基于提升學(xué)生核心素養(yǎng)的高中物理習(xí)題教學(xué)

摘 要：高中物理課程注重提高學(xué)生核心素養(yǎng)，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面展現(xiàn)物理學(xué)科的育人功能。高中物理教材精心編排了多樣化的練習(xí)題目。在教學(xué)實(shí)踐中，教師需優(yōu)化教學(xué)策略，精心挑選那些能夠促進(jìn)物理觀念的形成、鍛煉科學(xué)思維、加強(qiáng)科學(xué)探究能力以及培育積極科學(xué)態(tài)度的習(xí)題，以此全方位提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；物理習(xí)題；教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0083-4

高中物理新教材充分體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)的精神，其物理習(xí)題涵蓋了廣泛的內(nèi)容、全面的素養(yǎng)，并與實(shí)際應(yīng)用緊密相連。特別是新司南版（魯科版）教材的習(xí)題設(shè)計(jì)，層次清晰，能夠針對不同層次學(xué)生的科學(xué)思維能力進(jìn)行有針對性的培養(yǎng)，使各層次學(xué)生通過習(xí)題練習(xí)，有效地對自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行自我評價。這一改進(jìn)打破了傳統(tǒng)教材習(xí)題數(shù)量較少、難度較低的局限，減少了教師依賴多本教輔材料來檢測學(xué)生學(xué)習(xí)漏洞的需求，有效減輕了學(xué)生的學(xué)業(yè)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［１］。在高中物理習(xí)題教學(xué)中，教師應(yīng)以物理課程目標(biāo)為導(dǎo)向，大膽創(chuàng)新教學(xué)策略，對習(xí)題的背景素材、設(shè)問角度、思維內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行革新，深入挖掘物理習(xí)題的育人價值，以全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

１ 物理核心素養(yǎng)及水平劃分

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的核心體現(xiàn)，通過物理學(xué)習(xí)，學(xué)生將逐步形成正確的價值觀、必備的品格和關(guān)鍵能力，為其終身發(fā)展、社會適應(yīng)及未來挑戰(zhàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面［２］，并可根據(jù)能力水平劃分為五個等級。

2 高中物理新教材的習(xí)題特點(diǎn)

以人教版教材為例，分析高中物理新教材的習(xí)題特點(diǎn)。人教版高中物理新教材在習(xí)題設(shè)計(jì)上進(jìn)行了顯著改進(jìn)，背景情境多樣化，緊跟科技進(jìn)步與社會發(fā)展的步伐；習(xí)題類型典型化，注重訓(xùn)練學(xué)生解決物理問題的能力；習(xí)題問題開放化，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［３］。從提升核心素養(yǎng)的角度來看，教材習(xí)題具備情境性、創(chuàng)新性、探究性和科學(xué)性等特征。

２．１ 物理習(xí)題的情境性

習(xí)題設(shè)計(jì)緊密結(jié)合真實(shí)的問題情境，運(yùn)用文字、圖像、表格、照片等多種形式進(jìn)行描述。例如，必修一第三章第５節(jié)的例題１，以幼兒園兒童滑梯為背景，探討了物理原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，如圖１（ａ）所示。由于場地的限制，滑梯的水平跨度設(shè)計(jì)為６ ｍ，兒童褲料和滑板間的動摩擦因數(shù) μ＝０．４，兒童能夠在滑板上滑下，那么滑梯設(shè)計(jì)至少應(yīng)多高？又如，必修一第四章章末習(xí)題Ｂ組第５題，通過圓珠筆在地鐵啟動過程中的擺動現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。題目描述了一位乘客在一根細(xì)繩下端綁上圓珠筆，并將其上端固定在地鐵的豎直扶手上，如圖１（ｂ）所示。在地鐵加速過程中，細(xì)繩偏離豎直方向，形成一個夾角θ。學(xué)生需用手機(jī)拍下細(xì)繩和圓珠筆運(yùn)動狀態(tài)的照片，并根據(jù)照片估算此時地鐵的加速度大小，這樣的習(xí)題設(shè)計(jì)既增強(qiáng)了學(xué)生對物理現(xiàn)象的理解，又培養(yǎng)了其解決實(shí)際問題的能力。

２．２ 物理習(xí)題的創(chuàng)新性

教材中的習(xí)題設(shè)計(jì)旨在促使學(xué)生運(yùn)用多種邏輯思維方法，如分析、綜合、抽象、概括、歸納與演繹等，來解決物理問題，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

