基于布鲁姆教育目标分类理论的高三物理一轮复习教学策略*——以“气体实验定律在生活中的应用”为例

董友军

(北京师范大学广州实验学校 广东 广州 510700)

朱建山

(深圳市光明区马山头学校 广东 深圳 518106)

皮飞鹏

(广州大学物理与材料科学学院 广东 广州 510006)

在高三物理教学过程中，根据学生学习规律、物理知识特点，高三物理备课组长一般规划两次循环复习：第一次循环复习以教材目录为序、以知识点为心、向四周辐射进行教学，教学过程注重知识深度，强调知识理解，俗称“一轮复习”；第二次循环复习以高考重点为序、以知识块为面、向四周扩散进行教学，教学过程注重知识宽度，强调知识的联系，俗称“二轮复习”．本文以人教版物理选择性必修第三册第二章第2节和第3节为基础，提炼出“气体实验定律在生活中的应用”为复习内容，探索基于布鲁姆教育目标分类理论的高三物理一轮复习教学策略．

1 布鲁姆教育目标分类理论

布鲁姆把教育目标按照知识与认知过程进行分类，如表1所示，知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认知知识，并按照抽象程度从低到高排列，即事实性知识抽象程度最低、元认知知识抽象程度最高；认知过程分为记忆、理解、运用、分析、评价、创造，并按照认知本身的复杂程度从低到高排列，即记忆复杂程度最低，创造复杂程度最高[1]．布鲁姆教育目标分类理论指出，学生的学习有不同类型，由于各种类型的学习有不同的学习过程，因此会产生不同的学习结果．而且不同类型的学习目标，要求不同的教学方法，若是相同的学习目标，不管学科有何不同，也要求用相似的教学方法．布鲁姆教育目标分类理论，既有助于教师理解各式术语、提高教学精度，也有助于教师考虑多种可能、提高教学广度，还有助于教师理清知识层次，提高教学效度．

表1 布鲁姆教育目标分类表

2 认知过程与物理规律水平的对应关系

学业质量是学生在完成本学科课程学习后的学业成就表现．高中物理学业质量根据问题情境的复杂程度、知识和技能的结构化程度、思维方式或价值观念的综合程度等划分为不同水平．每一级水平皆包含物理学科核心素养的4个方面，主要表现为学生在不同复杂程度情境中运用重要概念、思维、方法和观念等解决问题的关键特征[2]．高中物理学业质量分为5级水平，既是教师命题和评价的重要依据，也是高中学业水平考试命题的重要依据，其中学业质量水平2是用于“学考”的命题依据，学业质量水平4是用于“高考”的命题依据[2]．普通高中物理新课程标准(2017年版2020年修订)对物理规律进行了5个水平划分[2]，表2给出了物理规律水平与认知过程的对应关系．

表2 认知过程与物理规律水平

3 基于布鲁姆教育目标分类理论的高三物理一轮复习教学案例

布鲁姆教育目标分类理论的目标陈述格式为“认知过程+知识”，即先指出认知过程，后指出知识．以“气体实验定律在生活中的应用”为例，其教育目标陈述为“应用气体实验定律”，因为应用的认知过程对应运用，气体实验定律的知识对应概念性知识，所以“气体实验定律在生活中的应用”在分类表中对应为“运用概念性知识”．本节复习教学过程分为两个教学环节，即知识整理与知识应用．根据布鲁姆教育目标分类理论，知识整理中包含记忆概念性知识、理解概念性知识、分析概念性知识，知识应用中包含运用概念性知识、分析概念性知识、评价概念性知识、创造概念性知识．从而使复习过程覆盖了全部的认知过程，让高三物理一轮复习更加完整、更加深刻．

3.1 环节1——知识整理

知识整理是指对某个知识点的相关知识进行收集、归纳、分类，使知识有系统、有层次、有条理．通过知识整理，能够让本知识点全面准确呈现，既可以减轻学生负担，也可以提高教学效率．

师生活动：学生默写理想气体状态方程

教师根据近10年物理高考题中气体体积的变化情况，对理想气体状态方程进行分类.

