重塑題材滲透方法提升素養(yǎng)

陳艷嬌 黃忠仙

摘? ?要：本文先從核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和學(xué)生解決實(shí)際問題的現(xiàn)狀出發(fā)，提出高中物理習(xí)題課的目標(biāo)——如何提高學(xué)生的解題素養(yǎng)？然后通過比較原始問題和抽象問題，探討提高學(xué)生解題素養(yǎng)的具體方法：試題習(xí)題化和試題原始問題化改造;以及教學(xué)中滲透解決物理問題的思維方法。

關(guān)鍵詞：解題素養(yǎng);習(xí)題教學(xué);原始問題;思維方法

1? 問題提出

物理學(xué)科核心素養(yǎng)由“物理觀念” “科學(xué)思維” “科學(xué)探究””“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面的要素構(gòu)成。其中作為關(guān)鍵能力的科學(xué)思維是具有意識(shí)的人腦對(duì)科學(xué)事物（包括科學(xué)對(duì)象、科學(xué)過程、科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)事實(shí)等）的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律性及事物之間相互聯(lián)系和關(guān)系的間接與概括的反映，是物理核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新是構(gòu)成科學(xué)思維的四個(gè)要素[ 1 ]。

在新課改的引領(lǐng)下，我國基礎(chǔ)物理教育取得的成就是不容置疑的，物理教育功能和作用也得到了廣泛的認(rèn)可。但仍存在一個(gè)不能忽視的問題：部分學(xué)生熟練掌握高中物理知識(shí)，也知道物理模型，但遇到新的實(shí)際的物理問題無從下手，不懂分析或不會(huì)正確分析物理過程，也就無法形成清晰的物理圖景，這樣在建構(gòu)物理模型解決物理問題上就遇到困難。這是缺乏解題素養(yǎng)（解題素養(yǎng)包括：審題素養(yǎng)、物理圖象素養(yǎng)、狀態(tài)與過程分析……）一個(gè)具體體現(xiàn)。其部分原因跟教學(xué)過程中，較注重學(xué)生記住物理題型以及利用題型解題的一些經(jīng)驗(yàn)。題型比較注重某一類習(xí)題的外部特征與結(jié)論間的直接聯(lián)系，也就是看見條件就想到結(jié)果，對(duì)過程分析不做重點(diǎn)考慮，形成固化的、單一因果關(guān)系的思維模式，導(dǎo)致遇見沒見過的題型，就束手無策。 學(xué)生過程分析沒有得到提升，對(duì)物理模型的理解只是局限于表面，沒有從本質(zhì)進(jìn)行思考。

物理模型不僅反映原型的直觀形象，反映原型的主要特征，抓住了影響事物的主要因素，而且以科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，經(jīng)過分析、綜合、比較、抽象、概括、推理等一系列嚴(yán)格的邏輯論證建立起來的。學(xué)習(xí)物理模型的建構(gòu)對(duì)于解決物理實(shí)際問題、培養(yǎng)科學(xué)思維方法是行之有效的[ 2 ]。如何從物理模型的本源出發(fā)，讓學(xué)生真正了解物理模型的建立過程，提高學(xué)生的建模能力，引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變 ，從而提高解題素養(yǎng)是高中物理習(xí)題教學(xué)需要達(dá)到的重要目標(biāo)之一 。

2? 原始問題與抽象問題

原始問題是指自然界與社會(huì)生活中客觀存在，未經(jīng)出題者越俎代庖加工的典型物理問題，他只是對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行了描述，保持著現(xiàn)實(shí)生活中物理情景的原汁原味。與原始問題對(duì)應(yīng)的是經(jīng)過編制者簡化抽象的傳統(tǒng)習(xí)題（以下稱抽象問題）[ 3 ]。如圖1所示是原始問題與物理習(xí)題間的關(guān)系[ 4 ]。