必修一第三章章末習(xí)題Ｂ組第２題描述了一臺空調(diào)外機(jī)通過兩個三角形支架固定在外墻上，其中一個支架受到空調(diào)外機(jī)的壓力，該壓力恰好作用在支架橫梁和斜梁的連接點(diǎn)Ｏ的上方，大小為 ２００ Ｎ。橫梁 ＡＯ 水平，斜梁 ＢＯ 與橫梁的夾角為 ３７°，如圖２（ａ）所示。要求學(xué)生計(jì)算橫梁對O點(diǎn)的拉力大小和斜梁對O點(diǎn)的壓力大小。此外，題目還要求學(xué)生討論如果斜梁加長但連接點(diǎn)Ｏ位置和橫梁ＡＯ的水平狀態(tài)保持不變時，橫梁和斜梁對O點(diǎn)的作用力大小將如何變化。

必修二第八章章末習(xí)題Ｂ組第３題描述了一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在轉(zhuǎn)動過程中形成一個半徑為２０ ｍ的圓面，如圖２（ｂ）所示。已知風(fēng)速為６．０ ｍ/ｓ，風(fēng)向垂直于葉片形成的圓面，空氣密度為１．２ ｋｇ/ｍ3。題目要求學(xué)生計(jì)算在給定時間內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將圓面內(nèi)１０％的空氣動能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電功率。

這兩道題目都是典型的物理應(yīng)用題，要求學(xué)生將理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合，通過分析和計(jì)算來解決問題。這樣的習(xí)題設(shè)計(jì)不僅加深了學(xué)生對物理概念的理解，還鍛煉了他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

２．３ 物理習(xí)題的探究性

教材中的習(xí)題旨在加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，鼓勵他們大膽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

必修一第三章章末習(xí)題Ａ組第３題要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)來測量桌面與紙張之間的動摩擦因數(shù)μ。學(xué)生需要繪制實(shí)驗(yàn)的示意圖，詳細(xì)說明測量方案和具體操作步驟，并寫出用于測量的計(jì)算公式。這類題目旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、動手操作能力以及數(shù)據(jù)分析能力。

必修二第五章章末習(xí)題Ｂ組第２題描述了一個環(huán)保人員在工作中發(fā)現(xiàn)一根水平放置的排污管正在排出污水，且管道離地面有一定的高度（圖3）。環(huán)保人員僅有一把卷尺，需要估算該管道的排污量。學(xué)生需要寫出計(jì)算每秒鐘排出污水體積的表達(dá)式。這類題目要求學(xué)生運(yùn)用物理原理解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新能力。

教師在指導(dǎo)這類實(shí)驗(yàn)探究題時，應(yīng)鼓勵學(xué)生積極思考，勤于動手實(shí)踐，從而提高他們的探究能力和創(chuàng)新能力。通過這樣的習(xí)題訓(xùn)練，學(xué)生不僅能夠加深對物理知識的理解，還能夠?qū)W會如何將理論知識應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中。

２．４ 物理習(xí)題的科學(xué)性

高中物理教材習(xí)題設(shè)計(jì)旨在揭示事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律，同時注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。學(xué)生通過學(xué)習(xí)物理，逐漸培養(yǎng)出實(shí)事求是、堅(jiān)持不懈的科學(xué)態(tài)度，以及對環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約的責(zé)任感。

選擇性必修一第一章章末習(xí)題Ａ組第５題要求學(xué)生討論習(xí)題數(shù)據(jù)的科學(xué)性，以木槌打糍粑為情境，如圖 ４（ａ）所示。題目表述為：“已知木槌質(zhì)量為１８ ｋｇ，木槌剛接觸到糍粑時速度是２２ ｍ/ｓ，打擊糍粑０．１ ｓ后木槌靜止，求木槌打擊糍粑時平均作用力的大小?！比欢}目數(shù)據(jù)顯然不符合實(shí)際情況，這可能是為了引發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)真實(shí)性的質(zhì)疑，培養(yǎng)他們的批判性思維和科學(xué)態(tài)度。

必修第三冊第十三章第４節(jié)課后習(xí)題第３題以“天宮一號”太空授課為情境，要求學(xué)生根據(jù)地球半徑（６ ４００ ｋｍ）和天宮一號在軌運(yùn)行的軌道半徑（６ ７４０ ｋｍ），計(jì)算航天員在太空授課的實(shí)時畫面從“天宮一號”空間實(shí)驗(yàn)室傳到地面接收站的最短時間，如圖４（ｂ）所示。這類題目不僅考查學(xué)生對物理知識的理解和應(yīng)用，還旨在激發(fā)學(xué)生對航天科學(xué)的興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力和對太空探索的責(zé)任感。

