融入立德树人任务的物理习题教学

吴洪文

摘 要：在物理习题教学中，应用STSE素材，渗透品德教育，提升公民素养;融入STSE关系，加强社会责任感;融入核心价值，培养责任担当意识;利用国家大工程，增强民族自信;浸润优秀传统文化，增强文化自信;关注大科学工程，培养探索自然内在动力;从科学本质认识自然，形成正确的世界观。让学生在“做题”中学会“做人”，落实立德树人的根本任务。

关键词：立德树人;物理习题教学;STSE教育

随着党的教育方针的时代演进，素质教育的重心逐渐转向了德育。作为教育“指挥棒”和改革龙头的高考，教育部考试中心依据《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》构建了“一体四层四翼”的高考评价体系，加强对德育的考查，引导学生从“解题”到“解决问题”，从“做题”到“做人做事”，彰显素质教育的鲜明导向。在以纸笔考试为主的评价方式当中，习题教学是学科教学的重要组成部分，是物理教学中实现应用物理知识的一种重要形式，也是实现从“做题”到“做人做事”的重要途径。

在物理习题教学中如何融入立德树人的任务？首先需要有合适的问题情境，STSE素材的习题能提供真实的问题情境，是融入立德树人任务的基础。STSE教育（科学Science. 技术Technology. 社会Society. 环境Environment）强调科学、技术与社会、环境的相互关系，重视科学技术在社会生产、生活和社会发展中的作用，是指导和实施物理学科教育的新理念。有了STSE素材提供的问题情境，还要运用灵活多样的手段，以多元的方式进行渗透融合。在物理习题教学中，应用STSE素材，多元渗透融合，能让学生在“做题”中学会“做人”，实现党的十九大报告提出的“落实立德树人根本任务”的目标。下面笔者结合教学实践，探讨物理习题教学中融入立德树人任务的方法与途径。

一、渗透品德教育，培养有良好公民素养的人

目前很多任课教师只负责教书，品德教育工作主要由班主任承担，特别是理科教师，认为理科知识技能中无法融入育人目标。实际上，在课堂教学中，只要合理利用教学素材，都能渗透品德教育，落实育人目标。

STSE习题有实际背景，习题教学过程中能很自然地渗透品德教育，达到“润物细无声”的育人效果。如2013年四川高考理综试卷中提到了“中国式过马路”（图1）造成的严重后果，呼吁科学设置交通管制，人人遵守交通规则，保证生命安全。教师在教学生“做题”的过程中，也教学生“做人”，彰显物理STSE习题的育人价值。还有在分析风筝的受力情况时，讲述放飞的风筝可能造成的安全隐患;在研究孔明灯的热学原理时，提醒学生注意由此可能引发火灾等。教育学生在进行活动时，要顾及他人，要有安全责任意识，做有良好素养的公民。

【案例1】高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50 g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下，与地面的撞击时间约为2 ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为多大。（改编自2018年高考理综全国Ⅱ卷15题）

“高空坠物很危险！”每一幢高楼都会有这样的警示，但很多学生不清楚高空坠物究竟有多大的破坏力，为什么一定要禁止？通过对这一物理过程的分析计算，可以估算出该鸡蛋对地面产生的冲击力大小达到1000 N，如果砸到行人，将会造成很大的伤害！比起苍白的说教，物理学更强调对现象进行科学的实证分析。习题教学过程中，我们还可以对计算结果进行实验验证，让鸡蛋从五楼落下，观察其冲击力造成的破坏，以物理学实证研究的方式对“高空坠物”进行科学的研究分析。这一教学过程既使学生掌握了相关的知识与技能，也从物理原理的层面讲述高空坠物的危害，对其破坏力有了深入的认识，从而更自觉地杜绝这种行为的发生。这一源自生活的STSE素材習题教学过程，对提升学生的公民素养有较好的效果。

对在高速行驶的汽车上抛撒杂物的行为，不少学生认为与平时乱扔垃圾没有什么不同。在学习运动的相对性时，让学生分析这样的问题：两辆车以80 km/h的速度相向而行，在其中一辆车上扔出一个矿泉水瓶，砸到对面行驶的车上。运用相对运动原理分析后，学生吃惊地发现，矿泉水瓶相当于以160 km/h的速度砸在车上！进一步拓展分析：如果矿泉水瓶换成破坏力更大的铁片，后果将不堪设想，这也是造成“最美司机吴斌”牺牲的原因。经过这一习题的教学之后，学生从物理学角度认识到这种现象可能造成的可怕后果，对此印象深刻。

