優(yōu)化教材習(xí)題運(yùn)用落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)

臺(tái)運(yùn)金 郜攀

摘? ?要：新人教版高中物理教材（2019版）的習(xí)題不僅注重培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也為課堂教學(xué)提供了諸多素材。課前、課中、課后均可以依據(jù)這些素材，結(jié)合教學(xué)實(shí)際設(shè)置不同的思考問(wèn)題或探究問(wèn)題，以更好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新教材；核心素養(yǎng)；教材習(xí)題

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）5-0019-4

新一輪的課程改革正在如火如荼進(jìn)行中，相比于之前，現(xiàn)階段更加重視學(xué)生對(duì)整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，對(duì)學(xué)科大概念的深度理解。如何促進(jìn)學(xué)生將學(xué)科大概念內(nèi)化，促進(jìn)學(xué)生能力及核心素養(yǎng)的提升與發(fā)展，是很多教師與研究者研究的核心。核心素養(yǎng)的落實(shí)、能力的發(fā)展離不開(kāi)課堂教學(xué)，而教材是學(xué)生獲取知識(shí)的重要載體，是教師實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的藍(lán)本與重要依據(jù)，同時(shí)也是高考命題素材的重要來(lái)源之一。教材節(jié)末與章末的練習(xí)題是教材編寫專家們根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)精心設(shè)計(jì)與選擇的，是教材中不可或缺的組成部分，對(duì)學(xué)生能力的發(fā)展、學(xué)科核心素養(yǎng)的提升有著至關(guān)重要的作用。很多研究者從不同角度對(duì)新人教版高中物理教材（2019版）的習(xí)題進(jìn)行了研究，如習(xí)題情境比較［1］、難度比較、核心素養(yǎng)分析［2］、與課標(biāo)一致性分析、與舊教材（2004版）的比較［3］等，但是對(duì)習(xí)題的具體使用方式研究較少。因此，本文嘗試從實(shí)踐角度談?wù)勑陆滩牧?xí)題的使用策略，以期為教師教學(xué)提供參考。

1? ? 課前預(yù)習(xí)思考

對(duì)即將要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行有效預(yù)習(xí)，除了能夠幫助學(xué)生了解學(xué)習(xí)內(nèi)容之外，還能夠鞏固前一節(jié)課所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力、自學(xué)能力與意識(shí)。設(shè)置基于“最近發(fā)展區(qū)”的預(yù)習(xí)問(wèn)題不僅能夠促進(jìn)上述目標(biāo)的達(dá)成，還能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)新課所涉及問(wèn)題的深度思考。新教材的節(jié)末習(xí)題，為預(yù)習(xí)問(wèn)題的設(shè)置提供了良好的素材。

在第一章第二節(jié)“時(shí)間 位移”的教學(xué)中，根據(jù)本節(jié)節(jié)末習(xí)題，筆者設(shè)置了課前預(yù)習(xí)思考問(wèn)題：

（1）自主學(xué)習(xí)第二節(jié)內(nèi)容，思考我們平時(shí)生活中聽(tīng)到的“火車8時(shí)42分到站，停車8分”“您這么早就來(lái)啦，抱歉！讓您等了這么久”“前3秒”“最后3秒”“第3秒末”“第3秒內(nèi)”指的是什么意思呢？據(jù)此，能不能簡(jiǎn)單敘述時(shí)間和時(shí)間間隔的區(qū)別？

（2）學(xué)校操場(chǎng)中跑道的周長(zhǎng)是400 m，在800 m比賽過(guò)程中，同學(xué)們所到達(dá)的終點(diǎn)是相同的，但是他們的起點(diǎn)不同，也就是說(shuō)他們的位移不同，那么你能否比較他們位移的大?。苛硗?，800 m指的是位移還是路程？

本節(jié)課難度不大，通過(guò)預(yù)習(xí)問(wèn)題的設(shè)置，讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課的基本概念有一定的思考，有助于直線運(yùn)動(dòng)位移、位移-時(shí)間圖像等相關(guān)概念的引入，促進(jìn)課堂效率的提高。

2? ? 課程情境導(dǎo)入

課堂教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)良好的課堂導(dǎo)入情境，能夠有效提高課堂教學(xué)的趣味性與生動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)以及高階思維的發(fā)展，可以讓課堂效果事半功倍。

