開發教材習題資源 培育學科核心素養

摘 要：文章以新粵教版高中物理必修二拋體運動為例，從課前預習、課堂情景導入、課堂實踐探究、變式習題教學、課外拓展探究等角度闡述如何開發教材習題資源，促進學生物理學科核心素養的落實與發展.

關鍵詞：新教材；教材習題；核心素養

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0061-04

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：熊立文（1990—），男，廣東省佛山人，碩士，中學一級教師，從事中學物理教學研究；

王浩輝（2001—），男，廣東省江門人，本科，中學二級教師，從事中學物理教學研究.

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）指出：通過練習題的教學，學生能夠在科學思維、探究能力、實踐意識和科學態度等方面獲得顯著提升，這對于培養學生物理學科核心素養起到了積極的作用^[1].目前針對粵教版高中物理教材，關于“如何通過優化練習題，以更有效地培養學生物理學科核心素養”的研究相對較少.因此，本文嘗試從如何更好地開發新教材習題資源角度來闡述教材習題使用策略，以期對教師課堂教學提供幫助.

1 課前預習

課前預習問題的設置應遵循“最近發展區”原則，通過設置與學生生活相關的預習問題，不僅可以提高學生參與度、激發學生學習動力，還可以促進學生對新課所學內容的深度思考，從而更深入地理解所學內容.

在粵教版第一章第一節曲線運動教學中，根據本節課后第2題情境（如圖1），優化設計了幾個學生課前預習思考的問題：

（1）自主預習本節內容，根據提供的曲線運動圖像，能否畫出質點在A點的加速度、速度示意圖？那在B點的速度呢？A點和B點的速度情況和它們的加速度情況有關嗎？在該點的速度應該怎么進行判斷呢？請嘗試描述物體的運動狀態.

（2）給出籃球比賽中實際曲線運動案例（如圖2），根據你對籃球在空中速度、加速度的情況分析，如何判斷籃球在空中是加速運動，還是減速運動？如果籃球改為豎直向上拋出呢？籃球又是做什么運動？ 請從“受力與運動”的角度解釋物體為何會呈現曲線運動，并說明背后的原因.

改編課本習題情境、創設課前預習問題，可以加深學生對曲線運動的感性認識，有助于學生更好地理解和掌握曲線運動概念，從而提升解決問題能力.

2 課堂情境導入

基于核心素養改編教材課后習題，實現課堂導入，可以直接引導學生回顧并運用課堂所學知識，提高學生參與度^[2].在第一章第四節的課后第一題中，縱跳儀的情境與學生體育學習密切相關，學會計算生活中上拋運動的高度是課堂學習的重點.根據該習題中對跳高高度與滯空時間的估算，設計了根據真實縱跳儀成績的情境導入（如圖3）.在課堂教學過程中可以先展示縱跳示意圖，然后展示在一次縱跳測試中的高度示數，并說明該情景是測試者在起跳過程中沒有完全豎直起跳時的成績，接著提問學生：只考慮重力作用，此時該測試者的重心是豎直上拋運動嗎？由于起跳速度與水平方向存在夾角，因此此時重心為斜拋運動，學生自主思考后判斷出該運動為一般拋體運動.再提問：此時我們應該如何分析這種初速度與水平方向存在夾角的運動？給出初速度，如何根據縱跳高度計算上升到最高點的時間？這樣引導學生思考本節重點“如何分析斜拋運動在水平與豎直兩個方向的運動情況”，為理解斜拋運動在水平方向做勻速運動、豎直方向作上拋運動，以及對于兩個方向運動公式的應用打下了良好的基礎.

3 課堂實踐探究

為更好加深學生對相關概念的理解，突出學生課堂的主體地位，激發學生探究的熱情，可以通過設置相關問題或體驗日常生活活動，引導學生積極主動思考，提出問題，主動參與活動，真正實現“課堂主人”這一角色.

在平拋運動這節課教學過程中，筆者利用教材本章小結習題一的第4題，設計了“套圈”游戲活動（如表1所示）：

通過以上套圈游戲，學生可以體驗日常生活中的物理現象，分析拋體運動的特點，進而激發對物理學習的興趣.

除了在課堂上進行以上游戲探究之外，在第三節平拋運動規律教學中，筆者對本節習題第2題課本情境進行改編，要求學生分小組上臺親自做小球平拋運動實驗，然后再利用Tracker軟件得到平拋運動時的軌跡追蹤（如圖4）.當學生進行實驗數據的收集和分析時，會發現小球在水平方向上保持勻速運動，而在豎直方向上則受到重力作用而呈現勻加速運動.通過這一過程，學生能夠更好地理解平拋運動的基本規律，并深入領會物體運動的特點.（如圖5）.

經過上述活動的設計，每個小組的學生都親身體驗了提出假設、收集數據、驗證猜想并得出結論的科學探究過程.他們還能夠將物理知識應用于實際場景，學生可以更深入地理解理論知識，并提高他們將所學內容應用于不同情境的能力.4 變式習題教學

習題教學是衡量教學目標達成的重要方式，而物理教材中的習題是培養物理學科核心素養的關鍵課程資源.變式習題教學是以教材章節習題為起點，通過對課本習題的已知條件、物理情景、問題角度等方面進行變化、拓展、整合，引導學生從多個角度看待問題，以實現一題多用，激活學生思維，讓學生的思維能力和思維品質在解題過程中得到切實提升.在平拋運動臨界問題的微專題教學中，筆者以第三節平拋運動課后練習第3題為基礎，通過題目變式，引導學生找到解決臨界問題的技巧與方法.

