科學(xué)推理視角下高中物理教材習(xí)題分析

摘 要：素質(zhì)教育時(shí)代下，高中物理教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).以人教版物理必修1教材為例，物理教師應(yīng)具體分析各類科學(xué)推理的習(xí)題，即充分挖掘習(xí)題資源，從整體上提高物理習(xí)題教學(xué)效率，促進(jìn)高中生綜合發(fā)展.本文首先介紹以高中物理為基礎(chǔ)的科學(xué)推理類型及界定，接下來(lái)總結(jié)當(dāng)前高中物理教材習(xí)題分析的現(xiàn)實(shí)意義，最后針對(duì)科學(xué)推理視角下高中人教版物理必修1教材習(xí)題展開(kāi)分析.旨在為相關(guān)人員提供借鑒，優(yōu)化物理習(xí)題教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞：科學(xué)推理；高中物理；人教版；必修1；習(xí)題分析

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）36-0101-03

收稿日期：2023-09-25

作者簡(jiǎn)介：周玉龍（1986.11-），男，江蘇省灌云人，本科，中小學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

科學(xué)推理視角下，物理學(xué)科習(xí)題教學(xué)的育人價(jià)值逐漸顯現(xiàn)，高中物理教師以人教版物理必修1教材習(xí)題為切入點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析習(xí)題，鍛煉高中生的科學(xué)推理能力，使學(xué)生在信息整合、思維拓展、認(rèn)知發(fā)展、實(shí)踐操作等方面全面進(jìn)步.基于新課標(biāo)要求，高中物理教師在指定版本的教材習(xí)題中探索科學(xué)能力培養(yǎng)路徑，以此深化物理教學(xué)改革，并面向社會(huì)輸送高質(zhì)量科學(xué)推理人才.可見(jiàn)，該論題具有探究必要性和重要性，具體內(nèi)容如下.

1 基于高中物理的科學(xué)推理類型及界定

科學(xué)推理分為六種形式，分別是守恒推理、比例推理、相關(guān)推理、概率推理、假設(shè)演繹推理、控制變量推理^[1].守恒推理即個(gè)體總結(jié)得出事物本質(zhì)不變，以及事物間關(guān)系不變的兩個(gè)結(jié)論.物理學(xué)科在守恒推理引導(dǎo)下，所設(shè)計(jì)題目主要考查守恒定律應(yīng)用、守恒關(guān)系應(yīng)用，學(xué)生在習(xí)題解答環(huán)節(jié)要圍繞不變量拓展解題思路.比例推理主要是根據(jù)物理量之間比例情況進(jìn)行問(wèn)題求解，在高中物理學(xué)科中的比例推理表現(xiàn)為：通過(guò)題干信息推理或以函數(shù)、公式得出物理量間比例關(guān)系；借助已有比例關(guān)系進(jìn)行推理.相關(guān)推理指變量間變化關(guān)聯(lián)，物理學(xué)科中，相關(guān)推理類習(xí)題主要考查物理量之間關(guān)系情況，解題思路即探索物理量間的相關(guān)性.概率推理指特定過(guò)程或特定結(jié)果，物理學(xué)科中涉及概率推理題，多為概率計(jì)算題.假設(shè)演繹推理即遵循猜想、假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的步驟，物理學(xué)科中這類推理的題目主要考查物理原理，針對(duì)題目的結(jié)果進(jìn)行假設(shè)或證明.控制變量推理重點(diǎn)圍繞單變量問(wèn)題戰(zhàn)況分析，這一推理思想下，物理學(xué)科題目主要考查控制變量法的運(yùn)用，通過(guò)多個(gè)變量一致進(jìn)行求解^[2].

2 當(dāng)前高中物理教材習(xí)題分析的現(xiàn)實(shí)意義

物理教材由多個(gè)部分組成，其中，習(xí)題分布在知識(shí)點(diǎn)之后，通過(guò)習(xí)題分析來(lái)檢驗(yàn)知識(shí)教學(xué)情況、知識(shí)掌握情況.新課改視域下，高中物理教材的習(xí)題分析活動(dòng)如火如荼地進(jìn)行，物理教師一般在教材知識(shí)點(diǎn)講解后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行習(xí)題訓(xùn)練，幫助其深入理解知識(shí)，進(jìn)一步鞏固知識(shí).習(xí)題分析時(shí)，物理教師貼近教材知識(shí)點(diǎn)，并緊密聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，以此提高物理教學(xué)有效性，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目的^[3].

3 科學(xué)推理視角下高中人教版物理必修1教材習(xí)題分析科學(xué)推理能力培養(yǎng)，是物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵.高中物理教師應(yīng)充分借助習(xí)題教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，以此促進(jìn)學(xué)生均衡發(fā)展，并逐步深化高中物理教學(xué)改革.新課標(biāo)視域下，圍繞高中人教版物理必修1教材分析習(xí)題，深入挖掘習(xí)題中的科學(xué)推理元素，探索科學(xué)推理能力培養(yǎng)的有效路徑.

