高中物理教学中尖子生培养策略研究

许东明

摘 要：在新时代背景下，培养拔尖创新人才的本质是尊重学生个性充分发展，深度发掘学生潜力和创造力，以适应新时代、新形势下国家和社会发展对拔尖创新与应用复合型高端人才的需要。基于此，本文以促进尖子生培养为目的，采取案例分析等方法，对高中物理教学进行研究，分析尖子生培养的策略，并从以下各方面给出参考建议：优化教学内容，完善强基计划课程体系；加强教学设计，促进尖子生综合发展；完善考核方式，提升尖子生培养效果。

关键词：尖子生；高中物理；教学策略；强基计划

在新时代背景下，为培养拔尖创新人才，国家制订了教育发展政策，强调高中阶段教育要“推进培养模式的多样化，满足不同潜质学生的发展需要”，要“探索发现和培养创新人才的途径”。与此同时，强基计划的开展也为高中阶段拔尖创新人才的培养创造了良好的条件。基于此，物理作为高中阶段的重要学科，其在尖子生培养过程中具备一定的优势。因此，各地學校在强基计划的影响下，根据物理学科的特点不断优化招生和培养机制，探索多元化与个性化的拔尖创新人才招生与培养路径，有效促进了尖子生的锻炼和培养。但是，从整体上来看，尖子生培养中高中物理教学依然存在一定的问题。因此，学校以及教育工作者有必要加强研究，探索、创建一套物理拔尖创新人才的培养机制。

一、优化教学内容，培养尖子生思维能力

通常来讲，尖子生都具备自尊自信、好奇心和好胜心，热爱科学、追求进步，容易产生上进、竞争的欲望，逻辑思维能力强，学习习惯好等特点。而这些特点也决定了他们能够适应具有一定难度的教学内容。基于此，在培养尖子生的过程中，高中物理教师应加强课程大纲分析，根据学校强基计划要求，整理、归纳强基考点与高考知识点，整合优化教学内容，确立更适合物理拔尖创新人才发展的教学方法。

某校为培养物理尖子生，通过对学生的考查和选拔打造了强基班，物理教师则整合鲁科版高中物理教材内容、奥赛题、高考题，发现力学是考题中最常见的内容，它能结合静电场、静磁场等知识综合考查学生的物理思维水平，填空题、选择题、实验题、大题多有涉及。也就是说，力学是学生必须熟练掌握的基础知识，也是理解力的相关题目模型的基础。因此，为了使学生建构完善的、结构化的“力学”知识体系，教师可以将“静力学”“动力学”“运动学”三个板块结合起来，引导学生将复杂的运动过程和受力现象中最本质的规律抽象出来，将其模型化，进而提炼知识应用技巧，建构科学的思维方法[1]。

例如：在回顾“力学”知识时，教师首先要求尖子生总结静力学、动力学和运动学的概念。静力学研究的对象是平衡物体，分析质点系受力作用时的平衡规律；动力学研究的对象是运动速度远小于光速的宏观物体，分析作用于物体的力及其运动的关系；运动学是以点和刚体作模型，研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等，涉及刚体和流体等物体的运动及其产生的原因和规律。尖子生根据自己的理解消化概念，建构力学系统框知识架。

在培养尖子生的思维能力时，教师可以讲解静力学、动力学和运动学经典模型。静力学模型包括斜面问题、叠加体等模型，以解决斜面问题为例，提炼出以下几个规律：

①自由释放的小滑块在物体斜面上匀速下滑时，m与M之间的动摩擦因数μ=gtanθ。当小滑块静止或匀速下滑时，斜面物体M对水平地面的静摩擦力为零；当小滑块加速下滑时，斜面物体M对水平地面的静摩擦力水平向左；当小滑块减速下滑时，斜面物体M对水平地面的静摩擦力水平向右。

②自由释放的小滑块在物体斜面上匀速下滑时，斜面物体对水平地面的静摩擦力为零，若在小滑块运动的过程中，施加任意一个方向的作用力，在小滑块停止运动之前，斜面物体对水平地面的静摩擦力始终为零。

③若有一悬挂物体的小车正在物体斜面上滑行，当小车以加速度a＝gsinθ向下滑行时，悬绳稳定后，与斜面保持垂直；当小车以加速度a＞gsinθ向下滑行时，悬绳稳定后，偏离垂直方向向上；当小车以加速度a＜gsinθ向下滑行时，悬绳稳定后，将偏离垂直方向向下。

④在倾角为θ的斜面物体上以速度v0平抛出一小球，小球落到斜面上的时间t=（2v0tanθ）/g；当小球与斜面物体有水平方向有加速度a=gtanθ，小球能与斜面物体保持相对静止状态。

