高中物理概念性習題設置研究

金 晶 張 磊 馮 哲 石明宇

（山東師范大學物理與電子科學學院 山東 濟南 250014）

李國棟

（淄博臨淄區高陽中學 山東 淄博 255432）

中學生解物理習題時，常常只顧求解答案，不重視對概念的理解，遇到新情境時，只能套用公式，不能融會貫通.歸根結底，是學生沒有掌握物理知識的本質.合理地使用概念性習題，可促進學生對物理知識本質的掌握，培養學生良好的學習習慣.本文通過對比美國和我國選用率最高、最具代表性［1］的兩套教科書——美國的《物理：原理與問題》［2］（以下簡稱《原理與問題》）和我國現行人教版的《普通高中課程標準實驗教科書·物理》［3］（必修1，2和選修3，以下簡稱人教版《物理》）的習題編排，研究概念性習題的設計、設置和作用，為我國概念性習題的編排設置提供借鑒.

1 概念性習題的概念界定

1.1 概念性習題的定義

概念性習題（文中概念性習題皆指高中物理概念性習題）是相對于以問題解決為目的的習題來定義的.其界定為能揭示物理知識本質屬性，不涉及數學定量計算，只是對概念的理解或應用，不需要多次轉換和轉化才能得出答案的，以促進學生理解和掌握概念為目的的一系列習題.概念不只包括物理概念，還指物理規律、定律、原理等.如根據數據直接作圖或者根據圖像直接讀圖，屬于對圖像概念的檢驗.

1.2 概念性習題的分類

為了清晰地表達出概念性習題的含義，文中將兩套教材有關運動學（《原理與問題》中第二、三章，人教版《物理》中必修1的第一、二章）的習題進行了統計（表1），并將概念性習題進行如下分類.

（1）直接根據概念求結果

運用相關概念直接判斷或解答，不要求詳細闡述.根據布盧姆將認知目標按認知過程維度的分類，要求學生對概念的掌握達到記憶水平.如表1中，人教版《物理》例1，只需學生能夠判斷出是屬于“位移”還是“路程”，不用解釋說明；《原理與問題》例4，只需學生根據所給情境做出位移－時間圖像，不需說明過程.

（2）由結果論原因

判斷題目情境呈現的結果正確與否，答題過程中要求對概念的內容和內涵進行復述，對概念進行深入的辨別.根據布盧姆將認知目標按認知過程維度的分類，要求學生對概念的掌握達到理解、運用、分析或評價中的任意一個水平.如表1中，人教版《物理》例2，學生需根據題目情境進行判斷，分析是否符合加速度的特征，再做出正確的舉例；《原理與問題》例5，呈現了兩個位移矢量的不同的結果，學生要對位置矢量概念的形成過程進行分析，才能得出正確結論.

（3）兼具以上兩者特點的混合型

既要求學生根據概念得出正確的結論，又要求解釋說明.根據布盧姆將認知目標按認知過程維度的分類，要求學生對概念達到理解、運用、分析或評價甚至創造中的任意一個水平.

可以看出，第一類概念性習題更為注重結果，第二類更加注重過程，第三類兩者兼具.每一類概念性習題要求學習者達到的認知目標不一樣，從第一類到第三類漸次加深.

表1 兩套教材運動學概念性習題的設置及舉例

1.3 兩套教材概念性習題編制的相同點和不同點

（1）從表1可見，兩套教材對概念題的編制，都注重將概念納入實際情境，聯系實際提出問題.人教版《物理》傾向于將創設的情境直接描述出來，而《原理與問題》創設的情境則更具體，更具有操作性.如例4和例5所創設的情境呈現了概念的形成過程，且操作性較強，直觀形象，更符合學生的思維水平.

（2）從各類概念性習題的數量來看，《原理與問題》每類題都有一定的數量，第一類最多，第二、三類較少.人教版《物理》則大部分為第一類，第二、三類很少甚至沒有.

2 概念性習題的設計編制

通過上述分析，針對我國概念性習題設計存在的不足，結合學生學習的特點，文中對概念性習題的編制提出以下建議.

（1）創設貼近學生生活的簡單、具有操作性的情境.情境通俗、具體且反映出概念的形成過程，學生才容易理解，容易將物理與實際聯系起來.概念性知識屬于陳述性知識，其教學策略之一就是要吸引學生的注意力［4］.創設直觀、形象的情境，更容易吸引學生，引起學生情感上的共鳴，而記住與個人某種感受有聯系的詞比無感情色彩的詞要容易得多［5］，因此，創設簡單情境更能發揮概念性習題的作用，也更易于學生的記憶.同時，形象的情境，利于學生建立物理形象，促進學生形象思維的發展.對比表1的例子可以看出，情境更具操作性的題目，能更好地引導學生理解概念.

（2）從概念的定義、對象、范圍和特例等方面設定題目，呈現概念的具體形成過程，體現操作性；著重學生較難理解的概念的特性和易忽略的方面，以概念習題的形式呈現，幫助學生辨別理解，減少解題時出錯的概率.如位置矢量，學生易忽略原點的選取和方向的相對性，《原理與問題》例5通過位置矢量的形成過程設定情境，形象、直觀且利于學生理解.

3 兩套教材的習題設置

3.1 兩套教材習題位置和欄目設置簡介

《原理與問題》的習題包含5個欄目即知識點后設有“練一練”，部分知識點后有“挑戰性問題”（每章有一題），每節后有“本節復習題”，每章后有“測評”和“標準化測試”.

