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中学物理教材对学生分析综合能力培养的优化建议

2020-07-14 286 上传者：管理员

摘要：分析综合能力是人把握问题本质，找到解决方法所需要具备的重要能力之一，是培养主动思维能力、社会沟通能力、自控自抑能力、责任承担能力的前提和基础，物理高考和物理课程对培养学生的分析综合能力设置了精准的目标指向和明确的学习内容。文章从近五年高考物理全国卷中梳理出涉及考查学生分析综合能力的知识、层次和方式，并在新课程教材中找到对应能够对培养学生分析综合能力有促进作用的具体内容及其呈现形式，运用物理学科核心素养的理论支撑提出培养学生分析综合能力的具体建议、方法和措施。

关键词：
分析综合能力
核心素养
物理高考
课程设置
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分析综合能力是高中物理学科核心素养“科学思维”的重要组成部分，是指学生能对具体问题进行分析、研究，结合背景状态、过程和情境，找出作用因素和相关条件，把复杂问题分解为若干个较简单的问题，并提出解决问题的方法。

物理课程理念的目标是提升高中学生的科学素养，在科学素养中占主体地位的学生分析综合能力必然会成为高中物理课程内容的重要组成部分。为了进一步强化学生对分析综合能力的学习主动性，物理高考试卷中对学生分析综合能力的考查同样浓墨重彩，旨在以最有效的调控杠杆提高高中生使用科学证据和运用科学思维对相关问题进行推理、分析和整合的能力。[1]

一、分析综合能力在高考物理试卷中的渗透

分析综合能力是需要将实际问题中的对象和过程转换成所学的物理模型并对之进行分析。现以2015年至2019年高考物理课标全国卷（共14套）为例进行统计，如表1所示。

分析综合能力是建立在基础知识、基本技能之上的一种多元、多层化的思维能力，可供考查的平台必然是基于多个知识点或多个过程的背景题材。从高考物理试卷压轴题可以发现，能够融合多个知识点或者展开成多个过程的知识模块在物理课程体系内是指向明显的，而且其融合或展开方式也具有显著特征。

1. 涉及分析综合能力考查的应答难点分析

(1）试题图像（图表）隐含信息较多，考生不易识别。如2019年课标全国卷Ⅰ第25题、2019年课标全国卷Ⅱ第25题、2015年课标全国卷Ⅰ第25题图像中的拐点、斜率、截距、正负等均隐含着解决问题所必备的条件。

(2）物理过程多且复杂，对单一知识要求较高。如2019年课标全国卷Ⅱ第25题和2015年课标全国卷Ⅰ第25题中对物体的运动分段均在3个以上，且还涉及相对运动。

(3）试题文字量较大，考生对题目首尾不能兼顾。如2016年课标全国卷Ⅰ第25题、2016年课标全国卷Ⅲ第25题、2019年课标全国卷Ⅰ第25题、2019年课标全国卷Ⅱ第25题中对物理过程的描述字符均达300个以上，对学生审题造成了不小的困扰。

(4）试题讨论（不确定）性情景增加了学生的思维量。如2015年课标全国卷Ⅰ第25题、2016年课标全国卷Ⅱ第25题、2016年课标全国卷Ⅲ第25题、2017年课标全国卷Ⅰ第25题、2017年课标全国卷Ⅲ第25题、2018年课标全国卷Ⅰ第25题、2019年课标全国卷Ⅲ第25题中物理过程的多样性带来的讨论或验证步骤对学生分析综合能力要求很高。

(5）试题形式善于挑战备考常规定势。如2017年课标全国卷Ⅰ第25题中没有给出任何关于物理过程的图像（图表）和情景示意，给学生审题带来了极大的障碍。

(6）运用数学处理物理问题的能力要求偏高。所有压轴题的计算量都很大，特别对几何（三角形、圆）、函数、极值、求和等知识的融合较多。

2. 涉及分析综合能力考查的知识模块分析

基于高中物理课程结构与课程内容的选择性，我国高中物理课程标准将课程内容分为12个模块，涉及分析综合能力考查的知识模块需具备融合度高、关联性大和延展空间广等特点。梳理“人教版”高中物理课程内容可以发现，具备以上特性的知识模块有匀变速直线运动、物体的平衡、牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动、功能关系、带电粒子在复合场（引力场、静电场、磁场）中的运动、稳恒电路、法拉第电磁感应定律、动量守恒定律等模块（知识）。在2015～2019年高考物理课标全国卷（共14套）压轴题中“牛顿第二定律”出现10次，“匀变速直线运动”出现7次，“功能关系”出现6次，“平抛运动”“圆周运动”和“带电粒子在电磁场中的运动”各出现4次，“动量守恒定律”“相对运动”和“运动的合成与分解”各出现3次，“物体平衡”出现2次，其余各出现1次。各模块（知识）在高考物理试卷中出现的频次直接影响和指导着教师日常教学需要着重强调和大力推进的教学内容。[2]

二、分析综合能力在物理课程教材中的设置

培养学生的分析综合能力是物理课程教材中必须要体现的重要内容之一，在纵向维度上课程教材中安排了一系列相关知识在宽度上加强对学生分析综合能力的提升，在横向维度上课程教材中把一个知识点逐步加深并运用到多个物理问题中。[3]

