淺析高中物理新教材習題編寫與學科核心素養的落實

鄭金山 陳金貴

摘? ?要：新高考評價體系下的物理習題承載著落實物理學科核心素養的教學職能，是在一定的物理情境下解決物理問題的過程。習題教學是實踐經驗的凝練，是教師實踐智慧具體化的表現。文章探析新教材物理習題的編寫意圖，揭示物理習題內涵，闡述如何發揮教材中習題的育人功能，培養關鍵能力，提升物理學科核心素養。

關鍵詞：物理教學；習題；素養提升；教育評價

習題教學是實踐經驗的凝練，是教師實踐智慧具體化的表現。縱觀高中物理新教材的習題，是教材編寫者們根據育人目標，針對高中物理教學實踐中存在的知識碎片化、理解淺層化、習題解決模式化、診斷性不足等問題，為了有利于關鍵能力的培養和學科核心素養提升而精心篩選、設計的。新教材的習題設計承載著落實物理學科核心素養的教學職能，是在一定的物理情境下解決物理問題的過程，教材中的習題按“例題”“節練習”“章末練習”“單元自我檢測”四個方面來設置[ 1 ]。下面以魯科版高中物理必修一中的習題為例來談談高中物理新教材習題編寫與學科核心素養的落實。

1? 以習題為載體培養物理觀念

物理觀念是人們對自然界的一種認識方式也是解釋自然現象的基本依據。教材中編擬的一些習題，就是以習題為載體，應用所學知識解釋現象和解決實際問題等，通過習題來鞏固正確的運動和相互作用的觀念。

如必修一課本（P33）第一章“章末練習”第10題，如圖1。

習題以高速公路測速與整治超速行駛的違法行為為情境載體，以平均速率和瞬時速率的測量為線索，創設了真實、有意義的情境。需要學生結合習題信息、教材中相關信息及查閱的資料，自主調用平均速率和瞬時速率等相關知識解決問題。通過理解平均速率和瞬時速率，能將其與高速公路的測速問題相聯系并作出初步解釋，培育與速度有關的運動觀念，鞏固習得，提升素養。

2? 以習題為情境訓練科學思維

科學思維是一種思維方式或方法[ 2 ] ，教材中的一些習題，注重問題情境的設置，要求學生能通過模型建構、科學論證、科學探究、質疑創新等[ 3 ]，發現問題、分析問題、解決問題，訓練學生的思維能力，提升學生的思考力、學習力。

2.1? 模型建構。

要求學生能根據習題提供的問題情境轉換成具體的物理模型，并能夠通過物理模型運用相關的物理知識和數學知識解決實際問題，培養學生模型建構能力和推理論證能力[ 4-5 ]。

例如：必修一課本（P137）單元自我檢測第7題，如圖2。

習題以同向行駛的兩輛汽車之間要保持車距為情境載體，關注行車安全，之后以剎車停下過程的受力情況和運動情況為線索，創設了真實、有意義的情境。需要學生根據習題給出的信息，建立后車剎車停下的運動模型，將其簡化為勻速直線運動和勻減速直線運動兩個階段。找出后車最大行駛速度的條件，再從剎車的受力情況以及兩階段運動的聯系，列出方程組求解。求解過程中還要注意二次方程解出的兩個根，需從物理意義上進行判斷。

通過運動模型的建立、受力情況和運動情況的分析以及規律的應用，不僅加深對牛頓第二運動定律以及勻變速直線運動規律的理解，還重在提升學生模型建構、運用所學知識進行分析推理以及應用數學知識解決物理實際問題的能力。

2.2? 科學推理

要求學生能根據習題提供的信息和對問題情境進行分析，運用抽象與聯想、歸納與演繹、推理與運算、類比與等效等思維方法，探尋和理解問題的內在聯系，訓練學生的思維能力。

如必修一課本（P62）第二章“章末練習”第7題（如圖3）。

習題以自行車與汽車間的相對運動為情境載體，以運動過程中二者的間距變化為線索，創設了真實、有意義的情境。需要學生運用習題信息，自主調用勻變速直線運動等相關知識，進行分析、綜合及推理，有一定的思維難度。通過習得體驗，培養學生理解能力和推理論證能力。具體解析如下：

（1）根據勻變速直線運動的v-t圖像為直線的特點，根據題意描出兩個點并連線。

（2）將兩車的運動相聯系，推理出兩車間距的變化情況。可采用類比推理：汽車從靜止開始加速運動后速度增大，而v不變。將兩車的運動相聯系，在汽車速度增大到自行車速度前的運動階段，v＞v。類比于跑得慢的同學去追跑得快的同學，其間距會變大，由此推出兩車的間距越來越大。當v?= v時，兩車間距最大。再以汽車為研究對象，在間距達到最大的過程中，其末速度就等于自行車的速度，進而應用勻變速直線運動的規律求解。這里，還可以通過推理得出兩車的間距越來越大，如根據兩車的v-t圖像，從兩車間距等于圖像中的面積差Δs （如圖4）得出結論。

