巧用物理教材習題 培養學科核心素養①

(1. 廣東省汕頭市實驗學校,廣東 汕頭 515041；2. 廣東省順德容山中學,廣東 順德 528303；3. 廣東省東莞中學松山湖學校,廣東 東莞 523808)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出：課程理念之一為“體現課程的時代性，關注科技進步”；教材編寫原則之一為“注重時代性，及時反映物理學對社會進步及科技發展的重要作用”。因此，很多物理教材的習題以科技素材為問題情境，加強對學生應用基礎知識解決物理問題或實際問題能力的考查。然而對于科技素材，教材編者由于自身知識的局限性，在編寫教材習題時出現一些錯誤就在所難免。筆者在教學過程中，發現人教版物理必修1中有一道習題就出現對素材的理解錯誤。

1 教材原題呈現

人教版物理必修1第二章第4節的“問題與練習”第3題敘述如下：某型號的艦載飛機在航空母艦的跑道上加速時，發動機產生的最大加速度為5m/s2,所需的起飛速度為50m/s，跑道長100m。通過計算判斷，飛機能否靠自身的發動機從艦上起飛？為了使飛機在開始滑行時就有一定的初速度，航空母艦裝有彈射裝置。對于該型號的艦載飛機，彈射系統必須使它具有多大的初速度？為了盡量縮短艦載飛機起飛時的滑行距離，航空母艦還需逆風行駛。這里對問題做了簡化。

2 教學過程

筆者把此題布置為家庭作業，要求學生完成作業后，還要上網查閱航空母艦相關資料，并做好記錄，下次上課時，分享查閱收獲。

師：請一位同學上黑板寫出解答過程。

師：請介紹解題思路？

生：在航空母艦起飛跑道的后端，用彈射裝置給艦載機一個初速度，艦載機獲得初速度以后，在起飛跑道上做勻加速直線運動，到達起飛跑道的前端，達到了起飛速度，根據勻變速直線運動的規律，寫出方程，可求得速度。

師：你們已經上網查閱資料，請問艦載機在航空母艦上如何起飛？如何降落？

生：在裝備彈射系統的航空母艦上，艦載機借助彈射系統助其加速，并達到需要的起飛速度，使艦載機順利升空。

師：什么是彈射系統？

生：彈射系統是航空母艦上推動艦載機增大起飛速度、縮短滑跑距離的裝置。

師：請問彈射系統如何使艦載機獲得起飛速度？

生：如圖1所示，彈射系統裝在整個起飛跑道上，是把艦載機從起飛跑道的后端由靜止開始加速到起飛跑道的前端，達到需要的起飛速度。

圖1

師：既然彈射系統是這樣使艦載機獲得起飛速度，請問我們教材這個習題正確嗎？

生：不正確。啊，教材習題錯了？

師：請問哪里不正確？

生：在教材習題中，把彈射系統理解為只在起飛跑道的后端給艦載機一個初速度，而彈射系統是在整個起飛跑道上加速，因此該習題違背了真實情況，犯了原理性錯誤。

師：嗯，既然如此，請問如何修正？

生：根據彈射系統原理，本題可修正如下：某型號的艦載飛機在航空母艦的跑道上加速時，發動機產生的最大加速度為5m/s2,所需的起飛速度為50m/s，跑道長100m。通過計算判斷，飛機能否靠自身的發動機從艦上起飛？為了使艦載機可以從艦上起飛，則彈射系統至少要使艦載機產生多大的加速度？

師：為何要這樣修正？

生：本題是考查物理公式在軍事中的應用，由于彈射系統使艦載機在整個起飛跑道都在做勻加速直線運動，艦載機的初速度總是為0，所以本題應該求加速度。

3 教學反思

筆者發現此題存在錯誤，沒有直接給學生指出，而是以此題為素材，引導學生查閱相關資料，在課堂與大家分享交流。通過這樣的教學過程，增強了學生的自學能力，促進了師生的合作交流，培養了學生的質疑精神，從而有效地提升了學生的物理核心素養。

3.1 應用公式解答，深化物理觀念

物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。物理觀念包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念。學生首先認真閱讀題目，分析出艦載機做勻加速直線運動，然后根據勻變速直線運動的相關公式，代入已知數據，得出解答。學生經歷了做題過程，理解了勻變速直線運動的相關規律，增強了勻變速直線運動規律的應用能力，從而深化了物理觀念。

3.2 質疑教材習題，培育科學思維

科學思維是對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式。科學思維包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新。學生在分享了彈射系統的原理后，通過對比，發現真實的彈射系統工作原理與教材習題表述的彈射系統工作原理不一樣，從而大膽質疑，指出教材習題存在錯誤，并對教材習題提出修改建議。通過這樣的教學過程，激發了學生的學習興趣、質疑精神和論證能力，從而培育了學生的科學思維。

3.3 查閱網絡信息，培養探究精神

科學探究是人們探索和了解自然、獲得科學知識的主要方法。以證據為基礎，運用各種信息分析和邏輯推理得出結論，公開研究結果，接受質疑，不斷更新和深入，是科學探究的主要特點。科學探究主要包括問題、證據、解釋、交流等四個要素。學生通過網絡查找航空母艦相關資料，找到自己需要的信息，有利于培養學生自學能力。通過對資料的對比、分析、討論，能夠有效培養學生的科學探究能力和科學探究精神。

3.4 交流各自資料，樹立科學態度

科學態度是個體對科學對象、現象、過程、事實、理論等持有的穩定的心理傾向，主要包括好奇心、實事求是、追求創新、合作分享四個方面。學生通過高中階段的物理學習，應具有基于證據和邏輯發表自己見解的意識和能力，不迷信權威，實事求是。能主動與他人合作，尊重他人。通過這節課，學生分享各自查閱的資料，勇于表達自己的觀點，并相互討論，從而感受集體的智慧，對培養學生的科學態度起到了潛移默化的效果。

教材習題可以簡化，但不能虛化。可以高于生活，但不能脫離生活。學生通過查閱資料，指出教材習題錯誤，有效地培養了學生自學能力、質疑精神，進而積累了必備知識，提升了關鍵能力，提升了學科核心素養。

參考文獻：

[1] 胡衛平.物理學科核心素養的內涵與表現[J].中學物理教學參考，2017,(8)：1-3.

[2] 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 必修物理1[M].北京：人民教育出版社，2010:43.