(1)一一对应型，即从一个体积状态变为另一个体积状态，其公式为

(2)一分为二型，即从一个体积状态变为另两个体积状态，其公式为

(3)合二为一型，即从两个体积状态变为一个体积状态，其公式为

教师要提醒学生，以上3种类型成立的条件是气体体积变化过程中质量不变，即公式等号两边气体的质量不变．在解答实际问题中，先构建“物理模型”，即把生活情境转化为物理模型，再采用“化变为恒”，即把变质量过程转化为恒质量过程，最后应用理想气体状态方程进行求解．

设计思路：引导学生默写理想气体状态方程，对应教育目标分类表的记忆概念性知识．把理想气体状态方程进行分类，降低学生应用难度，提高解决问题的能力，对应教育目标分类表的理解概念性知识．并让学生注意3种类型的条件和解题思路，对应教育目标分类表的分析概念性知识．

3.2 环节2——知识应用

知识应用主要是指把知识在生活中进行应用．物理知识从生活中来，也应该回到生活中去，这不但可以激发学生学习兴趣，也可以促进学生理解物理知识，还可以培养学生解决实际问题能力．认知心理学表明，要让学生真正理解知识，最有效的方式就是把知识应用于生活[3]．

3.2.1 应用1 “一一对应”型

师生活动：教师先向茶宠灌一些水，再把热水淋在茶宠身上(图1)，请学生解释为什么青蛙就会喷水.教师引导学生首先建立物理模型(图2)，当热水淋在茶宠身上时，茶宠里面的空气温度升高，由于茶宠里面空气质量、体积不变，根据

图1 青蛙喷水照片

图2 青蛙喷水模型

可知茶宠里面空气压强变大，因此青蛙就会喷水．

教师再展示2021年高考广东物理试题：在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧．下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同．由此可判断，高空客舱内的气体压强______(选填“大于”“小于”或“等于)”机场地面大气压强．学生进行分析：瓶盖拧紧表示矿泉水瓶中空气质量不变，机场地面温度与高空客舱内温度相同表示温度不变，矿泉水瓶变瘪了表示体积变小了，根据

可知压强变大，即高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强．

设计思路：教师首先引导学生审题，对文字进行解读，把文字转化为物理量，对应教育目标分类表的分析概念性知识．学生分析青蛙喷水、矿泉水瓶变瘪，先建立物理模型，再联系题目实际，找出气体状态参量的变化情况，根据

进行定性分析，对应教育目标分类表的运用概念性知识．

3.2.2 应用2 “一分为二”型

师生活动：教师设置情境，在国庆期间，用一瓶氦气(氦气瓶与家用煤气瓶类似)给没有空气的气球充气,如图3所示，这瓶氦气的压强为p、体积为V．充气过程不漏气，且温度不变．若充气后气球的压强为p1，体积为V1，求最多可以充多少个气球.学生在黑板上解答为

图3 用氦气瓶给气球充气

pV=p1V1N

引导学生分析：最多可以充多少个气球？其中“最多”表示氦气瓶中留有气体的压强为p1，而不是氦气瓶中的气体全部出来，故正确解答为

pV=p1V1N+p1V

教师再展示2010年高考山东物理试题：一太阳能空气集热器，如图4所示，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0．经过太阳曝晒，气体温度由T0=300 K升至T1=350 K．保持T1=350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0．求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．

图4 太阳能空气集热器

教师引导学生分析：集热器里面的空气，先做等容变化，再做等温变化，最后做等压变化．可得到如下等式

p1V0=p0(V0+ΔV)

由以上3个等式可得

设计思路：教师首先引导学生审题，对文字进行解读，把文字转化为物理量，对应教育目标分类表的分析概念性知识．分析氦气瓶与气球、集热器里面的空气，先建立物理模型，再联系题目实际，找出气体状态参量的变化情况，根据

