基于核心素養視角的高中物理教學中抽象能力培養路徑

吳思平

摘要：科學思維維度中“模型建構”要素的抽象概括過程，指向的是一種抽象能力.文章通過案例分析，提出通過創設生活化教學情境、做好課堂學習引導、優選精講典型例題、加強抽象能力訓練等途徑來培養學生的抽象能力，最終提升學生的物理學科核心素養.

關鍵詞：科學思維；抽象能力；高中物理；培養路徑

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2023）15-0068-03

《普通高中物理課程標準（2017版2020年修訂）》明確指出要培養學生的科學思維，而科學思維的“模型建構”是指“基于經驗事實建構模型的抽象概括過程”.而這種建構模型的抽象概括過程指向的正是一種抽象能力.抽象能力指基于對事物的科學分析，提出事物的本質，形成概念與范疇的思維能力[1].而學生抽象能力的高低關系到學生物理學科核心素養的培養，因此，教學實踐中應將學生抽象能力的培養視為物理課堂的靈魂所在，貫穿教與學的始終.要基于對物理學科的整體把握以及自身教學經驗的總結，制定明確的教學目標與教學計劃循序漸進地推進學生抽象能力的培養.

1 創設生活化教學情境

高中物理中的很多知識來源于生活化情境的抽象與歸納.教學實踐中應充分認識到生活化情境的重要性，一方面，要注重聯系學生的生活實際，創設學生熟悉的生活化情境，增加課堂趣味性，降低理解難度[3]；另一方面，為更好地鞏固學生所學，

圍繞教學內容積極創設生活化問題情境，要求學生思考解答.

例如，“受力分析”是高中物理的核心知識.為保證學生能夠透過現象看本質，通過合理的抽象，順利地解決相關問題，借助多媒體屏幕展示如下習題：如圖1為某建筑物窗戶結構圖，其中豎直部分為窗框，上面安裝有滑軌與滑塊.一長為L的金屬輕桿連接于固定點A、B，金屬輕桿可繞這兩個固定點自由轉動.C點為窗戶下邊緣一點.B到轉軸的距離為2L，則（）.

A.開窗過程中A、B兩點速度始終相等

B.開窗過程中B、C兩點角速度不等

C.開窗狀態下滑塊受到3個力作用

D.窗戶能打開的最大角度為30°

上述情境來源于生活.要想靈活運用受力分析正確解答，則需要學生將其抽象成受力分析問題.

開窗時滑塊A和B點速度沿桿方向上的分速度始終相等，但是A、B兩點的速度并不始終相等.開窗過程中B、C兩點均繞著同一轉軸轉動，因此，角速度是相等的.開窗狀態滑塊受到自身重力、輕桿的壓力、窗框對其的支持力以及摩擦力，共四個力.因A可以滑動，當輕桿和窗框垂直時，B到窗框的距離最大，此時sinθ=L2L=12，則θ=30°.綜上分析選擇D項.

2 做好課堂學習引導

實踐表明，部分學生解題時因抽象能力較差，無法構建物理知識與問題情境之間的內在聯系，導致無法及時找到解題思路.為了提高學生的抽象能力，使其掌握抽象的技巧與方法，應做好課堂學習引導.一方面，講解相關例題時應考慮學生的感受，與學生一起分析解題切入點，并詳細地展示解題過程，使學生認真揣摩抽象的具體思路.另一方面，為使學生學會從問題情境中抽象出物理問題并順利解決，應圍繞教學內容設計問題，要求學生思考、解答[3].

例如，勻加速運動是高中物理教學中的重要運動類型.運用勻變速運動的規律可解決生活中很多的問題.在進行該部分內容講解時可為學生展示如下問題情境：如圖2為某游樂場安全滑梯的簡化圖.其中AB和BC段材料不同，動摩擦因數不同，且AB＞BC.要求兒童從A點靜止下滑后，最多只能到達C點.期間滑梯始終靜止不動.若某兒童出發后剛好達到C點.

而后拋出以下問題要求學生思考：（1）分析AB和BC段動摩擦因數的大小關系；（2）分析兒童在AB和BC段運動時間的大小關系；（3）分析地面對滑梯的摩擦力方向；（4）分析地面對滑梯的支持力與滑梯和兒童重力的關系.