3.1 習(xí)題統(tǒng)計(jì)與分析

從科學(xué)推理角度出發(fā)，高中人教版物理必修1教材的科學(xué)推理類習(xí)題主要分布在練習(xí)與應(yīng)用部分、復(fù)習(xí)與提高部分.其中，練習(xí)與應(yīng)用部分的習(xí)題形式為計(jì)算、簡(jiǎn)答、分析、填表，習(xí)題作用即知識(shí)鞏固、知識(shí)應(yīng)用；復(fù)習(xí)與提高部分習(xí)題形式為計(jì)算、討論、作圖、簡(jiǎn)答，其作用即復(fù)習(xí)強(qiáng)化、綜合應(yīng)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(duì)較高，其次是假設(shè)演繹推理以及控制變量推理.從教材的章視角來(lái)分析五類科學(xué)推理題目數(shù)量，比例推理題目主要分布在第四章，最多為20個(gè)；相關(guān)推理題目主要分布在第一章，最多為15個(gè)；守恒推理主要分布在第三章，最多為五個(gè)；假設(shè)演繹推理分布在第二章和第三章，最多為15個(gè)；控制變量推理主要分布在第四章，最多為五個(gè).

假設(shè)演繹推理在高中人教版物理必修1教材的第二章復(fù)習(xí)與提高部分，以A組習(xí)題6為例，習(xí)題內(nèi)容：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).該物體在前1 s內(nèi)、前2 s內(nèi)、前3 s內(nèi)的位移分別是x₁，x₂，x₂…在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)的位移分別是xⅠ，xⅡ，xⅢ，…，在各個(gè)連續(xù)相等時(shí)間T內(nèi)的位移分別是s₁，s₂，s₂，…，s_n，證明：x₁∶x₂∶x₂…=1∶4∶9∶…；xⅠ∶xⅡ∶xⅢ…=1∶3∶5∶…；Δs=s₂-s₁=s₃-s₂=…=s_n-s_n-1=aT².

A組習(xí)題6是典型的假設(shè)演義推理題，以高中物理學(xué)科的勻加速直線運(yùn)動(dòng)這一知識(shí)為切入點(diǎn)，以假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)與結(jié)論是否一致的步驟來(lái)考查勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式.一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)高中生會(huì)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)要求.科學(xué)推理視角下，高中物理教師要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的推理思想，引導(dǎo)學(xué)生理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，靈活運(yùn)用推理思想、推理方法對(duì)A組習(xí)題6的結(jié)果進(jìn)行證明，根據(jù)物體以初速度0、加速度a做勻加速直線運(yùn)動(dòng)這一已知條件，列出與時(shí)間對(duì)應(yīng)的位移公式，接下來(lái)借助比例約去相同項(xiàng)，所得到的比值與求證比值相一致.

3.2 基于習(xí)題鍛煉科學(xué)推理能力的路徑

3.2.1 做足課前準(zhǔn)備工作

教師開(kāi)展習(xí)題教學(xué)之前，首先要做好課前準(zhǔn)備工作，即全面掌握教材內(nèi)容、教學(xué)重（難）點(diǎn)，并充分了解班級(jí)學(xué)生情況.在此基礎(chǔ)上針對(duì)習(xí)題分層，讓班級(jí)學(xué)生在各層習(xí)題訓(xùn)練中提高科學(xué)推理能力，從整體上優(yōu)化高中物理科學(xué)推理能力培養(yǎng)效果.人教版物理必修1教材面向?qū)W生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)鞏固、綜合技能訓(xùn)練，習(xí)題重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生物理觀念、拓展學(xué)生科學(xué)思維，這一版本教材具有基礎(chǔ)性和普適性.教材習(xí)題教學(xué)能夠契合新課標(biāo)下物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo).基于此，物理教師要細(xì)致掌握人教版物理必修1教材習(xí)題布設(shè)情況，了解習(xí)題考查方向，從中獲知各層次習(xí)題的水平結(jié)構(gòu)，使習(xí)題任務(wù)布置工作有的放矢，確保班級(jí)學(xué)生在習(xí)題解答中拓展物理思維、強(qiáng)化科學(xué)推理能力.人教版物理必修1教材的練習(xí)與應(yīng)用部分的習(xí)題以基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用為訓(xùn)練目的，復(fù)習(xí)與提高部分的習(xí)題則側(cè)重知識(shí)點(diǎn)回顧、溫習(xí)，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提高綜合運(yùn)用能力.可以看出，兩部分習(xí)題的分工不同，物理教師要循序漸進(jìn)完成習(xí)題教學(xué)任務(wù)，既要體現(xiàn)層次感，又要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生主動(dòng)接受知識(shí)，調(diào)動(dòng)其求知欲，使學(xué)生在科學(xué)推理能力提高中發(fā)揮能動(dòng)性^[5].