對(duì)于第一章而言，加速度概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。課堂中，如何引入加速度的概念呢？筆者在教學(xué)中結(jié)合本節(jié)的節(jié)末習(xí)題采用了如下情境導(dǎo)入設(shè)計(jì)：現(xiàn)在有A，B，C三輛小轎車，從靜止開(kāi)始加速到100 km/h所用的最短時(shí)間分別是11.3 s，13.2 s，15.5 s，它們所達(dá)到的速度是相同的，那么誰(shuí)的性能更好一些？你是如何計(jì)算的？如果讓它們和戰(zhàn)斗飛機(jī)相比，誰(shuí)的速度更大呢？誰(shuí)的速度變化更快呢？通過(guò)展現(xiàn)三輛轎車比賽的視頻以及戰(zhàn)斗飛機(jī)的視頻（視頻截圖如圖1），激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生直觀感受到速度大、速度變化大與速度變化快三者的區(qū)別，增強(qiáng)他們的感性認(rèn)知。與此同時(shí)，利用節(jié)末習(xí)題的第3題，設(shè)計(jì)情境，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算體會(huì)三者的區(qū)別（通過(guò)小組比賽設(shè)計(jì)，有效調(diào)動(dòng)了課堂氣氛），增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)知，進(jìn)而引入加速度的概念。

3? ? 學(xué)生課堂探究

學(xué)生的課堂活動(dòng)是課堂教學(xué)中的重要一環(huán)。有效的課堂探究活動(dòng)，能夠加深學(xué)生對(duì)相關(guān)概念與規(guī)律的理解，能夠讓學(xué)生深度參與課堂。通過(guò)相關(guān)問(wèn)題或者環(huán)節(jié)的設(shè)置，讓學(xué)生為求知而樂(lè)，為探索而興奮，真正實(shí)現(xiàn)“課堂主人”這一角色。

自由落體運(yùn)動(dòng)是生活中十分常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)，在本節(jié)課的教學(xué)中，筆者利用教材節(jié)末習(xí)題的第6題，設(shè)計(jì)了一個(gè)課堂活動(dòng)：請(qǐng)大家利用身邊的直尺，測(cè)量一下各自同桌的反應(yīng)時(shí)間。通過(guò)這一活動(dòng)的設(shè)計(jì)，活躍課堂氣氛，加深了學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及應(yīng)用規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。除此之外，筆者鼓勵(lì)學(xué)生在刻度尺上標(biāo)注相應(yīng)的時(shí)間，改造成一把“反應(yīng)時(shí)間測(cè)量尺”（圖2），通過(guò)尺上時(shí)間的讀數(shù)，就可以便捷地獲得人的反應(yīng)時(shí)間。

除了課堂實(shí)驗(yàn)探究以外，在對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教學(xué)中，筆者利用章末的“復(fù)習(xí)與提高”A組習(xí)題第6題，設(shè)計(jì)課堂思考題：

已知一物體做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

（1）該物體在前T秒內(nèi)、前2T秒內(nèi)、前3T秒內(nèi)……通過(guò)的位移分別是x1，x2，x3，…，xn，試證明它們的比值是x1∶x2∶x3∶…∶xn=1∶4∶9∶…∶n2；

（2）在第T秒內(nèi)、第2T秒內(nèi)、第3T秒內(nèi)……通過(guò)的位移分別是x'1，x'2，x'3，…，x'n，試證明它們的比值是x'1∶x'2∶x'3∶…∶x'n=1∶3∶5∶…∶（2n-1）；

（3）在各個(gè)連續(xù)相等的時(shí)間間隔T內(nèi)的位移分別是s1，s2，s3，…，sn，試證明Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2；

4? ? 變式習(xí)題教學(xué)

習(xí)題教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)中必不可少的重要一環(huán)，它是學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行鞏固和應(yīng)用規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的重要過(guò)程。新教材中的習(xí)題是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的經(jīng)典，考查學(xué)生對(duì)基本概念的理解以及基本規(guī)律的運(yùn)用，同時(shí)也是對(duì)學(xué)生科學(xué)思維中建模、推理、論證、創(chuàng)新能力的有效訓(xùn)練。以教材習(xí)題為起點(diǎn)，通過(guò)增減條件、變題設(shè)環(huán)境等方式，進(jìn)行變式、拓展、整合，將習(xí)題講“深入”，實(shí)現(xiàn)一題多用，激活學(xué)生思維，有效發(fā)揮教材習(xí)題的價(jià)值，讓學(xué)生的思維能力以及思維品質(zhì)得到切實(shí)提高，進(jìn)而改變就題論題的習(xí)題講解方式以及重復(fù)做、反復(fù)做的訓(xùn)練方式，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)“減負(fù)”。