动力学模型包括0-v-0。差量法求解弹簧问题，等时圆等模型。其中，0-v-0模型是指物体从静止状态突然做开始运动，经历匀加速到匀减速再到速度为零的过程，当涉及求解总时间、总位移的问题时，我们可以通过和比关系算出0-v和v-0的时间与位移；解决差量法求解弹簧问题的模型，通常是弹簧连接一个物体或多个物体，当其中某个物体受力发生位置变化时，求解弹簧形变量或者弹簧劲度系数。此模型不难理解，我们只需明确题意，找到求解的目标对象。等时圆模型是指物体沿位于同一竖直圆上的所有光滑弦由静止下滑，求解物体的运动时间。这种模型我们可以先找到一条弦与水平方向的夹角θ，再根据题意明确物体作初速度为0的匀速直线运动，提炼出θ与位移和加速度的关系，进而求出物体的运动时间。

运动学模型包括两种直线运动、两种曲线运动、直线运动和曲线运动组合三大模型，以匀速圆周运动与匀速圆周运动组合为例，如监测卫星在地球两极上空运行，它的运行轨道距离地面H，要使该卫星将地面赤道各处天气情况拍下来，卫星通过赤道处时，其相机至少要拍地面赤道圆周弧长多少？（将地球看作标准的球体，卫星轨道为圆形，已知地球半径R、地球自转周期T、地表重力加速度g）通过设卫星周期，求地球自转速度，卫星绕地球一周时地球的圆心角，进而得出答案。

综上，以板块化的方式整合优化教学内容，以模型化的方式提炼思维方法，更利于尖子生认识物理现象的本质，在解构物理现象的过程中提取知识，实现对自身潜力的挖掘。

二、加强教学设计，促进尖子生综合发展

物理是一门自然科学，学生学习物理的过程就是通过自身经历观察、实验探究等活动，发现问题，解决问题，建构知识、形成观念的过程。在高中阶段，尖子生的培养不仅是让学生掌握系统的理论知识，更能够形成创造性解决问题的能力。基于此，教师应根据尖子生的实际情况优化教学设计，引导学生接触、了解物理学在尖端科技领域的应用，为学生学以致用奠定基础[2]。

例如：在学习了鲁科版高中物理“动量守恒研究”这部分内容后，教师结合当前我国航天事业发展的背景，根据尖子生培养的要求，融合航天科技前沿问题，引入了“火箭发射中的反冲现象”，以促使学生夯实学科基础、了解尖端科技、实现创新发展。

在教学准备阶段中，教师通过对尖子生的分析了解到，学生已经扎实掌握了动量守恒的相关知识，能够利用物理模型解决相对简单的问题。但是，对于动量守恒的知识与航天领域尖端科技之间的联系缺乏认识。针对此，本节课的主要任务是通过学生对火箭发射中反冲现象的学习，拔高学生从实际问题中提炼出物理模型的能力，同时，促使尖子生了解国家航天事业的成就，激发学生以后投身航天事业的热情，为我国航天事业发展培育拔尖创新人才。

基于学情，教师在课堂上对学生进行了如下指导：

（一）复习所学，启发思考。教师在导入环节提出如下问题：（1）描述动量守恒定律的内容。（2）动量守恒的条件是什么？（3）动量守恒定律研究的对象的什么？学生根据问题回顾动量守恒的相关知识，为本节课反冲现象的学习奠定基础。

（二）导入新課，生成概念。教师首先为学生演示实验：易拉罐侧面下方，斜扎三个孔，吊起来，注满水后，喷水过程中发现易拉罐的旋转。要求学生观察实验现象，思考其中关于动量守恒的知识。随后播放我国新一代运载火箭长征七号发射升空的视频，提示学生思考火箭发射中的物理现象。最后，组织分组实验：将吹满气的气球释放，观察气球的运动。基于这一系列教学活动，教师提出问题：刚才观察到的现象有什么共同特点？在学生的回答中，教师引出反冲现象，并促使学生结合实验现象以更加准确的语言进行总结。通过集思广益，学生概括出反冲现象的概念：系统在内力作用下，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫作反冲现象。教师对此提出问题：我们通过实验现象总结出反冲运动的特点，在这些现象背后包含着什么物理原理呢？在问题引导下，学生进一步探究动量守恒定律，并结合物理模型分析认识到：反冲运动是系统内力作用的结果，当内力远远大于外力时，系统动量近似守恒。为了帮助学生内化反冲现象的概念，教师鼓励学生根据生活经验举出其他反冲的例子。学生通过讨论后列举出“游动的章鱼”“射击的枪械”等例子，教师给予肯定，并引导学生用一分为二的观点看待反冲现象，思考在实际生活中，如何利用其有利的一面，防止有害的一面。为了拔高学习难度，激发学生潜能，教师回顾视频内容，根据“火箭发射”的例子说明人类在利用反冲现象过程中做出的探索。

