基于核心素养视角的高中物理教学中抽象能力培养路径

吴思平

摘要：科学思维维度中“模型建构”要素的抽象概括过程，指向的是一种抽象能力.文章通过案例分析，提出通过创设生活化教学情境、做好課堂学习引导、优选精讲典型例题、加强抽象能力训练等途径来培养学生的抽象能力，最终提升学生的物理学科核心素养.

关键词：科学思维；抽象能力；高中物理；培养路径

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2023）15-0068-03

《普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）》明确指出要培养学生的科学思维，而科学思维的“模型建构”是指“基于经验事实建构模型的抽象概括过程”.而这种建构模型的抽象概括过程指向的正是一种抽象能力.抽象能力指基于对事物的科学分析，提出事物的本质，形成概念与范畴的思维能力[1].而学生抽象能力的高低关系到学生物理学科核心素养的培养，因此，教学实践中应将学生抽象能力的培养视为物理课堂的灵魂所在，贯穿教与学的始终.要基于对物理学科的整体把握以及自身教学经验的总结，制定明确的教学目标与教学计划循序渐进地推进学生抽象能力的培养.

1 创设生活化教学情境

高中物理中的很多知识来源于生活化情境的抽象与归纳.教学实践中应充分认识到生活化情境的重要性，一方面，要注重联系学生的生活实际，创设学生熟悉的生活化情境，增加课堂趣味性，降低理解难度[3]；另一方面，为更好地巩固学生所学，

围绕教学内容积极创设生活化问题情境，要求学生思考解答.

例如，“受力分析”是高中物理的核心知识.为保证学生能够透过现象看本质，通过合理的抽象，顺利地解决相关问题，借助多媒体屏幕展示如下习题：如图1为某建筑物窗户结构图，其中竖直部分为窗框，上面安装有滑轨与滑块.一长为L的金属轻杆连接于固定点A、B，金属轻杆可绕这两个固定点自由转动.C点为窗户下边缘一点.B到转轴的距离为2L，则（）.

A.开窗过程中A、B两点速度始终相等

B.开窗过程中B、C两点角速度不等

C.开窗状态下滑块受到3个力作用

D.窗户能打开的最大角度为30°

上述情境来源于生活.要想灵活运用受力分析正确解答，则需要学生将其抽象成受力分析问题.

开窗时滑块A和B点速度沿杆方向上的分速度始终相等，但是A、B两点的速度并不始终相等.开窗过程中B、C两点均绕着同一转轴转动，因此，角速度是相等的.开窗状态滑块受到自身重力、轻杆的压力、窗框对其的支持力以及摩擦力，共四个力.因A可以滑动，当轻杆和窗框垂直时，B到窗框的距离最大，此时sinθ=L2L=12，则θ=30°.综上分析选择D项.

2 做好课堂学习引导

实践表明，部分学生解题时因抽象能力较差，无法构建物理知识与问题情境之间的内在联系，导致无法及时找到解题思路.为了提高学生的抽象能力，使其掌握抽象的技巧与方法，应做好课堂学习引导.一方面，讲解相关例题时应考虑学生的感受，与学生一起分析解题切入点，并详细地展示解题过程，使学生认真揣摩抽象的具体思路.另一方面，为使学生学会从问题情境中抽象出物理问题并顺利解决，应围绕教学内容设计问题，要求学生思考、解答[3].

例如，匀加速运动是高中物理教学中的重要运动类型.运用匀变速运动的规律可解决生活中很多的问题.在进行该部分内容讲解时可为学生展示如下问题情境：如图2为某游乐场安全滑梯的简化图.其中AB和BC段材料不同，动摩擦因数不同，且AB＞BC.要求儿童从A点静止下滑后，最多只能到达C点.期间滑梯始终静止不动.若某儿童出发后刚好达到C点.

而后抛出以下问题要求学生思考：（1）分析AB和BC段动摩擦因数的大小关系；（2）分析儿童在AB和BC段运动时间的大小关系；（3）分析地面对滑梯的摩擦力方向；（4）分析地面对滑梯的支持力与滑梯和儿童重力的关系.