进行定量分析，对应教育目标分类表的运用概念性知识．

3.2.3 应用3 “合二为一”型

师生活动：教师设置情境，若用充气筒给没有空气的神州12号宇航服充气(图5)，充气筒每下压一次可以把压强为p、体积为V、温度为T的空气充进宇航服．要使宇航服的压强为p′、体积为V′、温度为T′，求需要下压多少次？学生解答为

图5 神州12号宇航员出舱

教师再展示2021年高考广东物理试题：为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图6所示．某种药瓶的容积为0.9 mL，内装有0.5 mL的药液，瓶内气体压强为1.0×105Pa．护士把注射器内横截面积为0.3 cm2、长度为0.4 cm、压强为1.0×105Pa的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强．

图6 注射器向药瓶注入气体

学生分析：

V1=0.9 mL-0.5 mL=0.4 mL
p1=1.0×105Pa
V2=0.3 cm2×0.4 cm=0.12 mL
p2=1.0×105Pa
p1V1+p2V2=p3V1

解得

p3=1.1×105Pa

为了让学生了解广东高考试题特点，引导学生不仅要训练高考题，还要研究高考题，变被动学习为主动学习．学生通过研究，总结出2021年广东高考热学试题特点：材料来源生活，且与题目深度融合，不是穿衣戴帽；图像是示意图不是实物图；数据不是字母而是数值，且单位不是国际单位；研究对象为2个，即药瓶子和注射器中的空气；研究过程为1个，即等温变化；考查类型为“合二为一”型．

教师又展示2021年“八省联考”广东物理试题：轮胎气压是行车安全的重要参数，某型号汽车轮胎容积V0为25 L，安全气压范围为2.4～3.0 atm．汽车行驶一段时间后，发现胎压下降到p1=2.0 atm，用车载气泵给其充气，气泵每秒钟注入0.5 L压强p0=1.0 atm的空气．忽略轮胎容积与气体温度的变化．为使气压回到安全范围，求气泵工作的时间范围．学生完成本试题．

设计思路：分析宇航服充气、注射器向药瓶注入气体，先建立物理模型，再联系题目实际，找出气体状态参量的变化情况，根据

进行定量分析，对应教育目标分类表的运用概念性知识．做完广东高考题后，引导学生分析试题特点，让学生从学习者变为研究者、从被动者变为主动者，对应教育目标分类表的评价概念性知识．分析轮胎中气体，没有依照常规求压强、体积、温度，而是求气泵工作时间，属于求解创新，因此对应教育目标分类表的创造概念性知识．

4 基于布鲁姆教育目标分类理论的高三物理一轮复习教学策略

策略是指根据形势发展而制定的行动方针和斗争方式[4]．教学策略是在特定教学情境中，为完成教学目标和适应学生认知需要，而制定的教学程序计划和采取的教学实施措施[4]． 以“气体实验定律在生活中的应用”为例，基于布鲁姆教育目标分类理论，对高三物理一轮复习提出如下教学策略．

(1)用“整合”实现记忆目标

记忆是指从长时记忆系统中提取相关知识，它包括再认和回忆．再认也叫识别，是指从长时记忆系统中提取相关知识与现在信息进行比较；回忆也叫提取，是指从长时记忆系统中搜寻信息并带入到现在工作中．在有意义的学习中，知识的记忆被整合到建构新知识、解决新问题的过程中去了．如记忆理想气体状态方程，就是把

整合到真实的问题中去，让学生在建构新情境、解决新问题的过程中，明白公式中p,V,T,C的真实内涵，这样既可以加强知识记忆，也可以避免记忆错误．

(2)用“分类”实现理解目标

理解是指将新知识与旧知识建立联系，它包括解释、举例、分类、概要、推论、比较、说明．解释是指将信息从一种表征形式转化为另一种表征形式；举例是指对一般概念或原理提供例子；分类是指从具体事例中发现一般概念或原理；概要是指用一句话表达呈现信息或抽象出一般主题；推论是指在一系列例子或事件中发现模式；比较是指两个以上的客体、事件、观念、问题或情景之间的相似性；说明是指能够建构、运用一个系统的因果模型．笔者整理了近10年关于理想气体状态方程的高考题，根据理想气体体积变化情况，把理想气体状态方程公式

