基于學科素養視角下的物理習題教學的研究

摘 要：筆者所研究的習題教學是以學科素養為導向，以情境任務為具體方式的“診斷式”習題教學。基于物理學科素養觀提出習題教學的操作定義，探索習題教學的設計理念。研究圍繞校本化習題設計、校本化習題實施展開，轉變教師的習題教學觀念，發揮習題教學的育人價值，促進學科素養落地生根，為新時期高中物理習題教學的轉型升級提供了新思路。

關鍵詞：習題設計;習題教學;主題化習題

一、研究緣起

對于新一輪高考改革來說，高考試題是一線教師教學的風向標，分析高考試題中蘊含的學科素養，我們可以發現：近幾年的高考試題真正回應了新課程標準對學科素養的要求。作為教學一線的教師，研究習題設計與教學，發揮習題教學的素養載體與學科育人功能是一項重要的研究課題。

（一）建構主題化的需求

新課程改革的一個重要特點是教師引導學生建立結構化的知識體系。教師通過設計層次性問題和任務，優化教學活動，著力培養和發展學生思維能力，注重學生的質疑、批判、創新能力的培養。建構以“思維為中心”的習題教學新型課堂，體現學生的“深度學習”特征。

（二）學科素養化的需求

讓習題教學承載學科素養，設計出一系列蘊含素養目標且符合學科特征的習題。通過習題設計將教學目標、對象、內容、時間等要素靈活重組與構建，以“必備品格”與“關鍵能力”為評價指導，關注過程性評價，設計可以定性檢測與評價學科素養的試題，為物理新型習題教學提供模板與方向。

（三）習題校本化的需求

根據不同地區不同層級學校發展的需要，校本化習題教學能更好地針對本校學生特點，根據學生的學情設計相應的習題，使得習題教學與學生的自身認識結構相匹配。通過有計劃地實施以后，使不同層級的學生均能獲得較好的發展，讓學生在知識中站立起來，形成知識體系，讓學生在學習能力的發展中強起來，提升學科能力，培育創造力、學習力、想象力。

二、研究設計

（一）操作定義

“習題設計”：拋棄以經驗為主的“拿來主義”的試題，而是基于學情，以學科素養為目標導向，以學業水平質量層級為設計支點，創設以情境化、任務化呈現的“診斷式”物理試題。

“習題教學”：教師根據學生的學情，聚焦素養，以“主題化”習題為載體，以學業水平層級為標準，通過設置系列問題鏈，建構主題化習題系列，促進學生在“素養”上獲得協調、可持續的進步與發展的教學過程。

（二）設計理念

根據新課程標準中對物理習題（作業）設計的要求，圍繞物理學科核心素養的結構與要求，創設真實的問題情境，采用多樣化的評價方式，以學業層級為標準，全面客觀地研判本校學生的素養發展狀況，明確發展方向，全面促進學生核心素養的發展。

（三）研究目標

1.轉變教師“過于應試”做法：關注“素養發展”的情況，優化習題設計與教學，培養全面而有個性的學生。幫助學生實現學習遷移，促進個性發展，助推教學質量的整體提升。

2.提供培養教師成長平臺：改變教師教學理念，提升教師習題教學水平。對習題教學做本土化、學科化、操作化的研究實踐，形成以“雙真”理念為指導下的“習題教學”范式，促進教師的專業成長。

3.形成校本化習題資料庫：習題教學改革與落實學科素養深度融合，建立校本化習題資源庫，實現學科的教育價值，從人的整體發展的角度實現課程育人。

（四）研究線路

發展核心素養是習題教學的根本目的，目標是習題設計的靈魂。情境與問題是習題設計的內容，也是實現育人目標的載體，習題設計要考慮整體效能，要圍繞課程內容與學生的思維特征展開，結構是習題設計的基本要求。

三、操作實踐

（一）校本化習題設計目標

1.習題設計符合學情

充分認識學生的能力、興趣、發展差異，立足于以班級為縱向基本單位的、以不同知識為橫向維度建立校本化習題資源庫。以素養立意為本，防止題海戰術式的演練，又要避免設計脫離實際的純思辨游戲式題目。讓學生從知識記憶轉向應用知識，解決問題的高階思維方向發展。