原始問題較抽象問題多了前兩個(gè)思維過程，因此用原始問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。首先要對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行加工，梳理哪些是主要因素，哪些是次要因素？將實(shí)際問題轉(zhuǎn)為抽象問題，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際情景向理想模型的過渡，可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)理想化模型的建立。建立物理模型的過程中，要結(jié)合多種思維，因此解決原始問題的過程也是思維培養(yǎng)的過程，建模能力和抽象思維能力同時(shí)會(huì)得以提升。

當(dāng)然抽象問題也是有很多可取之處：有利于物理概念和規(guī)律的鞏固;抽象問題側(cè)重于計(jì)算和推導(dǎo)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維是有利的;抽象問題答案唯一性特點(diǎn)，也有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一的考察和評(píng)價(jià)。

對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)而言，如何讓原始問題與抽象問題優(yōu)勢互補(bǔ)，應(yīng)成為物理習(xí)題教學(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)。筆者認(rèn)為對(duì)傳統(tǒng)的高考試題進(jìn)行設(shè)計(jì)改編使之習(xí)題化、原始問題化不失為一條有效途徑。

3? 核心素養(yǎng)視角下高中物理習(xí)題教學(xué)

3.1? 重塑高考試題

3.1.1? 高考試題習(xí)題化

習(xí)題的功能是建構(gòu)和培養(yǎng)能力，是訓(xùn)練讓你會(huì)。而高考試題的功能是用于招生選拔的甄別，是考你會(huì)不會(huì)。所以高考試題內(nèi)容散亂、沒有合理思維線索;能力跨度大、缺乏循序漸進(jìn);重結(jié)果，輕過程，缺乏解決問題過程的引導(dǎo)。因此應(yīng)用高考試題作為習(xí)題教學(xué)素材應(yīng)先將其習(xí)題化改編，如將選擇題該為有梯度的簡答題。

2009年高考試題（江蘇?。喝鐖D2所示，兩質(zhì)量相等的物塊A、B通過一輕質(zhì)彈簧連接，B足夠長、放置在水平面上。所有接觸面均光滑。彈簧開始時(shí)處于原長，運(yùn)動(dòng)過程中始終處在彈性限度內(nèi)。在物塊A上施加一個(gè)水平恒力，A、B從靜止開始運(yùn)動(dòng)到第一次速度相等的過程中，下列說法中正確的有（? ? ? ）。

A.當(dāng)A、B加速度相等時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能最大;

B.當(dāng)A、B加速度相等時(shí)，A、B的速度差最大;

C.當(dāng)A、B加速度相等時(shí)，A的速度達(dá)到最大;

D.當(dāng)A、B加速度相等時(shí)，彈簧的彈性勢能最大;

改為練習(xí)題：如圖2所示，光滑水平面上，放兩表面均光滑的物塊A、B，其中物塊B足夠長。物塊A、B的質(zhì)量均為m，通過一輕質(zhì)彈簧連接。彈簧開始時(shí)處于原長，現(xiàn)在物塊A上施加一個(gè)水平恒力F，接下來的運(yùn)動(dòng)過程中彈簧始終處在彈性限度內(nèi)。求：

（1）初始時(shí)刻兩物塊的加速度分別為多少？物塊A加速度為零時(shí)。物塊B的加速度為多少？任何時(shí)刻兩物塊加速度關(guān)系如何？

（2）從靜止開始運(yùn)動(dòng)，物塊A的加速度如何變化？從靜止開始運(yùn)動(dòng)到物塊A加速度為零過程，物塊A的速度如何變化？畫出對(duì)應(yīng)的v-t圖象。

