為概率計(jì)算題.假設(shè)演繹推理即遵循猜想、假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的步驟,物理學(xué)科中這類推理的題目主要考查物理原理,針對題目的結(jié)果進(jìn)行假設(shè)或證明.控制變量推理重點(diǎn)圍繞單變量問題戰(zhàn)況分析,這一推理思想下,物理學(xué)科題目主要考查控制變量法的運(yùn)用,通過多個(gè)變量一致進(jìn)行求解[2].

2 當(dāng)前高中物理教材習(xí)題分析的現(xiàn)實(shí)意義

物理教材由多個(gè)部分組成,其中,習(xí)題分布在知識點(diǎn)之后,通過習(xí)題分析來檢驗(yàn)知識教學(xué)情況、知識掌握情況.新課改視域下,高中物理教材的習(xí)題分析活動如火如荼地進(jìn)行,物理教師一般在教材知識點(diǎn)講解后,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行習(xí)題訓(xùn)練,幫助其深入理解知識,進(jìn)一步鞏固知識.習(xí)題分析時(shí),物理教師貼近教材知識點(diǎn),并緊密聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活,以此提高物理教學(xué)有效性,達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目的[3].

3 科學(xué)推理視角下高中人教版物理必修1教材習(xí)題分析

科學(xué)推理能力培養(yǎng),是物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵.高中物理教師應(yīng)充分借助習(xí)題教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力,以此促進(jìn)學(xué)生均衡發(fā)展,并逐步深化高中物理教學(xué)改革.新課標(biāo)視域下,圍繞高中人教版物理必修1教材分析習(xí)題,深入挖掘習(xí)題中的科學(xué)推理元素,探索科學(xué)推理能力培養(yǎng)的有效路徑.

3.1 習(xí)題統(tǒng)計(jì)與分析

從科學(xué)推理角度出發(fā),高中人教版物理必修1教材的科學(xué)推理類習(xí)題主要分布在練習(xí)與應(yīng)用部分、復(fù)習(xí)與提高部分.其中,練習(xí)與應(yīng)用部分的習(xí)題形式為計(jì)算、簡答、分析、填表,習(xí)題作用即知識鞏固、知識應(yīng)用;復(fù)習(xí)與提高部分習(xí)題形式為計(jì)算、討論、作圖、簡答,其作用即復(fù)習(xí)強(qiáng)化、綜合應(yīng)用[4].六類推理在各部分的占比不同,其中,概率推理的占比為0,比例推理的占比相對較高,其次是假設(shè)演繹推理以及控制變量推理.從教材的章視角來分析五類科學(xué)推理題目數(shù)量,比例推理題目主要分布在第四章,最多為20個(gè);相關(guān)推理題目主要分布在第一章,最多為15個(gè);守恒推理主要分布在第三章,最多為五個(gè);假設(shè)演繹推理分布在第二章和第三章,最多為15個(gè);控制變量推理主要分布在第四章,最多為五個(gè).

假設(shè)演繹推理在高中人教版物理必修1教材的第二章復(fù)習(xí)與提高部分,以A組習(xí)題6為例,習(xí)題內(nèi)容:已知一物體做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動.該物體在前1 s內(nèi)、前2 s內(nèi)、前3 s內(nèi)的位移分別是x1,x2,x2…在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)的位移分別是xⅠ,xⅡ,xⅢ,…,在各個(gè)連續(xù)相等時(shí)間T內(nèi)的位移分別是s1,s2,s2,…,sn,證明:x1∶x2∶x2…=1∶4∶9∶…;xⅠ∶xⅡ∶xⅢ…=1∶3∶5∶…;Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2.

A組習(xí)題6是典型的假設(shè)演義推理題,以高中物理學(xué)科的勻加速直線運(yùn)動這一知識為切入點(diǎn),以假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)與結(jié)論是否一致的步驟來考查勻變速直線運(yùn)動公式.一般來說,多數(shù)高中生會機(jī)械記憶、硬性背誦,未真正掌握其中的物理原理,這并不符合物理新課程標(biāo)準(zhǔn)要求.科學(xué)推理視角下,高中物理教師要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的推理思想,引導(dǎo)學(xué)生理解勻變速直線運(yùn)動公式,靈活運(yùn)用推理思想、推理方法對A組習(xí)題6的結(jié)果進(jìn)行證明,根據(jù)物體以初速度0、加速度a做勻加速直線運(yùn)動這一已知條件,列出與時(shí)間對應(yīng)的位移公式,接下來借助比例約去相同項(xiàng),所得到的比值與求證比值相一致.

