科學推理視角下高中物理教材習題分析
——以人教版物理必修1為例

周玉龍

(江蘇省灌南縣第二中學,江蘇 連云港 222500)

科學推理視角下,物理學科習題教學的育人價值逐漸顯現,高中物理教師以人教版物理必修1教材習題為切入點,統計分析習題,鍛煉高中生的科學推理能力,使學生在信息整合、思維拓展、認知發展、實踐操作等方面全面進步.基于新課標要求,高中物理教師在指定版本的教材習題中探索科學能力培養路徑,以此深化物理教學改革,并面向社會輸送高質量科學推理人才.可見,該論題具有探究必要性和重要性,具體內容如下.

1 基于高中物理的科學推理類型及界定

科學推理分為六種形式,分別是守恒推理、比例推理、相關推理、概率推理、假設演繹推理、控制變量推理[1].守恒推理即個體總結得出事物本質不變,以及事物間關系不變的兩個結論.物理學科在守恒推理引導下,所設計題目主要考查守恒定律應用、守恒關系應用,學生在習題解答環節要圍繞不變量拓展解題思路.比例推理主要是根據物理量之間比例情況進行問題求解,在高中物理學科中的比例推理表現為:通過題干信息推理或以函數、公式得出物理量間比例關系;借助已有比例關系進行推理.相關推理指變量間變化關聯,物理學科中,相關推理類習題主要考查物理量之間關系情況,解題思路即探索物理量間的相關性.概率推理指特定過程或特定結果,物理學科中涉及概率推理題,多為概率計算題.假設演繹推理即遵循猜想、假設、驗證假設的步驟,物理學科中這類推理的題目主要考查物理原理,針對題目的結果進行假設或證明.控制變量推理重點圍繞單變量問題戰況分析,這一推理思想下,物理學科題目主要考查控制變量法的運用,通過多個變量一致進行求解[2].

2 當前高中物理教材習題分析的現實意義

物理教材由多個部分組成,其中,習題分布在知識點之后,通過習題分析來檢驗知識教學情況、知識掌握情況.新課改視域下,高中物理教材的習題分析活動如火如荼地進行,物理教師一般在教材知識點講解后,引導學生進行習題訓練,幫助其深入理解知識,進一步鞏固知識.習題分析時,物理教師貼近教材知識點,并緊密聯系現實生活,以此提高物理教學有效性,達到學以致用的教學目的[3].

3 科學推理視角下高中人教版物理必修1教材習題分析

科學推理能力培養,是物理核心素養培養的關鍵.高中物理教師應充分借助習題教學來培養學生科學推理能力,以此促進學生均衡發展,并逐步深化高中物理教學改革.新課標視域下,圍繞高中人教版物理必修1教材分析習題,深入挖掘習題中的科學推理元素,探索科學推理能力培養的有效路徑.

3.1 習題統計與分析

從科學推理角度出發,高中人教版物理必修1教材的科學推理類習題主要分布在練習與應用部分、復習與提高部分.其中,練習與應用部分的習題形式為計算、簡答、分析、填表,習題作用即知識鞏固、知識應用;復習與提高部分習題形式為計算、討論、作圖、簡答,其作用即復習強化、綜合應用[4].六類推理在各部分的占比不同,其中,概率推理的占比為0,比例推理的占比相對較高,其次是假設演繹推理以及控制變量推理.從教材的章視角來分析五類科學推理題目數量,比例推理題目主要分布在第四章,最多為20個;相關推理題目主要分布在第一章,最多為15個;守恒推理主要分布在第三章,最多為五個;假設演繹推理分布在第二章和第三章,最多為15個;控制變量推理主要分布在第四章,最多為五個.

假設演繹推理在高中人教版物理必修1教材的第二章復習與提高部分,以A組習題6為例,習題內容:已知一物體做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運動.該物體在前1 s內、前2 s內、前3 s內的位移分別是x1,x2,x2…在第1 s內、第2 s內、第3 s內的位移分別是xⅠ,xⅡ,xⅢ,…,在各個連續相等時間T內的位移分別是s1,s2,s2,…,sn,證明:x1∶x2∶x2…=1∶4∶9∶…;xⅠ∶xⅡ∶xⅢ…=1∶3∶5∶…;Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2.