人教版《物理》的習題為每小節之后有“問題與練習”，未設章后總復習題.

兩套教材習題位置和數量如表2.

表2 兩套教材習題位置及數量

3.2 兩套教材各欄目習題簡介

（1）《原理與問題》的“練一練”、“本節復習題”主要包括問題解決型和概念性習題；“挑戰性習題”為問題解決型習題；“標準化測試”要求學生計時測試，因此本文未將其列入討論范圍；“測評”為每章后的總習題，題量最大，分類明顯，分為繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維、科技寫作、日積月累8個子欄目，題量如表3所示.

表3 “測評”各子欄目習題數量及所占比例

表3中，繪制概念圖即繪制本章各概念、規律等相關的思維導圖；理解概念、應用概念是有關概念分析的習題，以使學生掌握概念為目的；問題解決、復習提高是需要計算的習題，以訓練學生解決問題為目的；理性思維集應用型、分析型等問題解決型習題于一身；科技寫作即根據一個物理主題收集資料進行寫作；日積月累編排的是已學過章節的問題解決型習題.

（2）人教版《物理》的“問題與練習”是教材專門的習題欄目，包含各類型的習題，無分類設置，不同章節的題型不固定，平均每個小節后有3～4道題.

3.3 兩套教材概念性習題設置的異同

（1）兩套教材都很重視概念性習題的設置.表4是兩套教材所有習題中概念性習題的數量情況，兩套教材概念性習題的比重都超過了.

表4 兩套教材概念性習題數量

續表

（2）兩套教材概念性習題設置不同.首先，《原理與問題》每一個習題欄目都有概念性習題，還設有專門的概念性習題的子欄目，從表3可見，僅“測評”欄目中，設置了繪制概念圖、理解概念、應用概念3個子欄目.人教版《物理》沒有將習題分類，也未分欄目設置概念性習題，概念性習題在有些章節多，有些章節少.雖然人教版《物理》概念性習題占章節總習題的45.23%，但其總習題量為597題，僅是《原理與問題》的，可見，人教版《物理》概念性習題的數量實際很少.

4 設置概念性習題的作用

兩套教材雖然設置概念性習題有所不同，但都非常重視概念性習題的運用，筆者認為因概念性習題有其獨特的優點.

（1）概念性習題督促學生思考知識點的本質，有助于改善學生解題只重結果不重過程的現象.概念性習題不涉及計算，可以排除數學計算對學生思維的分散，專注于對概念的理解.學生在解決概念性習題（尤其是第二、三類概念性習題）的過程中，必然要對概念的涵義和形成過程進行深入探究，從而促進學生理解概念，改變學生為做題而做題的知其然而不知其所以然的狀態.

（2）概念性習題有助于程序性知識的建立.概念性習題本質上是檢驗學生是否掌握陳述性知識的習題，通過完成概念性習題，能加深學生對陳述性知識的理解.而陳述性知識的獲得是學習程序性知識的基礎［6］，因此，概念性習題的設置能促進學生程序性知識的獲得.

（3）概念性習題有助于培養學生學習物理的良好習慣和方式，促進學生自主學習.概念性習題不是只用公式就有可能正確解決的習題，學生必須通過思考概念的本質涵義來完成習題，即概念性習題可以從習題的編制上改變學生思維的惰性，培養其學習的積極性；同時，概念性習題涉及概念的各個方面，可以作為材料引導學生自主學習.

（4）概念性習題促進學生思維能力的良好發展.根據Ceci等提出的“知識－過程相互作用模型”，各種過程（編碼、量化、抽象、視覺化等）在認知中進入各個知識領域（相關陳述性知識的總體）；而某一領域知識結構的精致化程度影響編碼等微觀過程的效率，反過來，它又制約思維和推理等宏觀水平的行為［6］.即知識的掌握和認知過程是相互促進的，學生真正掌握了物理知識的內涵，能夠促進學生智力的發展，促進其更好地解決物理問題.專門化知識越豐富，掌握得越牢固，專門記憶的質量也越高［4］，物理概念性知識掌握得越牢固，越有助于物理的學習.

5 概念性習題的應用啟示

通過對比兩套教材對概念性習題的設置，以及對概念性習題作用的研究，現提出以下建議.

（1）我國教材應對概念性習題進行專門設置，增加概念性習題的數量.新課改提倡要轉變學生的學習方式.因此，建議將習題進行分類設置，并專門設置概念性習題的欄目，增加習題數量.

（2）根據概念的不同認知目標合理設置每個類型概念性習題的數量.

（3）運用概念性習題輔助物理課堂教學.親身探討概念的形成過程能幫助學生掌握概念的內涵，有效避免學生死記硬背的機械記憶.

（4）將概念性習題作為學生課前、課后及復習時自主學習的引導性材料.能提高學生自主學習的效率和積極性.

1 袁博.中美高中物理教材的比較研究（碩士學位論文）.山東師范大學，2011

2 （美）齊澤維茨，等著.錢振華，等譯.物理：原理與問題.杭州：浙江教育出版社，2008

3 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理.北京：人民教育出版社，2010

4 張景煥.教育心理學.濟南：山東人民出版社，2010

5 （俄）維果茨基著.龔浩然，許高渝，潘紹典，劉華山譯.教育心理學.杭州：浙江教育出版社，2003

6 辛自強.問題解決與知識建構.北京：教育科學出版社，2005