原題 如圖6所示， 一名運動員欲騎車越過寬度d=2 m的壕溝AB，現已知兩溝沿的高度差h=0.4 m.要過壕溝，最小的速度是多少？（g=10 m/s²）

本題是一道典型的平拋運動臨界問題.要使人和車飛躍壕溝需要滿足的條件是：人和車下落0.4 m時，水平位移要大于壕溝的寬度d.故再根據平拋運動水平和豎直方向運動規律可以求出滿足條件的車速最小值.可以看出要解決平拋運動的臨界問題，需要我們在題中找出有關臨界問題的關鍵字，如“恰好不出界”“ 剛好飛過壕溝”“速度方向恰好與斜面平行”“速度方向與圓周相切”等，然后利用平拋運動對應的位移規律或速度規律進行解題．

變式 在某場排球比賽中（如圖7），運動員站在離球網3米的線上進行發球.整個排球場的長度為18 m，而球網的高度為2 m.假設某次發球時，運動員面對球網，垂直跳并水平擊球.（忽略空氣阻力，重力加速度取10" m/s²）

情景1：假設運動員在3 m線的上方，以2.5 m的高度擊球.要確保球不會觸碰到網，也不會出界，擊球的速度在什么范圍內？

學生通過分析可以發現，事實上在本情景中需要滿足的臨界條件有兩個：第一，球剛好觸網；第二，球剛好越界.這兩個臨界條件分別對應著兩個臨界速度.根據圖8所示，當球剛好觸網時，水平位移為3 m，球下降的高度為0.5 m.當球剛好越界時，此時球的水平位移為9 m，球下降高度為2.5 m.利用變式可以進一步加深學生對此類問題的理解與認識，培養學生畫運動過程示意圖的習慣、靈活運用平拋運動水平和豎直方向特點解決物理問題的能力和發散思維、創新思維的能力.

情景2：假定運動員在3 m線附近擊球，如果擊球點的高度低于某個特定值，那么無論擊球的速度多快，球都會碰到網或飛出場外，那么這個臨界高度是多少呢？

該變式的設計關鍵在于引導學生挖掘的同時，需要滿足剛好觸網又達到邊界這一臨界條件，進而引導學生畫出排球運動示意圖（如圖9），以此來培養學生的嚴謹思維，提高他們的思維品質.

5 課外拓展探究

符合課程實際要求的、恰當的課外拓展研究，能夠加深學生對所學知識的理解，更加能夠促進學生對概念的自主建構，還能讓學生體驗到學以致用的樂趣，進而增強他們的科學探究能力、創新能力和小組合作能力.

物理概念的形成，需要依次經歷體驗活動—思維形成—理解應用—形成概念四個環節.而高中生在形成物理概念時往往會遇到如下心理障礙：感性認識不足、思維定式、存在前概念干擾等.例如，在學習第一章第三節平拋運動時，為了讓學生在生活中切實獲得平拋運動規律的感性認知，筆者改編本章小結習題一第5題情景，設置如下課后研究問題：在某次投籃比賽中，得到某次籃球被反彈回來的運動軌跡P（如圖10）.

問題1（課后反饋類型作業）請同學們根據籃球反彈后的運動軌跡，進行以下探究：

（1）假設籃球在某一方向上做勻變速直線運動，那么該如何驗證籃球在這一方向上是做勻速直線運動的？

（2）對班級學習進行分組，各小組同學利用Tracker分析軟件進行數據分析，并對數據結果進行交流討論，接著比較各組實驗數據的異同以及其原因.

問題2（課后探究類型作業）小明目測籃球板到落地點0距離約為2 m，小趙用手機拍攝籃球運動的視頻（每秒30幀）.如果這兩位同學采用Tracker分析軟件來逐幀分析籃球運動視頻，并逐幀保存打印畫面，作以下探究：

（1）籃球在空中飛行時，兩位同學一共可以得到幾張籃球在空中的照片？

（2）如果我們僅保留籃球在空中飛行的部分視頻，如何分析軌跡情況？請你與小組內其他成員一起分析，并給出結論.如果可以，寫出分析過程；如果不能，也請寫出原因.另外，寫出還需要測量哪些物理量，并寫出小組討論分析的實驗報告.

設置課后反饋類型作業，旨在引導學生利用科技手段聯系生活實例，獲取實驗數據，學會如何對實驗數據進行分析、對比、展示、得出實驗結論.讓學生體會科學家在研究過程中的思維方式，發展學生的科學探究能力，提升學生的批判分析能力；通過設置課后探究類型作業，著重培養學生利用身邊實驗器材進行實驗的習慣；通過經歷制定實驗方案，收集實驗數據，并利用Tracker軟件進行分析，提出合理假設并撰寫實驗報告.這一系列科學探究的步驟旨在激發學生的探索興趣，規范其探究流程，促進創造性和綜合思維的發展.

6 結束語

在日常教學實踐中，我們不僅可以利用練習題進行課前預習思考、課堂場景導入、學生課堂實踐探究以及變式習題教學，還可以將其用于評估和評測學生所學知識.對比舊教材（2004版），新教材里面的習題更加貼近生活實際，更加能夠培養學生的建模能力、科學探究能力以及運用物理知識解決生產生活實際問題的能力.因此在實際課堂教學過程中，我們需要深度挖掘教材習題的育人功能，依托習題設計的情境服務于教學，從而更有效地促進學生深度學習，推動學生物理關鍵能力的提升以及核心素養的落實與發展.參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 梁沛林.從物理核心素養培養談物理課堂情境化實驗引入：記第十三屆全國中學物理青年教師教學大賽反思[J].物理通報，2020（02）：36-39.

[責任編輯：李 璟]