在相遇與追及問(wèn)題的微專題教學(xué)中，筆者以教材章末的“復(fù)習(xí)與提高”B組習(xí)題第3題為基礎(chǔ)，通過(guò)變式分析，輔助學(xué)生找尋這類問(wèn)題的解題技巧與方法。

原題 如圖3所示，在平直的公路上，一輛小汽車前方26 m處有一輛大客車正以12 m/s的速度勻速前進(jìn)，這時(shí)小汽車從靜止出發(fā)以1 m/s2的加速度追趕。試求：小汽車何時(shí)追上大客車？追上時(shí)小汽車的速度有多大？追上前小汽車與大客車之間的最遠(yuǎn)相距是多少？［４］

本題是一道經(jīng)典的勻變速追勻速的追及問(wèn)題，可以假設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t小汽車追上大客車（即到達(dá)同一位置），利用位移關(guān)系，求解方程即可得到時(shí)間。通過(guò)追上后小汽車速度的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)小汽車的速度大于大客車的速度。當(dāng)小汽車速度小于大客車速度時(shí)，車距在擴(kuò)大；當(dāng)小汽車速度大于大客車速度時(shí)，車距在縮小。于是，得到在速度相等時(shí)它們之間的距離最大（也可以通過(guò)v-t圖像分析）。兩物體速度相等是追及與相遇問(wèn)題常用的臨界條件。

變式1：（勻速追勻加速）在平直的公路上，一輛大客車正以v1的速度勻速前進(jìn)，在其前方x0處有一輛小汽車，從靜止出發(fā)以加速度a勻加速啟動(dòng)，試問(wèn)大客車能否追上前方的小汽車。

學(xué)生通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樾∑囁俣仍絹?lái)越大，若在它們共速時(shí)，大客車依然沒(méi)有追上小汽車，則它們?cè)僖矡o(wú)法相遇。可以先計(jì)算達(dá)到共速所需要的時(shí)間t，進(jìn)而根據(jù)各自的位移分析位置關(guān)系，即可判斷是否相遇。事實(shí)上，本題還可以通過(guò)二次函數(shù)根的判別式、圖像法以及變化參考系分析是否會(huì)相遇，實(shí)現(xiàn)一題多解，這也是本題的設(shè)計(jì)意圖所在。利用這一變式可以有效加深學(xué)生對(duì)這一類問(wèn)題的理解與認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力以及發(fā)散思維、創(chuàng)新思維的能力。

變式2：（勻速追勻減速）在平直的公路上，一輛小汽車正以20 m/s的速度勻速前進(jìn)，在其后方26 m處有一輛大客車正以12 m/s的速度勻速行駛，此時(shí)小汽車因?yàn)橛龅秸系K物，以2 m/s2的加速度剎車，問(wèn)大客車經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間能夠追上小汽車？

勻速追勻減速，后者必然能夠追上前者，但是本題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在利用公式計(jì)算時(shí)間時(shí)，勻減速的物體是否會(huì)減速為零，如果在追上之前小汽車的速度已經(jīng)減速為零，則需要重新列式分析，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生思維的縝密性，提升思維品質(zhì)。

變式3：（實(shí)際生活運(yùn)用）一步行者以勻速運(yùn)動(dòng)去追趕被紅燈阻停的公交車，在跑到距公交車36 m處時(shí)，綠燈亮了，公交車勻加速啟動(dòng)前進(jìn)，其后兩者的v-t圖像如圖4所示，試問(wèn)人能否追上公交車？

根據(jù)共速時(shí)人比車多走的距離，可以分析得到人不能追上公交車。本題以生活中能夠見(jiàn)到的“趕車”為情境，在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力的同時(shí)，告訴他們“趕車”這一行為是行不通的，而且在機(jī)動(dòng)車道上追趕車輛是十分危險(xiǎn)的。借此提醒學(xué)生“寧停三分，不搶一秒”，培養(yǎng)他們的安全意識(shí)。

