習題教學提升中學生物理學科素養的策略

張志宏，佟 磊，謝燕鶴

（1.白城師范學院 物理與電子信息學院；2.白城市實驗高級中學，吉林 白城 137000）

0 引言

物理習題教學是幫助中學生提高分析問題和解決問題能力的重要手段.物理問題的解決是訓練學生在面臨一個物理問題時，需要自己對問題進行分析和理解，嘗試運用有關的物理概念、規律和方法去解決問題的認知過程［1］.在解答物理習題的過程中，可以使學生的知識得到鞏固和深化、豐富和擴展，習得更為高級的方法和策略，發展學生的智力，提高學生的能力，提升物理學科素養，切實將物理學科素養的培養貫穿在物理課程的設計和實施中［2］.

1 習題教學對提升物理學科素養的作用

在物理教學中，習題教學不僅能促進學生對物理知識、方法的理解和掌握，也能促使物理觀念在學生頭腦中得到升華和提煉，還能促進學生操作技能、動手能力的發展，以及科學思維水平的提高.

（1）習題教學能夠幫助學生鞏固、活化基礎知識，提升對物理觀念的認識.物理基本概念和規律是基于大量物理現象建構而成的，不僅概括度高而且抽象性強.只有讓學生將知識反復應用到各種不同的情境中，才能鞏固學生對概念和規律的理解和認識，幫助學生建立已有知識之間的相互聯系，使基礎知識得到熟練和活化，提升對物理觀念和科學思想的認識.

（2）習題教學能夠促進學生技能與能力的發展，提高學生的科學思維水平.習題教學是以解決問題為核心的學習活動，不僅要運用知識、技能，還要運用各種解決問題的方法.在面對新的問題情境時，學生不僅要進行分析與綜合、推理與判斷，還要進行想象，從而發展學生的思維能力.

（3）習題教學能夠啟發學生理解科學、技術、社會和環境之間的關系.學生在進行物理習題練習時，要將學過的物理概念、規律應用到具體情境中去，即理論聯系實際.許多習題取自于現實生活、生產、交通、環境以及科學技術中，使學生在掌握物理知識、方法的同時，還能去體會物理科學與技術、環境的關系，理性地認識和評價科學技術的社會功能.

2 習題教學提升物理學科素養的策略

2.1 運用系統復習的方法

教師在習題課教學開始，復習相關的物理概念、規律以及物理運算公式時，運用系統歸納的方法，可以通過繪制 “概念圖” “知識結構圖” 等方式進行知識點的總結，或者讓學生運用表格的形式對相近或相似的知識點進行歸納、比較，使學生牢固地掌握物理概念，發展科學思維.如果復習的環節涉及的知識點較多，要按照內容的先后順序逐條復習.對于學生不易記憶和理解的知識點，要將這些知識點按照一定的邏輯關系聯系在一起，進行知識網絡的梳理，組成概念圖，更易使知識系統化，便于學生掌握和運用.

表1 是針對物理運動學部分的知識總結，通過對各種形式直線運動的加速度、速度進行比較，使學生一目了然地看到勻速直線運動、勻變速直線運動和平拋運動之間的加速度、初速度的區別，從而培養學生進行比較、分析和歸納的能力.

表1 幾種直線運動形式比較

2.2 重視解題思路和方法

教師要重視對習題題型及相應解題思路的講解、解決某些問題的特殊方法及分析和解決問題基本策略的思考與總結.物理習題的解決絕不是套用學過的公式做一些相關的運算，而是借助已有的知識、方法和觀念，運用靈活的方法，探求解決各種具體問題的思路和方法的過程，進而提升學生的物理學科核心素養.

2.2.1 強化解題思路的訓練

對于比較復雜的計算題，教師要訓練學生的解題思路和方法.解決計算題要有兩條思路.第一條思路是從題目待求物理量開始，先找出含有待求量的原始公式，再觀察原始公式中還包括哪些未知量，繼續找出這些未知量與已知量的關系，然后依次逐步分析、推演，直到待求量完全可以用已知量表達為止；第二條思路是從題目給定的已知量開始，按照已知條件尋求已知量與某些中間量以及已知量和待求量之間的關系，直到全部找出這些關系.這樣，學生在解決具體的物理問題過程中掌握了解題思路和方法，不僅能提高學生分析問題、解決問題的能力，而且能促使學生思維水平的提升.