（3）從靜止開始到物塊A加速度第一次變?yōu)榱氵^程，物塊B的加速度與速度如何變化？畫出對(duì)應(yīng)的v-t圖象。

（4）何時(shí)兩物塊的相對(duì)速度最大？何時(shí)兩物塊的相對(duì)位移最大？

（5）從開始到物塊A加速度為零過程，兩物塊速度變化量的大小關(guān)系如何？（提示從加速度的關(guān)系特點(diǎn)考慮）

改編后的習(xí)題圍繞提升“狀態(tài)與過程分析”和“圖像素養(yǎng)”進(jìn)行設(shè)計(jì)：

①兩物塊的受力分析（第1小題）;

②兩物塊的狀態(tài)與過程分析，并理解圖象斜率的意義（第2和第3小題）;

③根據(jù)圖象，理解圖象縱坐標(biāo)和面積的意義（第4小題）;

④利用加速度變化對(duì)稱的思想，及微積分思想分析推理（第5小題）。

3.1.2? 高考試題原始問題化

經(jīng)抽象處理后的傳統(tǒng)高考試題不利于學(xué)生的建模意識(shí)及對(duì)信息“抽絲剝繭”的科學(xué)思維的培養(yǎng)。那么如何將高考試題改編成原始問題習(xí)題呢？我們可以拆除試題中“抽象”和“理想化”的框架，甚至拆除確切的數(shù)據(jù)，注入常見的生活元素或真實(shí)的物理事件、物理學(xué)史等[ 5 ]。

2007年高考試題（全國卷）：甲、乙兩運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練交接棒的過程中發(fā)現(xiàn)：甲經(jīng)短距離加速后能保持9m/s的速度跑完全程;乙從起跑后到接棒前的運(yùn)動(dòng)是勻速的，為了確定乙起跑的時(shí)機(jī)，需要在接力區(qū)前適當(dāng)?shù)奈恢脴?biāo)記。在某次練習(xí)中，甲在接力區(qū)前x0=13.5m處作了標(biāo)記，并以v=9m/s的速度跑到此標(biāo)記時(shí)向乙發(fā)出起跑口令，乙在接力區(qū)的前端聽到口令時(shí)起跑，并恰好在速度達(dá)到與甲相同時(shí)被甲追上，完成交接棒。已知接力區(qū)的長度為l=20m，求：

（1）此次練習(xí)中乙在接棒前的加速度a;

（2）在完成交接棒時(shí)乙離接力區(qū)未端的距離。

改編題：接力賽跑屬于多人合作的項(xiàng)目，堪稱田徑比賽的重頭戲，交接棒環(huán)節(jié)的發(fā)揮往往能左右最終的名次。交接棒過程，當(dāng)拿著棒的運(yùn)動(dòng)員快接近接力區(qū)時(shí)，將要接棒的運(yùn)動(dòng)員便開始起跑，以便達(dá)到最大速度時(shí)完成接棒。如果運(yùn)動(dòng)員站出跑道或者已離開接捧區(qū)時(shí)仍未完成接棒，全隊(duì)會(huì)將被取消比賽資格。請(qǐng)分析順利接棒情況下如何使交接棒時(shí)間最短？

為解決這個(gè)問題，學(xué)生首先就要考慮其他問題（如：運(yùn)動(dòng)員的最大速度多少？運(yùn)動(dòng)員做什么運(yùn)動(dòng)？在哪里完成接力耗時(shí)最短？等） 這樣學(xué)生不僅可以注意到平常做題中題目已給定條件，而被忽略的細(xì)節(jié)。通過這樣訓(xùn)練，學(xué)生在思考問題的時(shí)會(huì)更細(xì)致、深入。思維能力也會(huì)逐漸的增強(qiáng)，建模和化簡意識(shí)逐漸形成和提高。

當(dāng)然原始問題的編制和教學(xué)策略根據(jù)不同的培養(yǎng)目標(biāo)有所不同，這點(diǎn)可以通過實(shí)踐探索積累經(jīng)驗(yàn)或借鑒同行的經(jīng)驗(yàn)，如：《新課標(biāo)下中學(xué)物理原始問題設(shè)計(jì)策略》[ 5 ]和《原始問題下對(duì)生物習(xí)題設(shè)計(jì)的思考》[ 6 ]。