A組習題6是典型的假設演義推理題,以高中物理學科的勻加速直線運動這一知識為切入點,以假設、驗證假設與結論是否一致的步驟來考查勻變速直線運動公式.一般來說,多數高中生會機械記憶、硬性背誦,未真正掌握其中的物理原理,這并不符合物理新課程標準要求.科學推理視角下,高中物理教師要重點培養學生的推理思想,引導學生理解勻變速直線運動公式,靈活運用推理思想、推理方法對A組習題6的結果進行證明,根據物體以初速度0、加速度a做勻加速直線運動這一已知條件,列出與時間對應的位移公式,接下來借助比例約去相同項,所得到的比值與求證比值相一致.

3.2 基于習題鍛煉科學推理能力的路徑

3.2.1做足課前準備工作

教師開展習題教學之前,首先要做好課前準備工作,即全面掌握教材內容、教學重(難)點,并充分了解班級學生情況.在此基礎上針對習題分層,讓班級學生在各層習題訓練中提高科學推理能力,從整體上優化高中物理科學推理能力培養效果.人教版物理必修1教材面向學生進行基礎知識鞏固、綜合技能訓練,習題重點強化學生物理觀念、拓展學生科學思維,這一版本教材具有基礎性和普適性.教材習題教學能夠契合新課標下物理核心素養培養目標.基于此,物理教師要細致掌握人教版物理必修1教材習題布設情況,了解習題考查方向,從中獲知各層次習題的水平結構,使習題任務布置工作有的放矢,確保班級學生在習題解答中拓展物理思維、強化科學推理能力.人教版物理必修1教材的練習與應用部分的習題以基礎知識扎實、基礎知識應用為訓練目的,復習與提高部分的習題則側重知識點回顧、溫習,并進一步引導學生提高綜合運用能力.可以看出,兩部分習題的分工不同,物理教師要循序漸進完成習題教學任務,既要體現層次感,又要遵循學生的認知規律,讓學生主動接受知識,調動其求知欲,使學生在科學推理能力提高中發揮能動性[5].

3.2.2整合習題資源

教材習題是基礎知識的鞏固,以及課內知識的外延,習題資源豐富程度反映出新課標下高中物理教學效果,并直接影響科學推理水平.基于此,物理教師要重視習題資源優整,為學生盡可能提供豐富的習題資源,讓學生在習題訓練中拓展思維,引導學生從多角度、多方面思考,探索適合的學習方式,從中鍛煉思維能力和實踐能力,這對于學生的個人發展和日后學習具有重要影響.人教版物理必修1教材習題練習中,教師要將習題功能最大化,利用互聯網信息平臺搜集更多習題,讓學生通過多類型習題解答進一步發展科學推理能力.一般來說,習題資源生活化提取與應用,能夠激發學生的學習熱情,并能加強理論與實踐間的聯系.對此,物理教師要合理設置生活化情境,為習題教學提供良好條件,其中,必修1教材中力和運動的習題教學要緊密聯系具體情境,如登月探測器發射、載人飛船發射、清潔能源供電等,科學技術不斷進步,社會持續發展.高中生通過學習這類習題,逐漸強化科技強國意識,聯系到個人,學生的學習動力強勁,學習目標明確.習題考查的過程中,物理教師從知識內化、知識應用、科學推理能力強化等多角度考查,客觀了解習題教學效果,掌握學生在習題訓練中的優缺點,為接下來習題教學策略調整提供依據,確保科學推理能力提升工作常態化開展.

3.2.3注重推理過程

3.2.4創新習題教學模式

要想基于物理習題取得科學推理能力培養的良好效果,物理教師應與時俱進創新教學模式,以此提高教學效率、優化教學質量,促進學生物理核心素養大幅提升.其中,組間協作學習模式在習題教學中應用,這不僅能夠增強高中生的主體地位和,還能增進師生間、生生間的友誼,使組內成員在習題討論中形成科學探究意識.同時,通過組員智慧碰撞實現取長補短,從整體上提高認知水平、鍛煉推理能力.仍以高中人教版物理必修1教材的第二章復習與提高部分的A組習題4為例,教師為班級學生提供充足討論時間,讓學生圍繞“兩人手臂間夾角大小與省力情況”展開分析,組內成員結合經驗,并借助物理知識,猜想、計算、實踐體驗,最終推導出結論.

綜上所述,高中物理教學改革期間,物理教師應重視培養學生科學推理能力,基于習題教學培養學生科學推理理念,鍛煉學生綜合能力,促進學生全面發展.物理教師還應做足課前準備工作、整合習題資源、注重推理過程、創新習題教學模式,以此優化科學推理能力的培養效果.