2.2.2 重視特殊方法的運用

（1）模型法的運用.在分析和解決物理問題時，要注重對物理圖景的分析，確定研究對象，找到理想模型，分析研究對象所處的物理狀態或過程，找到對應的狀態模型或過程模型.圖1 表示的是繩拉小球的兩種情況，小球都是處于靜止狀態，由于繩作用在小球的位置不同，對應的物理模型不同，導致結果不同.圖1中A小球受到的拉力作用點在球心，小球受到共點力的作用是共點力平衡，B小球受到的拉力作用點在球的表面，小球靜止是力矩平衡的結果.明確研究對象是什么以及研究對象所處的狀態，并把研究對象視為適當的模型，找到物體對應的模型，問題就迎刃而解了.上述兩個例子說明在習題教學中運用特殊方法——模型法，通過對物理問題中的圖景分析，找到對應的物理模型，是簡單易行的方法，通過對比、分析、抽象概括出物理模型的過程能培養學生的抽象思維能力.

（2）等效法的運用.這種方法是通過等效變換，將物理問題化繁為簡、化難為易的方法［3］.在解決電路問題遇到多個電阻的問題時，利用等效法可以求得總電阻，在力學問題中涉及多個力作用在同一個物體上，利用等效法求得合力.圖2表示的是在一個磁感應強度為B的勻強磁場中，有A，B兩點，距離為L，連一條金屬線ACB，當金屬線以速度v勻速向右運動時，求解金屬線上A，B兩端的感應電動勢.對于任意形狀的導體在磁場中運動產生感應電動勢的問題，在高中階段，利用動生電動勢直接計算是不可能的.只有具備微積分的數學基礎，采用微元的方法才可以求解.如果想直接求解，只能采用等效的方法，把任意形狀的導體用一直導線連接成一閉合導體，根據法拉第電磁感應定律，在磁場中閉合導體產生的感應電動勢是0，推理得出任意形狀導體和直導體產生的電動勢是大小相等，電勢正負相反，這樣就可以用直導體等效代替任意形狀的導體，即用到等效處理法解決無法直接解決的問題.

圖1 模型法實例示意圖

圖2 等效法實例示意圖

2.3 精心選編題目

圍繞習題課的中心目標，針對本階段的核心內容及學生知識的實際掌握程度，精心選編題目，選擇幾例典型試題，師生共同完成.首先，對課本的習題進行分析和分類；其次，要注意題型的多樣化，題量要恰當，難易程度要適宜.

2.3.1 注意例題的典型性

首先，例題要能夠體現物理概念、規律的本質和關鍵，充分反映分析和處理物理問題的方法，有利于舉一反三，一題多解；其次，例題能夠有效地引發學生的不斷思考，獲得對物理觀念的提煉.通過思考獲得對問題的解決方法與策略的提煉和總結.一題多解能培養學生創造性思維的變通性、靈活性.

例如：某一物體以某一速度沖上一光滑斜面，前4 s的位移為1.6 m，隨后4 s的位移為0，那么物體的加速度多大？（設物體做勻變速運動）.

對這個問題利用兩種方法求解，設物體的加速度為a，由題意可知a的方向沿斜面向下.

解法一：因為整個過程加速度不變，所以物體做勻變速運動，由于兩段運動時間相等，則可運用公式ΔX = at2求得a=0.1 m/s2；

上述兩種方法分別代表了不同的思路和方法，在物理習題教學過程中教師可以利用一題多解的習題，培養學生的發散性思維，在解題過程中引導學生面對問題從多個角度去考慮，有時也可以設置疑點，再加以引導激發學生主觀能動性，讓學生自主總結，加深印象，從而鞏固基礎知識，培養學生的發散性思維.

2.3.2 注意例題的多樣性

選擇不同類型的題目，發展學生的思維能力.在習題教學中利用推理論證類題目，不僅能鞏固、深化、活化物理知識，而且能有效地培養學生的演繹推理和歸納推理能力，即在給定條件下，根據已有理論，通過邏輯推理，導出所要求的結論.例如，物體做勻加速直線運動，其加速度為a，在連續相等的時間t 內的位移依次為S1，S2，S3，…，求證：S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1=at2.該例題通過對物理過程的分析，運用物理公式導出結論的過程也是訓練學生邏輯推理能力的過程.

3 結語

在物理習題教學中，經過各個環節的設計，各種教學策略的選擇與運用，通過教師有意識地展示并引導學生訓練，使學生牢固掌握物理概念和規律，掌握思考解決物理問題的方法與策略，提高學生的邏輯思維和發散思維能力，達到有效提升學生物理學科素養的目的.