（三）精讲知识，当堂测验。教师结合“火箭发射”的问题进行精讲，引导学生运用物理模型深入分析反冲现象、构建新的物理模型，进而深入航天领域尖端科技背后的物理知识。在精讲过程中，教师提示学生将火箭发射看作是由火箭壳体和火箭内的气体组成的系统，认识到在火箭喷气过程中动量守恒。根据提示，学生选择与原来火箭相对静止的物体为参照物，并假设火箭原来的动量为零，喷气后火箭与燃气的总动量仍然为零。最后，进行逻辑分析：如果火箭在时间△t内喷射燃气的质量是△m，喷出的速度是u喷出燃气后火箭的质量是m，火箭获得的速度是△v，那么根据动量守恒定律m△v+△mu=0，得到△v=-△mu/m。所以，火箭喷出的燃气的速度u越大，火箭喷出物质的质量与货架本身质量之比越大，火箭获得的速度△v就越大。通过精讲，学生从物理的角度深刻认识了火箭发射中的反冲现象，也进一步探索了动量守恒定律。为检验学生对反冲现象的学习效果，教师结合现实中的“喷气式飞机”“宇宙飞船”“枪械射击”“人船模型”等设计拔高题，提高问题的复杂性，促进学生学以致用，深化其物理知识学习。

（四）总结升华，拓展延伸。教师引导学生回顾本科所学，重点巩固动量守恒和反冲现象的物理模型，实现强基指导。为学生提供我国航天事业发展的相关资料，拓展学生对火箭知识的了解，促使学生深刻认识反冲现象在我国火箭研发方面的应用，培养学生投身祖国尖端科技研发，参与我国航天事业发展的爱国热情。

综上，教师在教学设计与实施中，通过演示实验、观看视频、分组实验观察等方式引导学生认识物理现象，并通过知识精讲与课堂训练，深化学生对物理知识的理解与利用。同时，拓展拔高，让学生将物理学科的学习与尖端科技的研究相结合，培养学生献身科研、报效祖国的思想情感。

三、加强日常考核，提升尖子生培养效果

在高中物理教学中，尖子生的培养需要采取科学的考核方式。因此，教师应根据强基计划，结合学生日常学习内容制订考核计划，优化考核内容，促进学生的拔高与提升。

例如：通过常规的高中物理课程学习，学生已经掌握了一些基本概念、规律和物理模型，但由于数学基础与逻辑思维等因素的局限，学生研究的物理模型比较理想化，而现实生活中这种理想化模型是很少见的。因此，教师在尖子生培养中，根据强基计划物理测试题中的内容，为学生提供了丰富的打破了理想化对称性的物理模型，指导学生拓展研究，探索如何将这些理想化、对称性的模型运用到非对称性研究对象的实际问题之中。为强化学生对物理模型的掌握和运用情况，教师十分重视日常考查，根据引入强基真题以及真题变式对学生进行考核。如教师结合电学相关知识，为学生引入某高校强基测试物理试题：两块面积较大的金属薄板间距d较小，面积均为S，两金属薄板分别有电荷量为Q和q，则两者内部电荷间的相互作用力为（  ）。并在此基础上形成变式，对学生进行专题考查：现有一两极板Q和q，由于不知道极板所带电荷量正负，我们可以设q1、q2、Q1、Q2均为正电荷，空间中任一点的场强都是这4个电荷量各自产生场强的矢量和，而且我们知道处于静电平衡的导体内部场强处处为0，那么，在左侧极板内某点有向左的三个场强EQ1、EQ2、Eq2的矢量与向右的场强Eq1之间存在怎样的关系？通过这样的日常考查，教师能够及时了解学生的知识掌握与运用情况，了解尖子生的潜能，为进一步教学指导做好准备[3]。

综上，做好日常考核是培养尖子生的重要途径。教师结合各高校的强基计划物理测试题为学生设计拔高习题，能够促使学生更加深入地掌握物理学科的思想方法，进而以考促学，提升尖子生的培养效果。

结束语

总之，在高中物理教学中，对尖子生的培养不仅仅是培养学生扎实的学科素养，更是培养学生强大的学习能力和终身可持续发展的必备品质，让学生拥有一颗强大的大脑，进而形成解决问题的洞察力和创造力。上文结合高中物理强基计划对如何培养尖子生提出了几点建议，为相关研究提供了参考，但是其中依然存在诸多不足。所以，教育工作者应进一步展开教研，深入高中物理强基计划研究，继续探索物理尖子生的教学模式、方法、策略，从多方面探索，并结合实践不断完善尖子生的培养机制，为国家源源不断地输送拔尖创新人才。

参考文献

[1]杜培进.以“问”代“教”：问题教学法在高中物理教学中的应用[J].学周刊，2023（20）：85-87.

[2]马小平.发挥网络优势，提升高中物理教学水平：新时代高中物理网络教研模式探索[J].中学课程辅导，2023（17）：78-80.

[3]李佳.高中物理课堂提问教学研究：以动量定理教学片段为例[J].数理化解题研究，2023（15）：80-82.

本文系2022年泉州市基础教育教学改革专项课题“强基计划背景下物理拔尖创新人才培养机制创建与实践研究”（立项批号QJYKT2022-121）的研究成果之一。