5? ? 課外探究實(shí)踐

恰當(dāng)?shù)?、符合?shí)際的課外探究活動(dòng)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的自主建構(gòu)與理解，讓學(xué)生感受到“物理就在身邊”，體會(huì)到學(xué)以致用的樂(lè)趣，進(jìn)而鞏固所學(xué)知識(shí)，促進(jìn)“運(yùn)動(dòng)觀念”的正確形成以及科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力、發(fā)散思維能力的提升。

學(xué)生形成概念，需要依次經(jīng)歷感知活動(dòng)—思維加工—理解應(yīng)用—形成結(jié)構(gòu)，“中學(xué)生形成概念時(shí)往往有如下心理障礙：感性認(rèn)識(shí)不足、思維方法不當(dāng)、思維定式的消極影響和相關(guān)概念的干擾等”［5］。在進(jìn)行第一章第四節(jié)加速度的教學(xué)中，通過(guò)課堂的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)有了加速度的淺顯概念。如何讓學(xué)生在生活中切實(shí)獲得關(guān)于加速度的感性認(rèn)知呢？

筆者利用第一章章末“復(fù)習(xí)與提高”B組第4題，用光電門與氣墊導(dǎo)軌測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的加速度，結(jié)合第二章第四節(jié)所涉及的傳感器，設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)課外探究問(wèn)題：一般的智能手機(jī)中都有加速度傳感器，利用相關(guān)軟件（如手機(jī)物理工坊Phyphox）可以顯示加速度的具體數(shù)值，那么你能不能用它來(lái)測(cè)量生活中一些常見(jiàn)物體運(yùn)動(dòng)的加速度呢？

利用科技手段聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，尤其是使用身邊的手機(jī)直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，告訴學(xué)生手機(jī)除了平時(shí)的通話與娛樂(lè)之外，還可以用來(lái)研究生活中有趣的物理現(xiàn)象，更加激發(fā)了學(xué)生的求知欲。在后續(xù)的課堂展示環(huán)節(jié)，學(xué)生測(cè)量諸如汽車啟動(dòng)、電動(dòng)自行車啟動(dòng)、電梯上升與下降等生活中常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)的加速度圖像，并進(jìn)行了課堂展示。通過(guò)親自實(shí)驗(yàn)，學(xué)生感受到不同加速度所帶來(lái)的不同感覺(jué)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物體加速度方向與速度方向同向時(shí)，物體速度增加；反向時(shí)，物體速度減小。從具身體驗(yàn)角度加深了學(xué)生對(duì)加速度的理解以及對(duì)加速度方向與速度方向這一難點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生形成科學(xué)的、正確的運(yùn)動(dòng)觀念。

6? ? 總? 結(jié)

誠(chéng)然，教材中的習(xí)題除了可以進(jìn)行課前預(yù)習(xí)思考、課堂情境導(dǎo)入、學(xué)生課堂探究、習(xí)題教學(xué)、課外探究實(shí)踐外，還可以用來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)評(píng)與評(píng)價(jià)。相較于舊教材（2004版），新教材中的習(xí)題更貼近于生產(chǎn)生活實(shí)際，解決真實(shí)情境中的問(wèn)題，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、科學(xué)推理論證能力、利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)并學(xué)好物理的信心。如果教學(xué)中針對(duì)教材習(xí)題僅當(dāng)作是普通練習(xí)，未免顯得有些“大材小用”。基于教材習(xí)題或者情境，根據(jù)教學(xué)實(shí)際在不同教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)新的問(wèn)題，可以更大地發(fā)揮其價(jià)值，更好地服務(wù)于教學(xué)，更好地促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力的提升以及核心素養(yǎng)的落實(shí)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［１］蔣馨雅，桑芝芳．高中物理新教材習(xí)題情境比較分析——以高中物理必修１運(yùn)動(dòng)學(xué)部分為例［Ｊ］．物理教師，２０２１，４２（６）：１０－１３，１８．

［２］楊孝波，張靜．核心素養(yǎng)視角下高中物理新舊教材習(xí)題的比較研究——以“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”章節(jié)為例［Ｊ］．物理教師，２０１９，４０（１１）：１３－１６．

［３］郭芳俠，孫靜，張地．２０１９年版高中物理教材習(xí)題與課程標(biāo)準(zhǔn)的一致性研究［Ｊ］．中學(xué)物理，２０２２，４０（１１）：２４－２９．

［４］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019：53.

［５］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第一冊(cè)教師教學(xué)用書［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９：１．

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）