二、融入STSE关系，培养有社会责任感的人

物理学科知识与生产生活、现代社会及科技发展联系紧密。选择社会热 问题，将学科知识融入生活，能引导学生关注社会，关注科技所引起的社会问题，让学生在解决实际问题的过程中增强社会参与意识和社会责任感。

【案例2】以“病人家属状告手机生产商”的新闻引出电磁污染的科技与环境话题，布置学生搜集相关材料，为控方与辩方科技专家提供辩论素材。

这不同于常规的习题训练，其强调搜集证据、解释交流，在实际问题情景中解决问题，有助于提升学生的核心素养。在解决问题的过程中，学生将自己融入对这一社会事件的处理中，关注到物理学技术的应用带来的社会问题，培养了学生的社会参与意识和社会责任感。英国理科教材《社会中的科学与技术》“核电站”专题中，以社区会议的形式讨论核废料的处理等问题，学生分别扮演核电专家及核电站附近居民，从中尝试从社会的角度思考和分析问题，在讨论交流中认识、理解STSE的关系，形成应有的社会参与意识和社会责任感。

三、融入核心价值，培养有责任担当意识的人

在习题教学中利用社会上发生的各种事件，特别是学生感兴趣的热 新闻事件，能有效渗透责任担当意识教育，育人效果良好。

【案例3】《超重和失重》一课选用了“中国第一高楼——上海中心大厦”的新闻报道：日本三菱电机公司将为中国第一高楼——上海中心大厦设计制造3台超高速电梯，运营速度达到每秒18米！已经超越由日本日立电梯公司制造的秒速16.83米的台北101大厦高速电梯，成为当时全球最快的电梯。一位同学在地下二层登上电梯，在电梯运行过程中记录到如下数据：电梯启动约25秒后达到最高速度，维持10秒左右后逐步减速，只需55秒就到达了119楼观景台。由此展开一系列关于电梯中超重和失重问题的讨论与计算分析，提升学生在真实情景中运用知识解决实际问题的能力。最后提醒学生留意，为我国最高的建筑配置高速电梯的是日本公司，原来的高速电梯纪录也是日本公司创造的。我们希望看到中国创造，希望同学们能扛起中国创造的大旗，中国创造的未来靠你们！

这一融入社会责任担当意识的核心价值观教育收获了令人惊喜的效果：一年之后，班上的林*海同学在高二学年结束时，给笔者的留言中写道：“我希望以后能有所成就，建设家乡。在高一上学期您留下的一句‘日本的电梯已发展到这种程度，以后中国就靠你们了’对我影响非常大。”我们的教学不只是知识的传授，还有核心价值的渗透，物理习题教学要通过STSE素材背景，突出物理学科独特的育人功能与价值导向，引导学生形成正确的人生观，培养有责任担当的人。

四、利用国家大工程，培养有民族自信的人

物理学是工程技术的基础，有很多物理习题以工程技术为背景，使学生感受物理学在实际中的应用。当前物理学科高考试题情境的设计，非常注意结合当代中国的重大科技成果，展示我国科学技术日新月异的进步。比如，2017年高考理综全国1卷第17题，以国家大科学工程“人造太阳”为背景，考查学生对核聚变反应规律和质能方程的理解和运用。在教学中结合试题的STSE素材背景，介绍当今社会面临的能源问题，“人造太阳”就是进行可控核聚变的托卡马克核试验装置，此项国家大科学工程在2016年11月取得重大突破，成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的实验装置。如果能实现可控核聚变的商业运行，将解决我国的能源问题，前途光明！学生对此非常感兴趣，很专注地听，激动之情溢于言表。下课后，有几个学生马上通过教室的电脑查询相关介绍，进一步关注国家大科学工程的进展。

还有2018年高考理综全国Ⅲ卷第14题，以“天舟一号”与“天宫二号”首次交会对接为问题背景，试题素材时代感强，使学生在“做题”时有阅读科技新闻的感觉，了解祖国在航天领域取得的巨大成就，有效激发学生锐意进取、振兴祖国的使命感和责任感。近两年出现在高考试题中的国家大科学工程还有“中国天眼”、电磁监测试验卫星“张衡一号”、新一代大型喷气式客机C919、首艘货运飞船“天舟一号”、港珠澳大桥、复兴号高铁等。选用这样背景的习题进行教学，是培养学生的民族自信心和自豪感的有效途径。