分成3种类型：

1)一一对应型公式为

2)一分为二型公式为

3)合二为一型公式为

通过以上分类，既可以增加公式理解，也可以降低解题难度．

(3)用“专题”实现运用目标

运用是指用程序完成练习或解决问题，它包括执行、实施．执行是指遇到熟悉的任务会习惯地执行一套程序；实施指选择和运用一个程序完成不熟悉的任务．运用知识既是学习知识的目的，也是学习知识的重点，还是学习知识的难点．为了突破知识运用目标，高三物理常采用专题教学．专题教学是指专门为了某一个重要问题，进行收集、整理、分析、归纳、拓展的教学，它既可以突出知识重点、指引学生学习方向，提升教学精度，又可以突破知识难点、化解学生理解障碍，提升教学深度，还可以呈现知识脉络、构建学科知识网络，提升教学宽度．如本节复习内容，就是以理想气体状态方程为专题，根据高考考查情况，创设了3种类型练习，即一一对应型、一分为二型、合二为一型，挑选了3个高考真题，即2021年广东卷、2010年山东卷、2021年广东卷，通过以上6个练习形成专题，让学生在一节课中学习内容聚焦理想气体状态方程，能够有效突出学习重点，突破学习难点．

(4)用“转化”实现分析目标

(5)用“研题”实现评价目标

评价是指依照标准做出判断，它包括核查、评判．核查是指检测一件产品的内在一致性；评判是指依据外加的标准或规格对一个产品或过程所做的判断．研题是指研究高考物理试题，总结出高考物理试题特点．引导学生研题，不仅可以把握高考物理试题方向，提高高三物理复习教学的针对性，还可以培养学生分析能力、概括能力、合作能力．如引导学生一起分析2021年广东高考热学试题特点，学生相互讨论，积极总结，最终得出6个特点．有些教师没有引导学生去研题，学生做练习盲目性大，有时会出现“南辕北辙”现象，与高考背道而驰，从而增加了学习负担，降低了学习效率．通过研题过程，更重要是让学生养成分析研究的习惯，对学生未来发展，将会受益无穷！

(6)用“创新”实现创造目标

创造是指整合元素以形成内在一致的或功能上的整体．创造过程可以分解为3个阶段：问题表征阶段，即学生力图理解任务，并生成可能的解答；解题计划阶段，即学生考察各种可能性和设计可能的计划；解题执行阶段，即学生成功地贯彻计划．因此创造过程可以设想为始于发散思维阶段，即学生努力理解任务，并考虑多种可能的阶段，称为生成．接着是聚合思维阶段，即学生设计出解答方法并将它转化为行动计划，称为计划．最后学生执行计划，同时建构解答，称为产生．创新是指创造新事物、新视角、新思想．创新是落实创造目标最有效的手段，也是发展学生物理学科核心素养最重要的方式．《中国教育现代化2035》中指出，“强化实践动手能力、合作能力、创新能力的培养”．如分析轮胎大气，没有遵守常规求压强、体积、温度，而是创新多变，求气泵工作时间．通过创新，激发学生思维，强化分析能力，能够有效实现创造目标．

5 结束语

布鲁姆教育目标分类理论的认知过程与物理规律水平对应，基于布鲁姆教育目标分类理论的高三物理一轮复习教学，不会提升习题难度、增加学习负担，而会培养学生思维、实现深度学习．根据认知本身复杂程度，认知过程从低到高排列，按照认知过程进行高三物理一轮复习教学，可以促进知识系统化、应用深入化、复习高效化．