物理拔尖人才培養三要點

陳學安

關鍵詞：理念更新；科學思維；運動與力的關系；因材施教

高中物理是自然科學領域的一門基礎學科，其課程目標要求培養學生具有創新意識和創新能力。創新素養是拔尖人才最重要的素養，高中物理教師應該從教學觀念的更新、學生科學思維的培養、因材施教的落實三個方面積極探索拔尖人才創新素養提升的實踐路徑。結合高中物理教學實際，探索與研究拔尖人才培養的高中物理課程教學策略。

2022年習近平主席提出基礎學科拔尖人才培養戰略。國家一直重視自然科學基礎課程教學領域拔尖人才的培養。順應時代需要，培養物理拔尖人才首先要求高中物理教師更新教學觀念。

物理課堂不僅在于學科知識與技能的傳授，更在于對學生思想政治與道德品質的培養。依據物理學科特點，充分挖掘物理教材中思政素材，融思政教育于物理教學中，將學生培養成兼具家國情懷、批判性思維、科學思維、創新思維的拔尖人才。物理學的理論和實踐蘊含著豐富的辯證唯物主義思想教育因素，在教學中展示伽利略的立場和思考方式，研讀伽利略、笛卡爾、牛頓等科學家們的科學研究史實材料，引領學生建立為中華民族屹立于世界科技高地而獻身物理科學研究事業的遠大胸懷。

拔尖創新人才的培養對課堂教學模式及理念提出了新的挑戰，具體表現在開放型的課程內容、豐富多樣的課程類型、學生自主的課程選擇、研究型課程教學。利用探究式課程教學方式為其打下牢固的知識基礎，通過情境思維訓練和解決實際問題培育學生的創新意識與應用能力。在教學中，“問題導思”重設計，即通過運動需不要力的問題設計來引導、激發學生思維，解決力的概念“學”的問題；“情境拓思”重應用，通過設置理想實驗來拓展思維的廣度、提升思維的深度，訓練學生解決實際問題的思維能力，解決日常生活實踐中“用”的問題；“對話啟思”重合作，這種教學理念通過小組合作，以對話的形式展開碰撞、辨析、思考，培養學生的思維能力。

科學理論知識從實踐中升華而來，并應用指導于生活實踐。對生活中的現象進行質疑與研究，有助于深入理解理論知識。生活中，學生發現：手持氫氣球站立于公共汽車上的小女孩在汽車急剎車時運動方向與氫氣球的運動方向不一致，從而對牛頓第一定律產生了質疑。在探究過程中發現生活中有很多這樣的例子，運用和發展好“生活”課堂，結合生活實踐探索理論原理，需要教師呵護那些對運動與力的關系研究具有好奇心的少數尖子生，特別是那些對于伽利略斜面實驗以及牛頓第一定律、牛頓第二定律提出質疑的學生，要倍加愛護，尊重他們的意見，鼓勵他們的奇思妙想與批判性思維，與他們一起共同探討、實踐嘗試。

科學創新思維是攻克科技難關必備的思維，具有客觀性、預見性、可檢驗性。拔尖人才的科學思維培養更應該基于客觀事物或者現象基礎上的探究性；基于歸納和演繹、分析和綜合基礎上的前瞻性；基于邏輯與歷史相一致的實踐檢驗性。

受時空限制，高中階段大量的物理實驗只能開展理想實驗，設計理想實驗。拔尖學生感興趣的不僅是伽利略實驗的過程，還有伽利略斜面實驗的猜想依據、設計思路、推斷結果等，在還原實驗的過程中，實現對《運動與力的關系》中物理概念認知、物理原理的理解。

以牛頓第一定律為例，慣性概念雖然是探究運動和力的基礎，但其抽象難懂。在解決問題的過程中需要運用理解慣性時，往往會產生困惑，主要原因是沒有真正理解慣性的概念以及影響慣性的因素。尖子生通過體育運動中拋擲的鉛球、立定跳遠等項目的體驗、觀察、思考，去尋找不同學生拋擲鉛球、立定跳遠成績為什么不同的原因，在實踐中深度理解“慣性”的概念，深入探究、驗證力和慣性的關系；反復的體驗與觀察思考，能自主發現物體慣性大小的影響因素，得出結論：物體自身質量是其慣性大小的唯一量度。