五、浸润优秀传统文化，培養有文化自信的人

中华民族历史悠久，有深厚的传统文化积淀，其中不乏与物理学相关的内容。习题教学中将物理原理与优秀传统文化相融合，有助于增强学生的文化自信。如人教版物理选修3-1，结合尖端放电现象介绍了武当山“雷火炼殿”现象，学生在惊叹现象神奇的同时感受到祖先的智慧。又如气体状态变化与民间治疗技艺“拔火罐”，圆周运动与民间杂技“飞车走壁”，绝热压缩与“景颇族 火器”等。

【案例4】明朝谢肇淛的《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游僧见之曰：无烦也，我能正之。”这位不知名的“技术型”游僧采用的方法是这样的：他制作了很多木楔（如图2），每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，每敲一块木楔进去，塔身倾斜的一侧会提升少许，经一个多月的努力，扶正了塔身。请分析游僧扶正塔身运用的物理学原理。你还有其他方法扶正塔身吗？（改编自2018年天津高考理综卷第7题）

此题把传承中华优秀传统文化与物理学科知识巧妙结合起来，让学生感受文化魅力，思考文化传承，增强文化自信。作为一线教师，收集这样的素材相对困难，高考命题专家为我们提供了这方面的素材，我们应该充分利用其多方面的育人价值，使学生在掌握物理知识与技能的同时，能浸润在祖国优秀的传统文化当中。

六、关注大科学工程，培养有探索自然内在动力的人

将物理学的基本概念、规律与国家经济社会发展、科学技术进步紧密联系起来，能凸现物理学科特 ，强化关键能力，在培养灵活运用物理知识和方法解决实际问题能力的同时，激发学生探索自然的欲望。

【案例5】扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，工程师利用电磁阻尼来快速衰减其微小振动。如图3所示，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加合适的磁场。要对紫铜薄板上下及左右振动的衰减都有效，作图说明你的磁场施加方案，并阐述其中的物理原理。（改编自2017年高考理综全国Ⅰ卷第18题）

图3

扫描隧道显微镜对多数人是神秘的大科学仪器，工作原理比较复杂，但当中也有高中物理中讲过的部分，将其简化后开发为习题，教学价值比较高，能使学生认识到探索自然的方法手段并非高深莫测，现在学习的内容在大科学工程中也有应用。类似的素材还有电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等。将课堂所学的知识应用于实际生活中，特别是大科学工程，能提升学生主动解决问题的欲望，有助于培养学生理论联系实际的能力，让学生通过解决具体的生活问题而找到学习物理的成就感，形成探索自然的内在驱动力。

七、从科学本质认识自然，培养有正确世界观的人

物理是一门自然科学，通过STSE素材的思辨分析类习题教学，能帮助学生建构关于自然界的物理图景，培养学生科学思维习惯，形成科学态度与价值观，有着独特的育人价值。

【案例6】中国台湾《联合报》2010年7月27日报道一栋“倒霉”的房子被撞的消息：26日凌晨，一辆满载水泥的大货车行经宜兰县二号线滨海公路接九号线的90度弯路时，车身甩尾，上百包水泥抛进路边的房子中。面对一片狼藉的家，房子的主人林基全说“习惯了！”因为这只是林家30年来200多次被撞中较为普通的一次，而最惨的一次，柱子被撞倒、平房半倒，只好重建为三层楼。林家频繁遭遇车祸，最高纪录曾一天三撞，为什么这栋房子“运气”这么差，是巧合还是有某些规律可循，请阐述你的观 ，并用相关规律证明。

这是学习“离心现象”时的习题设置，通过这一习题的教学，引导学生从物理学的角度分析自然现象发生的原因，克服超自然的唯心观影响，帮助学生从物理学视角认识自然、理解自然，有助于其形成科学的世界观。还有在学习“放射性现象”时，以“放射性污染形成所谓‘凶宅’”为问题背景设置习题，使学生意识到看不见的射线就是隐藏在背后的“健康杀手”，没有超自然的力量支配世界，引导学生养成用科学的思维方法分析研究自然现象的习惯。

教师是培养人的职业，育人首要培养的是学生良好的品德修养，要通过多种形式的教学活动增强学生社会责任感，形成科学的态度和价值观。育人方式多元，途径多种，生产生活中有许多育人素材，只要善于利用渗透、融合的手段，物理STSE习题教学就能实现多方面的育人目标，为落实立德树人的根本任务提供有力保障。

参考文献

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