這些習(xí)題的設(shè)計(jì)旨在通過真實(shí)或模擬的情境激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力和責(zé)任感。同時，也鍛煉了學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。教師在指導(dǎo)學(xué)生解答這類習(xí)題時，應(yīng)鼓勵學(xué)生保持批判性思維，對題目數(shù)據(jù)和分析過程進(jìn)行合理質(zhì)疑和驗(yàn)證。

3 高中物理習(xí)題教學(xué)的教學(xué)策略

高中物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)當(dāng)采用創(chuàng)新的教學(xué)策略，以提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

３．１ 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，形成物理觀念

習(xí)題教學(xué)應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，幫助學(xué)生形成清晰的物理觀念，并能夠正確描述和解釋自然現(xiàn)象。此外，學(xué)生應(yīng)學(xué)會運(yùn)用物理知識解決實(shí)際生活中的問題。例如，通過結(jié)合球類運(yùn)動引入拋體運(yùn)動的概念，分析不同運(yùn)動方式的共同點(diǎn)，從而建立拋體運(yùn)動的概念。然后，結(jié)合高考試題研究拋體運(yùn)動規(guī)律，如２０２３年全國甲卷第１題，分析鉛球在空中運(yùn)動過程中的物理特性。

３．２   進(jìn)行遷移發(fā)散，訓(xùn)練科學(xué)思維

習(xí)題教學(xué)應(yīng)注重一題多解、一題多問和一題多變的方法，以訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。例如，在學(xué)習(xí)速度選擇器時，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)其工作原理，并比較其他儀器與速度選擇器工作原理的相似之處。此外，高考試題中的行星追及問題，如２０２２年湖南卷第８題，考查同一平面內(nèi)運(yùn)動的物理原理，如圖５（ａ）所示。而２０２３年重慶卷第１０題則進(jìn)行了發(fā)散遷移，考查了衛(wèi)星在兩個不同平面內(nèi)的運(yùn)動情況，如圖５（ｂ）所示。通過以上教學(xué)策略，學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用物理知識，培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力，從而提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

３．３ 設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化科學(xué)探究

習(xí)題教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從多個角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、開展實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。例如，在測量重力加速度時，除了教材中使用的打點(diǎn)計(jì)時器和重錘方法，學(xué)生可以創(chuàng)新地嘗試其他實(shí)驗(yàn)方案，如利用井深和物體下落時間來粗略測量，或使用光電門和數(shù)字計(jì)時器、頻閃照相、滴水法、智能手機(jī)加速度傳感器，甚至利用單擺來測量重力加速度。這些實(shí)驗(yàn)方法可以激發(fā)學(xué)生的思維活力，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行能力。

３．４ 精選科技成就，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

習(xí)題教學(xué)應(yīng)融入時代熱點(diǎn)和科技成就，展示我國科技進(jìn)步，以此培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度和學(xué)以致用、客觀理性的科學(xué)精神。例如，可以討論２０１５年嫦娥三號登月探測器的著陸過程，要求學(xué)生計(jì)算探測器剛到達(dá)月球表面時的速度，如圖６（ａ）所示。嫦娥三號靠近月球以后，先在月面上方一定高度處懸停，然后關(guān)閉發(fā)動機(jī)，以１．６ ｍ/ｓ２的加速度勻加速下降，經(jīng)過２．２５ ｓ到達(dá)月面，求探測器剛到達(dá)月球表面時的速度。此外，可以探討明代宋應(yīng)星在《天工開物》中提出的測量弓力大小的方法：以足踏弦就地，秤鉤搭掛弓腰，弦滿之時，推移秤錘所壓。意思是：可以用腳踩弓弦兩端，將秤鉤鉤住弓的中點(diǎn)往上拉，弦滿之時，推移秤錘稱平，即可得到弓力的大小，原理如圖６（ｂ）所示。

總之，物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生深入剖析實(shí)際問題，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的全過程，包括提出問題、猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、質(zhì)疑和創(chuàng)新，從而全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［１］鄧?yán)?，蔣敏．從我國５版高中物理新教材的難度探索教材改革和發(fā)展路徑［Ｊ］． 物理教師，２０２１，42（１０）：２－７．

［２］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［３］許月仙，袁海泉．人教版高中物理新教材（必修部分）習(xí)題設(shè)置特征分析［Ｊ］．物理通報(bào)，２０２０（７）：１２４－１２９．

［４］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第一冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［５］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第二冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［６］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理選擇性必修第一冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．（欄目編輯 賈偉堯）