2.習題設計符合課標

將課程的學業質量標準與素養的結構分析有效結合，精準把握習題設計的梯度，關注教師習題教學的廣度與深度，實現習題教學與考試測評的有機融合，促進學科育人的實效性。在校本化習題教學中需要結合本校學生實際情況，充分利用新教材中拓展資源為情境進行習題的設計，從而培養學生的綜合素養。

3.習題設計符合“雙真”

核心素養導向下的物理教學以學科大觀念為核心，教學中更多的關注知識的結構化，教學內容的主題化，習題載體的情境化，信息處理的專業化。我們的習題教學也將以“雙真”的方式進行試題的編制與教學，即基于真實問題的解決、真實情境的創設，以知識遷移與實踐運用為目標，進行問題鏈設計，由表及里、層層遞進。以“雙真”統領習題設計與習題教學，有利于激發學生興趣，促進其思維建構，提升其建模能力，培育其解決問題能力。

（二）校本化習題教學范式

1.題型結構要適當豐富

根據教學需求不同，我們設計的習題類型分為基礎性、探究性、實踐性以及綜合性。下面以“嫦娥”探月、火星探測為例說明如何設置習題。

基礎性習題：落實學科雙基，指向學科觀念與科學思維的發展，內容突出主干知識，聚焦素養立意，強調知識與情境的緊密關聯。例如：我們觀察長征五號火箭發射神舟飛船時，發現在船艙內宇航員都處于“半躺位”升空，試分析在運送宇航員升空的過程中宇航員處于什么狀態？請你查閱相關資料，獲取相關數據，應用所學的物理知識進行解釋。

探究性習題：設計學科知識形成過程，指向探究能力的養成，設計注重系列化，強調學科的廣度與深度，內容創設真實情境，強調探究要素的覆蓋，引導學生關注發現問題。

實踐性習題：設計關注動手操作內容，指向實踐能力的提升，結構設計注重實踐任務的系列化，強調“做中學”的真實情境，關注學生的搜集、設計、操作、總結、反思。例如：2021年12月9日，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富化身“太空教師”首次進行了天空授課，在“天宮二號”進行了物體運動、細胞學實驗、液體表面張力等現象的直播演示。提問在天宮二號空間站中，宇航員處于完全失重狀態，將一個乒乓球放入水中能懸浮在水中間嗎？此時乒乓球受到水的浮力嗎？請你利用所學物理知識解釋此現象，并用物理實驗驗證。（可以將乒乓球放入裝滿水的瓶子并用鑷子壓入底部，釋放瓶子，讓其做自由下落，可以觀察到實驗現象。）

綜合性習題：設計關注知識的綜合應用，注重培養學生的橫向聯系。學科間有機融合，情境創設以生活、科技應用中較為復雜的問題為背景，設計基于問題，基于項目的研究，注重真實問題（任務）的解決。例如：2021年2月10日我國發射的火星探測器天問一號經過7個多月的長途跋涉抵達火星，成功實施火星捕獲，進入環火軌道，后經多次制動與系列變軌于2021年5月15日成功著陸于火星烏托邦平原，標志著我國首次火星探測器著陸火星取得成功。假設“天問一號”探測器在火星表面附近圓形軌道運行的周期為T1，而我國的神舟十三號飛船在地球表面附近的圓形軌道運行周期為T2，根據已知天文資料，請你根據以上知識求出天問一號的周期T1與神舟十三號飛船的周期T2之比。

2.素養結構要指向全面

學生素養的培育是一個漸進的過程，學生的核心素養造就關鍵能力的形成，根據素養結構觀得出必備品格與關鍵能力是素養的核心組成，因此通過新情境的構建，精巧的習題設計，有效的習題教學，考查學生的價值取向與價值觀念以及學生的認知、合作、創新能力等關鍵能力。

3.維度結構要符合認知

根據學生的認識特點，對于思維跨度大的重難點知識，習題設計時教師要注重知識的結構與梯度，設計時以任務為中心，關注習題的延伸性、生長性和變式性，從而提升學生的思維廣度與認識進階。

（三）校本化習題教學實施

新課程標準關注學科大概念，強調以結構化知識解決問題。習題教學時如能進行系統規劃、整體設計，以情境、任務、問題為載體，以結構化主題引領，就更符合知識的結構，更能有效地落實單元學習目標，更好促進學生建立知識結構，實現循序漸進地培育學生的核心素養。

