初中物理习题教学中学科核心素养的培育路径

2022-06-10李建，晏敏，阮享彬，李鸿

物理教学探讨 2022年5期

李建，晏敏，阮享彬，李鸿

摘要：基于物理学科核心素养，分析了初中物理习题教学的作用。从习题教学是促进学生物理观念形成的重要途径、习题教学是促进学生科学思维提升的重要方式、在习题教学中提升学生的科学探究能力、在习题教学中培育学生的科学态度与责任四个方面，结合教学案例，详细论述了初中物理习题教学中物理学科核心素养的培育路径。

关键词：初中物理;习题教学;核心素养;培育路径

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2022）5-0077-4

物理习题是利用所学物理知识和方法解决问题、提升学业质量、培养学生综合能力的重要途径和方式。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》在教学建议中明确指出“要从培养物理学科核心素养的视角审视习题教学的目的，应通过习题教学，使学生在科学思维、探究能力、实践意识、科学态度等方面得到有效提升”[1]。

1 初中物理习题教学的作用

1.1 巩固、深化对物理概念和规律的理解

学生在新授课上学习了新知识，初步掌握了所学的概念和规律，但其对应理解往往可能是表面的、片面的、孤立的。习题教学能较好地巩固所学知识，使学生在具体的应用中理解所学知识的内涵和外延，进而深化对物理概念和规律的掌握。

1.2 活化物理知识，扩大知识面

通过适当难度的综合题解答过程，有助于学生激活所学物理知识。习题中物理知识和实际情境的大量结合，可以拓宽学生视野，扩大其知识面，也成为其了解科学、关注生活的一种途径。

1.3 培养学生运用数学知识解决物理问题的能力

物理定律和公式多用物理量间的函数关系表示，而物理习题一般就是要以物理规律为指导，运用数学知识来描述物理過程和状态，解决具体问题。解决问题，首先应根据物理规律将物理问题转化为数学问题，然后再将数学问题按表达式中各量的物理意义转化为物理问题。“解决物理问题的能力”实质就是“转化”的能力，这可以通过解答物理习题达到。

1.4 教学效果反馈的主渠道

通过学生解答练习题，教师可以及时了解教学效果。准确地抓住学生学习中问题的症结，才能对症下药，做到因材施教，进而才能及时采取有效的措施进行教学补救，以铺平进一步教学活动的道路。

2 习题教学中物理学科核心素养的培育路径

2.1 习题教学是促进学生物理观念形成的重要途径

物理观念的形成包含形成观念和应用观念解决问题两个环节。通过习题教学，一方面，可以帮助学生巩固所学物理知识，加深对物理概念和规律的理解，促进学生物理观念的形成;另一方面，在解决问题的过程中，能引导学生从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能灵活应用所学的物理知识解决实际问题，能有效指导工作和生活实践。因此，习题教学中要注重从物理观念培养的视角进行习题设计和习题教学，习题教学中要“注重习题的设计研究，在习题教学上避免重复、过度练习，让问题解决真正发生”[2]。

案例1 流体压强与流速关系的习题设计与教学

习题设计：如图1所示，在高铁站或地铁站，离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线，人必须站在安全线以外的区域候车[3]。请运用所学知识分析以下问题：

（1）列车在行驶过程中会引起人和列车之间区域的大气压强发生什么样的变化？

（2）为什么当列车驶过时，如果人站在安全线以内，即使与车辆保持一定的距离，也是非常危险的？

（3）为确保人们候车安全，请结合所学的物理知识提出一条合理的候车建议。

分析：该习题源自生活中学生熟悉的真实情境，以分析论述题的形式呈现，通过分析解决问题的过程，让学生加深、巩固对所学流体压强与流速关系的认识和理解，有助于促进学生形成正确的运动与相互作用观念。

在习题教学中可以采用讨论交流、追问辩疑等方式引导学生从物理学的视角进行解释交流，让学生理解设置安全线的必要性及其物理机理，引导学生要遵守交通规则，以科学的方式保护好自己和他人的安全，切实促进学生物理观念的形成。

图2展示了初中物理习题教学中物理观念的培育路径。习题教学中要立足真实生活情境进行习题的深度设计，习题设计和教学中要注重引导学生熟悉所学物理知识和规律，培养学生描述、分析、解释、解决问题的能力。习题教学可以融合学生自主思考、讨论交流、表达展示、师生点评、实验演示、对比分析、教师追问等多种教学方式，促进其物理观念的形成。

2.2 习题教学是促进学生科学思维提升的重要方式

初中物理习题教学应指向真实问题的解决。解决问题的过程对学生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等能力的提升有重要的作用。

习题的求解过程是培养学生科学思维能力的重要途径。初中物理习题求解过程一般经历“审读题意，明确已知条件和问题解决”—“建构模型”—“科学推理”—“科学论证”—“规范解答”—“质疑创新”这样一个路径，具体如图3所示。

案例2 杠杆的习题设计与教学

习题设计：实际生活中人们常利用杆秤称物体，称量时使杆秤刚好水平平衡。已知秤砣重力为3.5 N，秤砣所在位置距离悬挂点0.12 m，物体所在位置距离悬挂点0.03 m，请运用所学知识求出物体的质量。

设计分析：该题立足生产生活实际，融入民间传统文化习俗，对学生应用物理概念和规律解决实际问题能力要求较高，分析求解过程对科学思维的培养有着重要的意义。991DD1D4-41A3-4A7F-B3D8-6A2A4DBC9817