3.2.2 整合習(xí)題資源

教材習(xí)題是基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固，以及課內(nèi)知識(shí)的外延，習(xí)題資源豐富程度反映出新課標(biāo)下高中物理教學(xué)效果，并直接影響科學(xué)推理水平.基于此，物理教師要重視習(xí)題資源優(yōu)整，為學(xué)生盡可能提供豐富的習(xí)題資源，讓學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練中拓展思維，引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多方面思考，探索適合的學(xué)習(xí)方式，從中鍛煉思維能力和實(shí)踐能力，這對(duì)于學(xué)生的個(gè)人發(fā)展和日后學(xué)習(xí)具有重要影響.人教版物理必修1教材習(xí)題練習(xí)中，教師要將習(xí)題功能最大化，利用互聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)搜集更多習(xí)題，讓學(xué)生通過(guò)多類型習(xí)題解答進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)推理能力.一般來(lái)說(shuō)，習(xí)題資源生活化提取與應(yīng)用，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并能加強(qiáng)理論與實(shí)踐間的聯(lián)系.對(duì)此，物理教師要合理設(shè)置生活化情境，為習(xí)題教學(xué)提供良好條件，其中，必修1教材中力和運(yùn)動(dòng)的習(xí)題教學(xué)要緊密聯(lián)系具體情境，如登月探測(cè)器發(fā)射、載人飛船發(fā)射、清潔能源供電等，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，社會(huì)持續(xù)發(fā)展.高中生通過(guò)學(xué)習(xí)這類習(xí)題，逐漸強(qiáng)化科技強(qiáng)國(guó)意識(shí)，聯(lián)系到個(gè)人，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力強(qiáng)勁，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確.習(xí)題考查的過(guò)程中，物理教師從知識(shí)內(nèi)化、知識(shí)應(yīng)用、科學(xué)推理能力強(qiáng)化等多角度考查，客觀了解習(xí)題教學(xué)效果，掌握學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練中的優(yōu)缺點(diǎn)，為接下來(lái)習(xí)題教學(xué)策略調(diào)整提供依據(jù)，確?？茖W(xué)推理能力提升工作常態(tài)化開(kāi)展.

3.2.3 注重推理過(guò)程

高中物理科學(xué)推理能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要物理教師高度重視習(xí)題教學(xué)，并在習(xí)題教學(xué)期間滲透學(xué)科素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)推理思想及方法分析問(wèn)題、解答問(wèn)題，久而久之，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)推理能力.例如，高中人教版物理必修1教材的第二章復(fù)習(xí)與提高部分的A組習(xí)題4教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖中分力方向、分力夾角等信息，以及題干信息進(jìn)行推導(dǎo).物理教師先讓學(xué)生觀察圖中力的情況，使其結(jié)合題目自主思考，探究式學(xué)習(xí)，推導(dǎo)過(guò)程中鍛煉學(xué)生的科學(xué)推理能力.圖中F₁、F₂兩個(gè)分力共同作用，提起裝水的桶，學(xué)生解題時(shí)，經(jīng)思考得知，F(xiàn)₁+F₂=桶重，拉力與桶之間夾角變化，則拉力大小隨之改變，但桶的重力一定，這其中蘊(yùn)含了守恒思想，實(shí)則考查守恒推理.夾角變化導(dǎo)致拉力改變，基于比例式表達(dá)，則考查比例推理.習(xí)題解答過(guò)程：假設(shè)兩人手臂間的夾角為θ，設(shè)桶+水的質(zhì)量為m，并設(shè)F₁=F₂=F，基于平衡條件運(yùn)用2Fcosθ/2=mg公式，θ與F之間成正比例關(guān)系，所以推導(dǎo)得出結(jié)論為：兩人手臂夾角越小，越省力.為加深學(xué)生對(duì)物理習(xí)題的記憶，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用教學(xué)目的，教師在課堂上準(zhǔn)備水桶和水，讓同桌的兩個(gè)人為一組，按照?qǐng)D示動(dòng)手提水，使其體驗(yàn)手臂夾角變化，感受提桶力度的大小情況.

3.2.4 創(chuàng)新習(xí)題教學(xué)模式

要想基于物理習(xí)題取得科學(xué)推理能力培養(yǎng)的良好效果，物理教師應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)模式，以此提高教學(xué)效率、優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)大幅提升.其中，組間協(xié)作學(xué)習(xí)模式在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)用，這不僅能夠增強(qiáng)高中生的主體地位和，還能增進(jìn)師生間、生生間的友誼，使組內(nèi)成員在習(xí)題討論中形成科學(xué)探究意識(shí).同時(shí)，通過(guò)組員智慧碰撞實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短，從整體上提高認(rèn)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(fù)習(xí)與提高部分的A組習(xí)題4為例，教師為班級(jí)學(xué)生提供充足討論時(shí)間，讓學(xué)生圍繞“兩人手臂間夾角大小與省力情況”展開(kāi)分析，組內(nèi)成員結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，并借助物理知識(shí)，猜想、計(jì)算、實(shí)踐體驗(yàn)，最終推導(dǎo)出結(jié)論.

綜上所述，高中物理教學(xué)改革期間，物理教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，基于習(xí)題教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理理念，鍛煉學(xué)生綜合能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.物理教師還應(yīng)做足課前準(zhǔn)備工作、整合習(xí)題資源、注重推理過(guò)程、創(chuàng)新習(xí)題教學(xué)模式，以此優(yōu)化科學(xué)推理能力的培養(yǎng)效果.

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[責(zé)任編輯：李 璟]