物理尖子生善于在收集的證據之間探尋它們的邏輯性，善于運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹的思維方法，建立現象與原理之間的關系并通過推理得出自己的結論或提出自己的見解。給他們提供小車、砝碼、打點計時器、傳感器等實驗室能提供的實驗器材，通過合作探究尋找物體的質量、力與加速度的關系時，他們會精心設計實驗方案，發現小車不變，改變拉力，就會改變加速度從而會得出影響加速度的因素是物體受到的力。在實驗過程中遇到如何排除摩擦力影響的問題時。有人提出利用傳感器測出摩擦力后再進行實驗，也有人提出用玻璃代替木板減小其影響，甚至提出磁懸浮、氣墊導軌等辦法，但也有人提出為什么要排除摩擦力，摩擦力的存在不影響理論結果，進而設計實驗。此次探究實驗不僅理解了力與加速度的關系，而且各類創新思想層出不窮，各種辨論和思考光芒閃現。

創新思維助力尖子生從不同角度對問題進行分析與思考，并提出獨特的、新穎的、有價值的觀點，同時探索問題解決的科學方法、科學路徑。普通高中物理學科概念認知與學生的生活緊密相聯，如游樂場的漂流項目，由于漂流高度不夠或者滑道摩擦力過大，導致漂筏總是到不了下一個滑口就停下了。一般學生會提出增加滑口高度或者減小滑道摩擦系數來解決問題，但尖子生往往會提出，增加漂筏數量，減少漂筏上的游客等切實可行的辦法。教師應該為尖子生提供更多解決實際問題的機會，基于學生熟悉的生活實際，引導學生利用課余時間思考實際生活、生產中工具的改進，從自行車到摩托車，從摩托車到電動車，從火車、動車到飛機等交通工具的改進；從石子投河、瓦片漂水面到導彈升空；從人造衛星到宇宙飛船等，分析其與牛頓力學的關系，思考牛頓定律在生活、生產、國防等領域的重要作用，思考如何發揮牛頓定律在這些領域的作用，改進現有的工具，發揮更大的作用。

普通高中物理教學既要面向全體學生，體現教學公平性，又需要滿足學生個性的學習需求，注重拔尖人才的培養。適時展現智力優勢，引導尖子生優化自己的綜合素質，培養物理尖子生適應未來社會發展需求的關鍵能力。

物理尖子生對物理學科的探究和理解與眾不同，要設法引導他們逐步走進物理科學研究之路，保護學生旺盛的好奇心、豐富的想象力、強烈的求知欲。這就要求物理教師高度關注他們物理的學習方式，引導他們運用科學研究的基本方法探究、運用物理知識。一位尖子生喜歡研究智能手機功能，提出是否可以用智能手機測量手機運動的加速度，并利用手機傳感器測量出手機從一定高度由靜止釋放落到鋪有海綿地面上的加速度，進一步拓展探討與地面碰撞中所受的最大彈力。教學中通過讓學生展示其測量過程、測量工具、測量方法以及測量數據收集，最后引導分析數據，得出結論，驗證結論，將理論知識付諸實踐，從而適時激發物理思考熱情，引導學生自主思考，落實因材施教的培育模式。

高中物理教學中對拔尖學生應該順勢而為，保護他們物理學科探究的興趣的同時，要引導他們進一步體驗物理學習的成就感。充分調動每個學生成為“尖子生”的欲望，結合學生主體的學習情況和具體實際來制定教學方案。如在競賽習題中出現逆風前進的帆船，拔尖學生認為理論與實際不相符，現實中帆船逆風不能前行。課后鼓勵學生動手制作帆船，吹風機制造逆風，結果發現，在合適角度下，帆船能逆風行駛，實現理論與實踐的應證，既加深了知識的理解增強了動手能力，又實現從理論知識到產品的轉變，充分展現出拔尖人才的創造優勢。

總之，拔尖人才培養的基礎在基礎教育，普通高中物理教師要積極探索尖子生的培養途徑與方法，積極更新教學理念，著重培養學生科學思維能力，因材施教，為國家實施拔尖人才戰略奠基。

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（2020年版）[M].北京：北京師范大學出版社.

[2]葉晟波，余潘.物理實驗教學培養拔尖人才創新素養的探索[J].物理教師，2022（04）.

（作者單位：江蘇省南京市中華中學）