為引導學生進行合理抽象，并運用所學物理知識進行分析，可在課堂上提問學生以下問題：（1）兒童的運動狀態是怎樣的，為什么？（2）怎樣最快的比較兩段上運動時間的長短？（3）分析地面對滑梯摩擦力方向，怎樣運用整體法？（4）超重和失重與支持力是什么關系？

在引導問題啟發下，學生聯系所學知識，分析得出，其在AB和BC段分別做勻加速和勻減速直線運動.因AB和BC段動摩擦因數不同，因此，兒童在AB段做勻加速直線運動，在BC段做勻減速直線運動，由牛頓第二定律可知mgsinθ-μmgcosθ=ma，則a=gsinθ-μgcosθ.AB段加速度沿斜面向下，a1＞0，BC段加速度沿斜面向上，a2＜0，則μ1＜tanθ，μ2＞tanθ，所以μ2＞μ1.分析可知AB段和BC段的平均速度大小是相等的，但是AB＞BC，則兒童在AB段上運動的時間大于在BC段上運動的時間.以兒童和滑梯為整體，對其在兩端上運動的加速度分解成豎直和水平方向，在AB段分加速度的方向水平向左和向下，滑梯受到地面的摩擦力水平向左，因其失重，因此，支持力小于兒童和滑梯的重力.在BC段分加速度分別為水平向右和豎直向上，則地面對滑梯的摩擦力水平向右，因其超重，支持力大于兒童和滑梯的重力.

3 優選精講典型例題

為更好地培養學生的抽象能力，在選擇配套練習時，應特別考慮以下內容：其一，高中物理例題非常多，篩選例題應考慮，既要鞏固學生所學，又要有針對性地培養學生的抽象能力.同時，為提高例題教學效率，使學生能夠舉一反三，篩選例題時應認真對比，選擇代表性強、質量高的例題.其二，展示例題解答過程時，為使學生能更好地理解，應注重畫出示意圖，做到

全面把握、清晰認識.其三，引導學生做好聽課總結，認真揣摩抽象過程，尤其鼓勵學生做好心得交流.同時，學習他人長處，及時發現與糾正認識以及理解上的誤區[4].

例如，拋體運動在高中物理教學中占有重要地位，是高考的常考知識點.為更好地培養學生的抽象能力，為學生講解如下例題：在地面上將甲、乙兩個小球先后以大小相同的速度斜上拋，兩小球落回地面距離各自拋出點的距離分別為s1，s2，上升到最大高度所用的時間分別為t1、t2.落地速度和水平面的夾角分別為θ1、θ2，且0＜θ1＜θ2＜90°，忽略空氣阻力，則（）.

A.t1一定大于t2B.t1可能等于t2C.s1一定大于s2D.s1可能等于s2

課堂上先在黑板上畫出甲、乙兩個小球的運動示意圖.而后要求學生聯系所學知識，對兩個小球的運動過程進行抽象，借助運動的分解不難找到解題思路.設甲、乙兩小球的初速度大小為v0，豎直分速度分別為v1，v2，則由落地時與地面的夾角可得v1=v0sinθ1，v2=v0sinθ2，兩球在空中運動的時間分別為t1=2v1g=2v0sinθ1g，t2=2v2g=2v0sinθ2g，因0＜θ1＜θ2＜90°，則t1＜t2；甲乙兩小球的水平位s1=v0t1cosθ1=2v20sinθ1cosθ1g=v20sin2θ1g，則s2=v20sin2θ2g.則當θ1+θ2=90°時s1=s2.綜上分析選擇D項.

4 加強抽象能力訓練

高中物理教學中為更好地提升學生的抽象能力，應加強學生抽象能力訓練，積累豐富的抽象經驗，使其以后遇到類似問題能夠迅速的找到突破口[5].一方面，要求學生解答相關物理習題時，基于對情境的深刻認識靈活運用多種解題方法.如圖象法、假設法等，通過多種方法解決問題，提高學生抽象的靈活性.另一方面，設計相關習題，要求學生能結合題目條件抽象出具體的物理過程，為更好地運用所學解決問題做好鋪墊.