3.2 基于習(xí)題鍛煉科學(xué)推理能力的路徑

3.2.1做足課前準(zhǔn)備工作

教師開展習(xí)題教學(xué)之前,首先要做好課前準(zhǔn)備工作,即全面掌握教材內(nèi)容、教學(xué)重(難)點(diǎn),并充分了解班級學(xué)生情況.在此基礎(chǔ)上針對習(xí)題分層,讓班級學(xué)生在各層習(xí)題訓(xùn)練中提高科學(xué)推理能力,從整體上優(yōu)化高中物理科學(xué)推理能力培養(yǎng)效果.人教版物理必修1教材面向?qū)W生進(jìn)行基礎(chǔ)知識鞏固、綜合技能訓(xùn)練,習(xí)題重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生物理觀念、拓展學(xué)生科學(xué)思維,這一版本教材具有基礎(chǔ)性和普適性.教材習(xí)題教學(xué)能夠契合新課標(biāo)下物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo).基于此,物理教師要細(xì)致掌握人教版物理必修1教材習(xí)題布設(shè)情況,了解習(xí)題考查方向,從中獲知各層次習(xí)題的水平結(jié)構(gòu),使習(xí)題任務(wù)布置工作有的放矢,確保班級學(xué)生在習(xí)題解答中拓展物理思維、強(qiáng)化科學(xué)推理能力.人教版物理必修1教材的練習(xí)與應(yīng)用部分的習(xí)題以基礎(chǔ)知識扎實(shí)、基礎(chǔ)知識應(yīng)用為訓(xùn)練目的,復(fù)習(xí)與提高部分的習(xí)題則側(cè)重知識點(diǎn)回顧、溫習(xí),并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提高綜合運(yùn)用能力.可以看出,兩部分習(xí)題的分工不同,物理教師要循序漸進(jìn)完成習(xí)題教學(xué)任務(wù),既要體現(xiàn)層次感,又要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,讓學(xué)生主動接受知識,調(diào)動其求知欲,使學(xué)生在科學(xué)推理能力提高中發(fā)揮能動性[5].

3.2.2整合習(xí)題資源

教材習(xí)題是基礎(chǔ)知識的鞏固,以及課內(nèi)知識的外延,習(xí)題資源豐富程度反映出新課標(biāo)下高中物理教學(xué)效果,并直接影響科學(xué)推理水平.基于此,物理教師要重視習(xí)題資源優(yōu)整,為學(xué)生盡可能提供豐富的習(xí)題資源,讓學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練中拓展思維,引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多方面思考,探索適合的學(xué)習(xí)方式,從中鍛煉思維能力和實(shí)踐能力,這對于學(xué)生的個(gè)人發(fā)展和日后學(xué)習(xí)具有重要影響.人教版物理必修1教材習(xí)題練習(xí)中,教師要將習(xí)題功能最大化,利用互聯(lián)網(wǎng)信息平臺搜集更多習(xí)題,讓學(xué)生通過多類型習(xí)題解答進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)推理能力.一般來說,習(xí)題資源生活化提取與應(yīng)用,能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,并能加強(qiáng)理論與實(shí)踐間的聯(lián)系.對此,物理教師要合理設(shè)置生活化情境,為習(xí)題教學(xué)提供良好條件,其中,必修1教材中力和運(yùn)動的習(xí)題教學(xué)要緊密聯(lián)系具體情境,如登月探測器發(fā)射、載人飛船發(fā)射、清潔能源供電等,科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步,社會持續(xù)發(fā)展.高中生通過學(xué)習(xí)這類習(xí)題,逐漸強(qiáng)化科技強(qiáng)國意識,聯(lián)系到個(gè)人,學(xué)生的學(xué)習(xí)動力強(qiáng)勁,學(xué)習(xí)目標(biāo)明確.習(xí)題考查的過程中,物理教師從知識內(nèi)化、知識應(yīng)用、科學(xué)推理能力強(qiáng)化等多角度考查,客觀了解習(xí)題教學(xué)效果,掌握學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練中的優(yōu)缺點(diǎn),為接下來習(xí)題教學(xué)策略調(diào)整提供依據(jù),確?？茖W(xué)推理能力提升工作常態(tài)化開展.

3.2.3注重推理過程

3.2.4創(chuàng)新習(xí)題教學(xué)模式

要想基于物理習(xí)題取得科學(xué)推理能力培養(yǎng)的良好效果,物理教師應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)模式,以此提高教學(xué)效率、優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量,促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)大幅提升.其中,組間協(xié)作學(xué)習(xí)模式在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)用,這不僅能夠增強(qiáng)高中生的主體地位和,還能增進(jìn)師生間、生生間的友誼,使組內(nèi)成員在習(xí)題討論中形成科學(xué)探究意識.同時(shí),通過組員智慧碰撞實(shí)現(xiàn)取長補(bǔ)短,從整體上提高認(rèn)知水平、鍛煉推理能力.仍以高中人教版物理必修1教材的第二章復(fù)習(xí)與提高部分的A組習(xí)題4為例,教師為班級學(xué)生提供充足討論時(shí)間,讓學(xué)生圍繞“兩人手臂間夾角大小與省力情況”展開分析,組內(nèi)成員結(jié)合經(jīng)驗(yàn),并借助物理知識,猜想、計(jì)算、實(shí)踐體驗(yàn),最終推導(dǎo)出結(jié)論.

綜上所述,高中物理教學(xué)改革期間,物理教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力,基于習(xí)題教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理理念,鍛煉學(xué)生綜合能力,促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.物理教師還應(yīng)做足課前準(zhǔn)備工作、整合習(xí)題資源、注重推理過程、創(chuàng)新習(xí)題教學(xué)模式,以此優(yōu)化科學(xué)推理能力的培養(yǎng)效果.