主題化習題教學，重視主題的選擇，強調情境的創設。主題式情境是習題教學設計中的核心問題、焦點問題，教師在反復研究教材、教法、學法的基礎上編寫的一根思維之“藤”。教師作為習題教學的設計者與新課程的推進者，應在創設習題時圍繞思維之“藤”，設計主線，采用“話題——主題——試題”的流程來優化習題。

案例：話題——主題——試題優化習題教學

話題：近年來，在我國科技工作者的努力下，我國一系列科技成果引發全球矚目和熱議：“神舟”飛天、“嫦娥”探月、“北斗”組網、“墨子”傳信、“天眼”巡空、“蛟龍”入海……這些成果都蘊含了許多物理科學技術，更體現了科技創新能力。

主題：神舟飛天、嫦娥探月，我們的征途是星辰大海

基礎性試題：1.“嫦娥二號”在奔向月球的過程中進行了軌道機動與快速測定軌技術的驗證，繞月軌道由100公里的圓軌道調整為遠月點100公里、近月點15公里的橢圓軌道，請你分析嫦娥二號在繞月圓形軌道上變成繞月15公里橢圓軌道時需要進行變軌，變軌時嫦娥二號需要進行加速還是減速？變軌點選擇近月點還是遠月點？當它從近月點向遠月點運行時，“嫦娥二號”的動能、重力勢能、機械能如何變化？

探究性試題：2.2020年中國科技繼續發力，在科技前沿取得了重大成果：嫦娥五號成功返回地球，“奮斗者”號載人潛水器創造了10909米潛水新記錄，北斗全球系統星座部署完成，我國最高參數“人造太陽”建成等。在嫦娥五號成功返回地球與“奮斗者”號載人潛水器下沉過程中都會出現超重與失重現象，這種體驗我們在生活中很常見，你能否設計物理實驗，驗證物體運動過程中處于失重還是超重？

實踐性試題：3.2021年12月9日，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富化身“太空教師”首次進行了天空授課，在“天宮二號”進行了物體運動、細胞學實驗、液體表面張力等現象的直播演示。請你搜集相關資料并為同學解釋相關現象，并研究能否在地球上實現這些實驗現象。

實驗現象一：我們觀察航天員“天宮課堂”的水球光學實驗，通過水球我們可以看到幾個人像？這些人像有什么特點？請你利用所學光學知識解釋看到此現象的原因。（氣泡讓水球變成“透鏡組合”，可以通過透鏡組合形成進行實驗演示）

實驗現象二：太空生活中的轉身、鍛煉、跑步、做飯與地球上有什么區別？如何在太空實現這些常規動作？

設計說明：結合當前社會熱門的、學生關注的、具有時代特點的話題。將話題轉變成主題，往往具有多維度思考的價值，圍繞主題設置多層級問題串，串聯物理多要素。從學生認知思維規律出發，合理設計問題的梯度，循序漸進，由表及里，由易到難，由淺入深，由小到大，層層深入培養高階思維，落實素養目標。

四、研究成效

（一）提升教師的習題設計能力

通過教師積極開展習題教學研究，大大提升了習題設計與教學能力。進一步優化習題教學，落實新課標新教材背景下的課堂轉型，探索習題教學新范式。

（二）建構校本化的習題資源庫

為建構適合本校學情的校本化習題資源庫，組建名優教師團隊，以備課組為單位按年級進行了習題設計的分層分類設計與編撰工作，通過有針對性的教學習題資源庫建設減輕了本校學生的課業負擔，提升了習題教學的針對性與有效性。

（三）提升學生高階思維與素養

走進現實生活，讓學生經歷生活實踐，解決實際問題，教師關注社會、生活的熱點現象，依據學生所經歷的真實生活及取得的生活經驗，設計系列學科主題探究，學科項目化學習活動，學科綜合實踐活動。學生在解決與學科知識關聯的實踐性問題時，大大促進了學生的高階思維發展，提升了學生的實踐能力和創新能力，培育了學生的綜合素養。

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作者簡介：王青（1973—），男，漢族，浙江杭州人，杭州市富陽區新登中學，中學一級，本科。研究方向：課堂教學。

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