例題：略

例如，自由落體運動教學中，為使學生通過抽象能將運動圖象和物體運動實際建立內在聯系，可設計如下問題，對學生進行訓練：籃球比賽通過跳球爭奪決定球權歸屬.裁判將球豎直向上拋起，球達到最高點又下落一段時間后被運動員拍給己方隊員.球從拋出到拍飛前，速度的平方v2和籃球距拋出點高度h的圖象如圖3所示.以拋出點所在平面為零勢能面，重力加速度為10 m/s2，則（）.

A.籃球被拍飛前的速度大小為1.2m/s

B.籃球從h=1.25 m處上升至最高點，而后從最高點下落至h=1.25 m所需的時間相同

C.籃球在上升和下落受到的阻力大小均為重力的0.2倍

D.籃球上升至h=1 m處時，動能和重力勢能相等

解答該題需要能根據給出的圖象抽象出籃球的運動狀態，而后運用勻加速直線運動規律進行分析.由v2-v20=2ah，可知v2=2ah+v20，則直線斜率為2a.設籃球上升、下降的加速度分別為a1，a2，則2a1=48/2=24，則a1=12 m/s2.2a2=32/2=16，則a2=8 m/s2.由圖象可知當籃球下落至1.25 m時被拍飛，下落位移為h=0.75 m，則v2=2a2h，解得v=2×8×0.75 m/s=23 m/s.因上升和下落籃球的加速度不同，位移相同，因此，所需時間不可能相同.由牛頓第二定律可知mg+f1=ma1，mg-f2=ma2，f1=2m=0.2mg，f2=2m=0.2mg，均為籃球重力的0.2倍.h=1m時v20-v2=2a1h，解得v2=24，則Ek=12mv2=12 m，重力勢能Ep=mgh=10 m，則Ep＞Ek.綜上分析選擇C項.

5 引導學生主動建構物理知識體系

學生的抽象能力并非空中樓閣，而是建立在扎實的知識體系之上.目前物理知識體系五花八門，雖然都具有一定參考價值，但是大部分并不適合直接引用.要引導學生主動建構個性化、結構化的物理知識體系.這樣，一方面可以讓學生認識到知識間的密切聯系，并且對獨立知識點的理解會更透徹；另一方面也有利于學生在復雜情境中快速準確地調用相關知識，更有針對性地進行抽象思維.

例如，動能定理教學中，要求學生圍繞以下問題進行總結.通過總結學生認為解答物理問題應敢于大膽假設，做出輔助線.固定于豎直平面內的光滑大圓環上套有一個小環，小環從大圓環頂端P由靜止自由下滑，在下滑過程中，小環速率正比于（）.

A.它滑過的弧長

B.它下降的高度

C.它到P點的距離

D.它與P點連線掃過的面積

該題難度中等，能很好地考查學生的抽象能力.設小環下降的高度為h，大環的半徑為R，它到P點的距離為L.如圖4所示，由動能定理可得mgh=12mv2，由幾何知識可知h=Lsinθ.由圓的性質以及幾何知識可知，sinθ=L/2R，聯立得到：v=LgR，綜上分析選擇C項.

綜上所述，高中物理教學中，培養學生抽象能力的方法多種多樣，關鍵在于如何尋找有效途徑，將培養工作與教學活動有機融合.其中創設生活化情境、做好課堂學習引導、優選精講典型例題、加強抽象能力訓練、引導學生主動建構物理知識體系等做法，經過實踐證實在培養學生抽象能力上效果明顯，可結合實際情況加以針對性地借鑒.

參考文獻：

［1］?朱麗.高中物理教學中學生抽象思維能力培養路徑分析[J].高考，2021（19）：133-134.

[2] 嚴光文.注重加強高中物理教學提高學生抽象思維能力[J].成才之路，2021（17）：140-142.

[3] 王文海.高中物理抽象思維能力的培養及簡單化的教學設計策略[J].中學課程輔導（教師通訊），2020（11）：54-55.

[4] 李宗舉.高中物理抽象思維能力培養策略探析[J].新課程研究，2020（09）：88-89.

[5] 許世勇.優化教學策培養學生物理抽象思維能力[J].廣西教育，2020（06）：149-150，153.

［責任編輯：李璟］