解题分析：在研究、计算实际生活中的真实问题时，我们要引导学生学会抓住主要问题，忽略次要因素来建构我们所熟悉的物理模型。模型建构是解决实际问题，尤其是复杂问题的重要方法。本题中，将生活中用杆秤称物体的过程抽象成一个杠杆模型，如图4所示，再利用所建构的杠杆模型进行逐步分析求解。

习题教学中常用的科学推理包括演绎推理和归纳推理两类。学生通过对题目已知条件的分析、模型的建构，运用所学的物理规律进行演绎推理逐步求解得到答案。题目求解的方式方法应尽可能开放，习题的多种求解方法可以通过归纳推理进行总结，进而提炼解题思路和策略，真正促进思维的发散和方法的聚焦。习题的求解过程也是基于事实证据进行科学论证的过程。本题的求解过程如下：

根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，经演绎推理求得：

F2=■=■=14 N

因为G=F2

所以m=■=■=1.4 kg

故物体的质量为1.4 kg。

习题求解完后并不意味着问题解决的结束，还要养成对问题进行反思、对不同观点进行质疑和批判的习惯。该题中通过模型建构和科学推理逐步计算出了物体的质量，计算过程也比较简单，在求出物体质量后教师可以引导学生结合实际情况进行质疑和思考。

质疑思考：在实际生活中，我们看到使用杆秤时往往并不是水平平衡的，因此也有“平秤”“低秤”“旺秤”之说， “旺”一点儿的意思就是秤尾适当翘起。这样操作会导致对买卖哪一方有利？

学生可以通过建构模型进行分析。当“旺秤”时，秤砣再向杆尾移动一点才能达到水平平衡，即“平秤”状态。故“旺秤”时所购买的物品的质量略大于实际测出的质量，因此“旺秤”对买家来说是有利的。由此也可知“低秤”时对卖家有利。

初中物理习题课的质疑创新环节是课堂最为精彩和最动人之处，更是启发学生思维、培养学生的质疑创新能力、激发学生创造力的重要途径。

2.3 在习题教学中提升学生的科学探究能力

习题不仅仅包括日常纸笔练习的形式，还包括多樣化、开放性的设计、操作、实验探究活动等实践类形式，对学生科学探究能力的培育有着重要的意义。

案例3 小孔成像的习题设计

小孔成像是光的直线传播典型的应用之一，在这部分内容习题设计时可以采用学生自主实验探究的方式。

习题设计：利用纸杯、半透膜（保鲜膜）、蜡烛、火柴、牙签等基本材料，动手设计、制作一个小孔成像仪。利用小孔成像仪探究以下几个问题，并观察实验现象，收集记录证据，作出解释，和同伴交流探究成果（图5）：

（1）蜡烛烛焰通过小孔后成像的特点是什么？

（2）物体通过小孔成倒立的像的原因是什么？能否描述小孔成像的光学原理？

（3）小孔成像的形状与孔的形状是否有关？

（4）实验中有哪些不足？可以进行怎样的优化？

（5）实验中还有哪些新发现或疑惑？请结合自己的思考提出问题，展开探究，并记录实验现象和数据，交流表达自己的观点。

分析：实践类的习题能很好地培育学生的科学探究能力。该习题中学生活动与对应的科学探究能力培养的关系如表1所示。

学生利用身边的器材，自己动手开展科学探究活动，经历问题与猜想、设计实验、准备材料、动手实验探究、观察现象、分析解释论证、评估交流的过程，其科学探究能力也逐步得到培育。

2.4 习题教学中培育学生的科学态度与责任

初中物理习题教学中培养学生的科学态度与责任可以从习题设计和习题教学两个部分展开。习题设计要尽可能立足真实情境，关心社会热点，关注科技前沿，融入传统文化，积极开展跨学科实践。习题教学上要积极弘扬核心价值理念，强化责任意识和社会担当，认识科学本质，培养科学态度，关注人和自然的可持续发展，这也是体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”[4]的课程理念。

真实生活中的问题往往是复杂的，需要多个学科的知识综合应用才能解决，初中物理习题教学中可以积极开展跨学科实践活动，并在跨学科实践活动中逐步培养学生的科学态度与责任。

案例4 跨学科实践——简易杆秤的设计与制作

习题设计：杆秤是我国民间常用的一种测量质量的工具（图6），包含着丰富的传统文化，也集聚着我国劳动人民的智慧。请结合所学知识思考下列问题并完成相应的实践探索：

（1）查阅相关资料，了解我国杆秤的发展史和制作工艺。

（2）设计一个简易杆秤的制作方案。

（3）动手制作一个简易杆秤，并用它来测量身边物品的质量。

分析：该习题中教师引导学生查阅相关资料，了解我国杆秤的发展史和制作工艺，并设计、制作一个简易杆秤，既是物理、工程、历史的跨学科融合，也是科学和人文的融会贯通。在培养学生动手能力的同时，通过了解我国杆秤的发展史和制作工艺，促进学生科学态度与责任的培育。

3 结束语

初中物理习题教学中注重学生物理学科核心素养的培育，可以让学生感受到物理习题来源于生活常见的真实情境。学生在解题过程中感受到了生活的乐趣、物理的实用性和物理学科的魅力，激发了学生学习物理的兴趣，在发展学生物理观念、科学思维、科学探究等素养的同时，也培养了其严谨、求实的科学态度。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：55.

[2]王绍刚，李建，李鸿.浅析基于深度学习的初中物理习题设计策略[J].物理教学探讨，2021，39（9）：25-27.