为引导学生进行合理抽象，并运用所学物理知识进行分析，可在课堂上提问学生以下问题：（1）儿童的运动状态是怎样的，为什么？（2）怎样最快的比较两段上运动时间的长短？（3）分析地面对滑梯摩擦力方向，怎样运用整体法？（4）超重和失重与支持力是什么关系？

在引导问题启发下，学生联系所学知识，分析得出，其在AB和BC段分别做匀加速和匀减速直线运动.因AB和BC段动摩擦因数不同，因此，儿童在AB段做匀加速直线运动，在BC段做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可知mgsinθ-μmgcosθ=ma，则a=gsinθ-μgcosθ.AB段加速度沿斜面向下，a1＞0，BC段加速度沿斜面向上，a2＜0，则μ1＜tanθ，μ2＞tanθ，所以μ2＞μ1.分析可知AB段和BC段的平均速度大小是相等的，但是AB＞BC，则儿童在AB段上运动的时间大于在BC段上运动的时间.以儿童和滑梯为整体，对其在两端上运动的加速度分解成竖直和水平方向，在AB段分加速度的方向水平向左和向下，滑梯受到地面的摩擦力水平向左，因其失重，因此，支持力小于儿童和滑梯的重力.在BC段分加速度分别为水平向右和竖直向上，则地面对滑梯的摩擦力水平向右，因其超重，支持力大于儿童和滑梯的重力.

3 优选精讲典型例题

为更好地培养学生的抽象能力，在选择配套练习时，应特别考虑以下内容：其一，高中物理例题非常多，筛选例题应考虑，既要巩固学生所学，又要有针对性地培养学生的抽象能力.同时，为提高例题教学效率，使学生能够举一反三，筛选例题时应认真对比，选择代表性强、质量高的例题.其二，展示例题解答过程时，为使学生能更好地理解，应注重画出示意图，做到

全面把握、清晰认识.其三，引导学生做好听课总结，认真揣摩抽象过程，尤其鼓励学生做好心得交流.同时，学习他人长处，及时发现与纠正认识以及理解上的误区[4].

例如，抛体运动在高中物理教学中占有重要地位，是高考的常考知识点.为更好地培养学生的抽象能力，为学生讲解如下例题：在地面上将甲、乙两个小球先后以大小相同的速度斜上抛，两小球落回地面距离各自抛出点的距离分别为s1，s2，上升到最大高度所用的时间分别为t1、t2.落地速度和水平面的夹角分别为θ1、θ2，且0＜θ1＜θ2＜90°，忽略空气阻力，则（）.

A.t1一定大于t2B.t1可能等于t2C.s1一定大于s2D.s1可能等于s2

课堂上先在黑板上画出甲、乙两个小球的运动示意图.而后要求学生联系所学知识，对两个小球的运动过程进行抽象，借助运动的分解不难找到解题思路.设甲、乙两小球的初速度大小为v0，竖直分速度分别为v1，v2，则由落地时与地面的夹角可得v1=v0sinθ1，v2=v0sinθ2，两球在空中运动的时间分别为t1=2v1g=2v0sinθ1g，t2=2v2g=2v0sinθ2g，因0＜θ1＜θ2＜90°，则t1＜t2；甲乙两小球的水平位s1=v0t1cosθ1=2v20sinθ1cosθ1g=v20sin2θ1g，则s2=v20sin2θ2g.则当θ1+θ2=90°时s1=s2.综上分析选择D项.

4 加强抽象能力训练

高中物理教学中为更好地提升学生的抽象能力，应加强学生抽象能力训练，积累丰富的抽象经验，使其以后遇到类似问题能够迅速的找到突破口[5].一方面，要求学生解答相关物理习题时，基于对情境的深刻认识灵活运用多种解题方法.如图象法、假设法等，通过多种方法解决问题，提高学生抽象的灵活性.另一方面，设计相关习题，要求学生能结合题目条件抽象出具体的物理过程，为更好地运用所学解决问题做好铺垫.

