科学推理视角下高中物理教材习题分析——以人教版物理必修1为例

周玉龙

(江苏省灌南县第二中学,江苏 连云港 222500)

科学推理视角下,物理学科习题教学的育人价值逐渐显现,高中物理教师以人教版物理必修1教材习题为切入点,统计分析习题,锻炼高中生的科学推理能力,使学生在信息整合、思维拓展、认知发展、实践操作等方面全面进步.基于新课标要求,高中物理教师在指定版本的教材习题中探索科学能力培养路径,以此深化物理教学改革,并面向社会输送高质量科学推理人才.可见,该论题具有探究必要性和重要性,具体内容如下.

1 基于高中物理的科学推理类型及界定

科学推理分为六种形式,分别是守恒推理、比例推理、相关推理、概率推理、假设演绎推理、控制变量推理[1].守恒推理即个体总结得出事物本质不变,以及事物间关系不变的两个结论.物理学科在守恒推理引导下,所设计题目主要考查守恒定律应用、守恒关系应用,学生在习题解答环节要围绕不变量拓展解题思路.比例推理主要是根据物理量之间比例情况进行问题求解,在高中物理学科中的比例推理表现为:通过题干信息推理或以函数、公式得出物理量间比例关系;借助已有比例关系进行推理.相关推理指变量间变化关联,物理学科中,相关推理类习题主要考查物理量之间关系情况,解题思路即探索物理量间的相关性.概率推理指特定过程或特定结果,物理学科中涉及概率推理题,多为概率计算题.假设演绎推理即遵循猜想、假设、验证假设的步骤,物理学科中这类推理的题目主要考查物理原理,针对题目的结果进行假设或证明.控制变量推理重点围绕单变量问题战况分析,这一推理思想下,物理学科题目主要考查控制变量法的运用,通过多个变量一致进行求解[2].

2 当前高中物理教材习题分析的现实意义

物理教材由多个部分组成,其中,习题分布在知识点之后,通过习题分析来检验知识教学情况、知识掌握情况.新课改视域下,高中物理教材的习题分析活动如火如荼地进行,物理教师一般在教材知识点讲解后,引导学生进行习题训练,帮助其深入理解知识,进一步巩固知识.习题分析时,物理教师贴近教材知识点,并紧密联系现实生活,以此提高物理教学有效性,达到学以致用的教学目的[3].

3 科学推理视角下高中人教版物理必修1教材习题分析

科学推理能力培养,是物理核心素养培养的关键.高中物理教师应充分借助习题教学来培养学生科学推理能力,以此促进学生均衡发展,并逐步深化高中物理教学改革.新课标视域下,围绕高中人教版物理必修1教材分析习题,深入挖掘习题中的科学推理元素,探索科学推理能力培养的有效路径.

3.1 习题统计与分析

从科学推理角度出发,高中人教版物理必修1教材的科学推理类习题主要分布在练习与应用部分、复习与提高部分.其中,练习与应用部分的习题形式为计算、简答、分析、填表,习题作用即知识巩固、知识应用;复习与提高部分习题形式为计算、讨论、作图、简答,其作用即复习强化、综合应用[4].六类推理在各部分的占比不同,其中,概率推理的占比为0,比例推理的占比相对较高,其次是假设演绎推理以及控制变量推理.从教材的章视角来分析五类科学推理题目数量,比例推理题目主要分布在第四章,最多为20个;相关推理题目主要分布在第一章,最多为15个;守恒推理主要分布在第三章,最多为五个;假设演绎推理分布在第二章和第三章,最多为15个;控制变量推理主要分布在第四章,最多为五个.

假设演绎推理在高中人教版物理必修1教材的第二章复习与提高部分,以A组习题6为例,习题内容:已知一物体做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动.该物体在前1 s内、前2 s内、前3 s内的位移分别是x1,x2,x2…在第1 s内、第2 s内、第3 s内的位移分别是xⅠ,xⅡ,xⅢ,…,在各个连续相等时间T内的位移分别是s1,s2,s2,…,sn,证明:x1∶x2∶x2…=1∶4∶9∶…;xⅠ∶xⅡ∶xⅢ…=1∶3∶5∶…;Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2.