3.2? 滲透思維方法

解決問題的能力不同于運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作技能，對(duì)于動(dòng)作技能可以通過大量的機(jī)械訓(xùn)練得到強(qiáng)化，而大量的機(jī)械訓(xùn)練只會(huì)使學(xué)生的思維鈍化。解決問題的能力需要轉(zhuǎn)化、推理、分析、綜合、創(chuàng)造等心理行為，他需要學(xué)生深入思考、領(lǐng)悟、總結(jié)才能得以提升。在不同情境展現(xiàn)相同的解決問題的思維操作過程，使思維方法在不斷滲透中感悟掌握。

物理問題解決的思路有三個(gè)環(huán)節(jié)：（1）模型分析，包括：對(duì)象模型、環(huán)境模型和過程模型;（2）特定條件分析，對(duì)于原始問題需要挖掘隱含條件或合理設(shè)定條件;（3）根據(jù)模型規(guī)律和特定條件所要求的計(jì)算方法解決問題。用一個(gè)步驟圖（如圖3）來清楚地表示：

下面就以上的改編題為例說明問題解決的思路：

（1）根據(jù)文字化示意圖呈現(xiàn)情境如圖4所示;

（2）構(gòu)建模型：

①對(duì)象模型：分析對(duì)象拿棒運(yùn)動(dòng)員（運(yùn)動(dòng)員甲）和接棒運(yùn)動(dòng)員（運(yùn)動(dòng)員乙），我們研究是交接棒的時(shí)間問題，因此兩運(yùn)動(dòng)員可抽象為質(zhì)點(diǎn);

②環(huán)境模型：運(yùn)動(dòng)員在起跑過程中空氣阻力的變化可以忽略，抽象認(rèn)為受到合外力恒定;

③過程模型：通過分析兩運(yùn)動(dòng)員的初狀態(tài)和加速度，運(yùn)動(dòng)員甲可看做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員乙在起跑過程做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

（3）規(guī)律：找勻速直線與勻變速直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)的規(guī)律;

（4）關(guān)聯(lián)條件：

①時(shí)間關(guān)聯(lián)：忽略聲音在空氣中傳遞時(shí)間，運(yùn)動(dòng)員甲從A運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間，等于運(yùn)動(dòng)員乙從B運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間;

②空間關(guān)聯(lián)：根據(jù)示意圖找兩運(yùn)動(dòng)員位移關(guān)系。

（5）邊界（臨界）條件：運(yùn)動(dòng)員乙從起跑到接棒的位移應(yīng)不大于接力區(qū)的總長度。

（6）運(yùn)算操作：結(jié)合規(guī)律方程與條件關(guān)系，合理設(shè)定運(yùn)動(dòng)的最大速度、加速度及接力區(qū)的長度進(jìn)行運(yùn)算操作;

（7）討論結(jié)果：分析接棒的最短時(shí)間。

由于交接棒的最短時(shí)間受多種因數(shù)的影響，如：兩運(yùn)動(dòng)員的最大速度大小關(guān)系，運(yùn)動(dòng)員加速度大小，運(yùn)動(dòng)員乙起跑時(shí)兩運(yùn)動(dòng)員的距離等。原始問題學(xué)生有獨(dú)立的設(shè)置問題空間，沒有唯一的正確答案。因此在問題討論的最后，我們可以呈現(xiàn)原試題的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

習(xí)題教學(xué)不僅是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)鞏固物理概念和規(guī)律，學(xué)生要能在問題的分析過程中形成正確的思維習(xí)慣和科學(xué)態(tài)度，從而提高解決實(shí)際問題的能力。以原始問題習(xí)題化的高考試題作為教學(xué)的素材，老師在分析問題和解題示范過程中滲透的思維方法，有利于學(xué)生思維能力科學(xué)而有效的發(fā)展，從而提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

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