例题：略

例如，自由落体运动教学中，为使学生通过抽象能将运动图象和物体运动实际建立内在联系，可设计如下问题，对学生进行训练：篮球比赛通过跳球争夺决定球权归属.裁判将球竖直向上抛起，球达到最高点又下落一段时间后被运动员拍给己方队员.球从抛出到拍飞前，速度的平方v2和篮球距抛出点高度h的图象如图3所示.以抛出点所在平面为零势能面，重力加速度为10 m/s2，则（）.

A.篮球被拍飞前的速度大小为1.2m/s

B.篮球从h=1.25 m处上升至最高点，而后从最高点下落至h=1.25 m所需的时间相同

C.篮球在上升和下落受到的阻力大小均为重力的0.2倍

D.篮球上升至h=1 m处时，动能和重力势能相等

解答该题需要能根据给出的图象抽象出篮球的运动状态，而后运用匀加速直线运动规律进行分析.由v2-v20=2ah，可知v2=2ah+v20，则直线斜率为2a.设篮球上升、下降的加速度分别为a1，a2，则2a1=48/2=24，则a1=12 m/s2.2a2=32/2=16，则a2=8 m/s2.由图象可知当篮球下落至1.25 m时被拍飞，下落位移为h=0.75 m，则v2=2a2h，解得v=2×8×0.75 m/s=23 m/s.因上升和下落籃球的加速度不同，位移相同，因此，所需时间不可能相同.由牛顿第二定律可知mg+f1=ma1，mg-f2=ma2，f1=2m=0.2mg，f2=2m=0.2mg，均为篮球重力的0.2倍.h=1m时v20-v2=2a1h，解得v2=24，则Ek=12mv2=12 m，重力势能Ep=mgh=10 m，则Ep＞Ek.综上分析选择C项.

5 引导学生主动建构物理知识体系

学生的抽象能力并非空中楼阁，而是建立在扎实的知识体系之上.目前物理知识体系五花八门，虽然都具有一定参考价值，但是大部分并不适合直接引用.要引导学生主动建构个性化、结构化的物理知识体系.这样，一方面可以让学生认识到知识间的密切联系，并且对独立知识点的理解会更透彻；另一方面也有利于学生在复杂情境中快速准确地调用相关知识，更有针对性地进行抽象思维.

例如，动能定理教学中，要求学生围绕以下问题进行总结.通过总结学生认为解答物理问题应敢于大胆假设，做出辅助线.固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环，小环从大圆环顶端P由静止自由下滑，在下滑过程中，小环速率正比于（）.

A.它滑过的弧长

B.它下降的高度

C.它到P点的距离

D.它与P点连线扫过的面积

该题难度中等，能很好地考查学生的抽象能力.设小环下降的高度为h，大环的半径为R，它到P点的距离为L.如图4所示，由动能定理可得mgh=12mv2，由几何知识可知h=Lsinθ.由圆的性质以及几何知识可知，sinθ=L/2R，联立得到：v=LgR，综上分析选择C项.

综上所述，高中物理教学中，培养学生抽象能力的方法多种多样，关键在于如何寻找有效途径，将培养工作与教学活动有机融合.其中创设生活化情境、做好课堂学习引导、优选精讲典型例题、加强抽象能力训练、引导学生主动建构物理知识体系等做法，经过实践证实在培养学生抽象能力上效果明显，可结合实际情况加以针对性地借鉴.

参考文献：

［1］ 朱丽.高中物理教学中学生抽象思维能力培养路径分析[J].高考，2021（19）：133-134.

[2] 严光文.注重加强高中物理教学提高学生抽象思维能力[J].成才之路，2021（17）：140-142.

[3] 王文海.高中物理抽象思维能力的培养及简单化的教学设计策略[J].中学课程辅导（教师通讯），2020（11）：54-55.

[4] 李宗举.高中物理抽象思维能力培养策略探析[J].新课程研究，2020（09）：88-89.

[5] 许世勇.优化教学策培养学生物理抽象思维能力[J].广西教育，2020（06）：149-150，153.

［责任编辑：李璟］