A组习题6是典型的假设演义推理题,以高中物理学科的匀加速直线运动这一知识为切入点,以假设、验证假设与结论是否一致的步骤来考查匀变速直线运动公式.一般来说,多数高中生会机械记忆、硬性背诵,未真正掌握其中的物理原理,这并不符合物理新课程标准要求.科学推理视角下,高中物理教师要重点培养学生的推理思想,引导学生理解匀变速直线运动公式,灵活运用推理思想、推理方法对A组习题6的结果进行证明,根据物体以初速度0、加速度a做匀加速直线运动这一已知条件,列出与时间对应的位移公式,接下来借助比例约去相同项,所得到的比值与求证比值相一致.

3.2 基于习题锻炼科学推理能力的路径

3.2.1做足课前准备工作

教师开展习题教学之前,首先要做好课前准备工作,即全面掌握教材内容、教学重(难)点,并充分了解班级学生情况.在此基础上针对习题分层,让班级学生在各层习题训练中提高科学推理能力,从整体上优化高中物理科学推理能力培养效果.人教版物理必修1教材面向学生进行基础知识巩固、综合技能训练,习题重点强化学生物理观念、拓展学生科学思维,这一版本教材具有基础性和普适性.教材习题教学能够契合新课标下物理核心素养培养目标.基于此,物理教师要细致掌握人教版物理必修1教材习题布设情况,了解习题考查方向,从中获知各层次习题的水平结构,使习题任务布置工作有的放矢,确保班级学生在习题解答中拓展物理思维、强化科学推理能力.人教版物理必修1教材的练习与应用部分的习题以基础知识扎实、基础知识应用为训练目的,复习与提高部分的习题则侧重知识点回顾、温习,并进一步引导学生提高综合运用能力.可以看出,两部分习题的分工不同,物理教师要循序渐进完成习题教学任务,既要体现层次感,又要遵循学生的认知规律,让学生主动接受知识,调动其求知欲,使学生在科学推理能力提高中发挥能动性[5].

3.2.2整合习题资源

教材习题是基础知识的巩固,以及课内知识的外延,习题资源丰富程度反映出新课标下高中物理教学效果,并直接影响科学推理水平.基于此,物理教师要重视习题资源优整,为学生尽可能提供丰富的习题资源,让学生在习题训练中拓展思维,引导学生从多角度、多方面思考,探索适合的学习方式,从中锻炼思维能力和实践能力,这对于学生的个人发展和日后学习具有重要影响.人教版物理必修1教材习题练习中,教师要将习题功能最大化,利用互联网信息平台搜集更多习题,让学生通过多类型习题解答进一步发展科学推理能力.一般来说,习题资源生活化提取与应用,能够激发学生的学习热情,并能加强理论与实践间的联系.对此,物理教师要合理设置生活化情境,为习题教学提供良好条件,其中,必修1教材中力和运动的习题教学要紧密联系具体情境,如登月探测器发射、载人飞船发射、清洁能源供电等,科学技术不断进步,社会持续发展.高中生通过学习这类习题,逐渐强化科技强国意识,联系到个人,学生的学习动力强劲,学习目标明确.习题考查的过程中,物理教师从知识内化、知识应用、科学推理能力强化等多角度考查,客观了解习题教学效果,掌握学生在习题训练中的优缺点,为接下来习题教学策略调整提供依据,确保科学推理能力提升工作常态化开展.

3.2.3注重推理过程

3.2.4创新习题教学模式

要想基于物理习题取得科学推理能力培养的良好效果,物理教师应与时俱进创新教学模式,以此提高教学效率、优化教学质量,促进学生物理核心素养大幅提升.其中,组间协作学习模式在习题教学中应用,这不仅能够增强高中生的主体地位和,还能增进师生间、生生间的友谊,使组内成员在习题讨论中形成科学探究意识.同时,通过组员智慧碰撞实现取长补短,从整体上提高认知水平、锻炼推理能力.仍以高中人教版物理必修1教材的第二章复习与提高部分的A组习题4为例,教师为班级学生提供充足讨论时间,让学生围绕“两人手臂间夹角大小与省力情况”展开分析,组内成员结合经验,并借助物理知识,猜想、计算、实践体验,最终推导出结论.

综上所述,高中物理教学改革期间,物理教师应重视培养学生科学推理能力,基于习题教学培养学生科学推理理念,锻炼学生综合能力,促进学生全面发展.物理教师还应做足课前准备工作、整合习题资源、注重推理过程、创新习题教学模式,以此优化科学推理能力的培养效果.