（3）同理，在2.5 s后，v＞v，在相等時間內，x＞x，故兩車的間距越來越小，最終會追上。從自行車勻速經過汽車開始到汽車追上自行車的過程中，從時間上看，二者運動時間相等；從空間上看，發生位移相等。進而，再應用勻變速直線運動和勻速直線運動的規律求解。

2.3? 科學論證

要求學生能運用實證數據分析物理問題，能運用論據解釋物理問題，能運用實證性的邏輯思維解決物理問題并獲得物理結論，培養學生科學論證的意識和能力。

例如：如必修一課本（P32）第一章“章末練習”第5題，如圖5。

習題以汽車自駕旅游為情境載體，涉及平均速度的計算，弄清前一半路程用的時間與后一半路程用的時間是解題的關鍵。需要學生運用習題信息，自主調用平均速度相關知識，進行分析論證：在全程的平均速率一定時，前半段的平均速率越小，后半段的平均速率就會越大。若后半段的平均速率符合公路的限速要求是合理的，反之，不合理。

2.4? 質疑創新

質疑創新的核心是科學創造力。要求學生能對已有結論提出有依據的質疑，采用不同方式分析解決物理問題[ 2，6 ]；要求學生多角度、開放式地思考問題，對問題或觀點提出不同看法，培養學生敢于質疑、敢于批判的思維能力。

如必修一（P87）第三章“章末練習”第12題，如圖6。

習題以幾種體育運動項目為情境載體，涉及摩擦力的概念。需要學生運用習題信息，自主調用滑動摩擦力的相關知識，查閱資料，分析近年來這幾種體育設備的改進與發展情況來解答。這是一道開放性試題，體現創新。通過習題的培育功能，培養學生的創新能力。

3? 以實驗為素材進行科學探究

科學探究要求學生能基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力[ 7 ]。

例如：必修一（P136）單元自我檢測第6題：探究加速度與力、質量的關系，如圖7。

習題以教材中“探究加速度與力、質量的關系”的實驗為情境載體，以理解該實驗方案、嘗試用已有的物理知識解釋實驗結果為線索創設情境。第（1）（2）問，進一步幫助學生理解該實驗方案。第（3）問，先根據試題給出未平衡摩擦力以及實驗得出a -F圖像等信息，應用相關規律建立a -F的函數關系，將函數與圖像相聯系，解釋實驗結果。需要學生運用試題信息，自主調用牛頓第二運動定律等相關知識，將實驗得到的圖像與牛頓第二運動定律等知識建立聯系，通過牛頓運動定律得出a -F的函數關系并對照實驗得到的圖像，對實驗結果進行解釋。

本習題要求學生能利用探究的問題情境理解已有的科學探究方案，能分析、研究數據，得出實驗結論并解釋，培養學生科學探究能力和解決實際問題的能力。

4? 以實事求是促成科學態度與責任

要求學生在科學實驗過程中，不但要認識科學本質，更要培養嚴謹的科學研究態度、科學研究方法和勇于探索的科學研究精神。其主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素[ 2 ]。

如必修一（P61）第二章“章末練習”第6題，如圖8。

習題以艦載機著艦為情境載體，以勻變速直線運動規律的應用為線索，創設了真實、有意義的情境。需要學生運用試題信息，自主調用勻變速直線運動相關知識，計算出艦載機安全著艦和安全飛離的加速度大小，讓學生認識到安全的重要性，體會責任重大和使命擔當。

5? 結束語

總之，高中物理新教材的習題設計，能針對不同層次學業質量水平，設置分層、遞進的課后作業[ 8 ]，能借助習題的鞏固習得功能以形成物理觀念；發揮習題的延伸作用，借題發揮，發展學生思維，培養科學探究能力；充分利用習題能及時反饋教學信息、利于反思的功能，樹立科學態度與責任觀念，培養關鍵能力，促進物理學科核心素養的真正落地。

參考文獻：

［1］ 浦建軍.學科素養本位的物理命題情境、問題、能力[J].中學物理教學參考，2018（21）：64-68.

［2］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2022修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2018：14-18.

［3］ 潘祎文.信息技術支持高中物理學科核心素養的目標導向式教學研究[D].上海：華東師范大學，2018.

［4］ 楊君，付鸝娟.踐行能力立意體現核心素養：北京高考理綜卷第20題的分析和思考[J].物理教師，2018（11）：74-79.

［5］ 胡衛平.物理學科核心素養的內涵與表現[J].中學物理教學參考，2017，46（15）：1-3.

［6］ 廖伯琴.“普通高中物理課程標準”（2017年版）要點解讀[J].物理教學，2020，42（2）：2-5.

［7］ 褚慧玲.基于課程標準的科學探究評價初探[J].物理教學，2019（6）：50-53.

［8］ 林明華.課程標準與教材修訂（七）：修訂版教材必修（第二冊）教材分析與教學建議[J].物理教學探討，2020，38（7）：1-3.