1.高中物理教材中涉及对学生分析综合能力的模块（知识）（见表2）

2.高中物理课程教材对学生分析综合能力培养的案例呈现

(1）图像在培养学生分析综合能力上的教材设置。运用图像，学生能够准确地掌握物理状态，物理情境等，图像的理解及应用有利于优化学生思维的序列化程度，灵活地理解题目，更全面地分析物理问题。教材中把图像法运用于其他知识点中，通过图像法与其他知识点的结合，增强学生对知识点的理解与联系，达到培养分析综合能力的目的。[4]如图像与运动的描述相结合、图像法与牛顿运动定律相结合、运用图像法分析实验数据等等，通过运用图像法解决多种物理问题，在这一过程中，分析综合能力不断得到提高，相应的结构图如图1所示。

(2）机械能守恒定律和动能定理在培养学生分析综合能力上的教材设置。必修二中的第七章“机械能守恒定律”包括如何判断力做功的正负，变力做功的求法，功率、重力势能、弹性势能以及动能定理和能量守恒定律，其中，涉及对学生分析综合能力培养的模块为动能定理和机械能守恒定律。教材把机械能守恒定律分别运用到机械运动、电磁场、热学等不同情境中，通过把机械能分割到不同情境中进行考察，由表及里、由浅入深地认识机械能守恒定律的性质、机械能中功与能之间的关系等，进而循序渐进地提高学生的分析综合能力。[5]

教材把动能定理分别运用到分析功能关系、求变力做功问题等方面，通过把动能定理分解到不同物理问题中，由简单到复杂，循序渐进地加深学生对动能定理性质的理解及运用。[6]

(3）带电粒子在电场/磁场/复合场中运动在培养学生分析综合能力上的教材设置。教材中带电粒子在电场/磁场/复合场中的运动问题都分解为多个不同层面的问题进行研究、认识和应用，在分析过程中，加深学生对这一知识的理解深度，提高学生对于这一知识点的应用能力。

(4）电磁感应综合问题在培养学生分析综合能力上的教材设置。教材选修3—2中涉及对学生分析综合能力培养的是第四章“电磁感应”中的电磁感应综合问题，涉及安培力与运动的关系、安培力做功与能量的转化关系等。在学习和掌握电磁感应综合题的过程中，需要对综合题中涉及的知识进行逐个了解与掌握。如图4是电磁感应现象分别涉及物理问题，其主要途径是通过对综合问题的展开、分析，逐步把复杂的物理情境分解成不同层面上的问题，引导学生分析具体的物理问题，从而达到提升学生分析综合能力的目的。电磁感应综合问题涵盖了动力学、电学及能量等知识，通过对电磁感应综合问题的分析，促使学生增进对物理知识的理解、分析与整合，提高了学生的分析综合能力。

三、中学物理教材对学生分析综合能力培养的优化建议

通过对教材中涉及分析综合能力的模块进行统计、分析和归类，发现教材在培养学生分析综合能力方面存在着不足。如教材必修二中的第七章机械能守恒定律和选修3—5中的第十六章动量守恒定律，这两个章节的内容在应用方面既有共性又有个性，教材没有在章节末尾设计帮助学生巩固知识的习题。[7]又如，机械能守恒定律和动量守恒定律都是解决功能问题的重要方法，教材把这两章节的内容分开放在了必修二和选修3—5中，虽然降低了难度，但分割开来不利于学生构建系统的知识体系，不利于学生分析综合能力的培养。因此，现对教材设置提出以下三个优化建议：

1. 优化知识结构框架的设计，有助于提高学生的分析综合能力

教材中把机械能守恒定律和动量守恒定律这两章节的知识分开了，这就不利于学生系统性知识的构建。笔者认为，可以在阐述了机械能守恒定律和动量守恒定律这两章节内容之后，在教材中加入知识结构框架，把解决功能问题的重要方法都综合起来，帮助学生建立系统性的知识，深化对知识点的理解和应用。[7]

2. 设定合理的分析综合能力培养的梯度，增强教学的可操作性

分析综合能力的培养是一个循序渐进的过程，教材中对于内容的安排和设计要遵循先简单后复杂等教学原则。通过设定合理的分析综合能力培养梯度，循序渐进地体现对学生分析综合能力的培养。例如，根据问题情境的复杂程度可将分析综合能力分为三个层次：I、II、III级。从I级到III级物理问题情境的复杂程度不断增加，对于分析综合能力的要求也不断提升。

3. 落实物理基础知识，增强理论联系实际的应用

通过获取物理知识的过程和物理知识的应用，提升学生分析物理综合问题的能力。只有理解并掌握了一定的物理知识，学生才能够使物理知识结构在头脑中内化、构建，才能够对知识和方法加以灵活运用。此外，高考把物理知识与生活中的实际问题结合到一起，这对于学生的分析综合能力提出了更高的要求。教材在培养学生分析综合能力的过程中，要注重理论与实际相结合，把物理知识融入实际生活中，发挥物理知识的实用性和趣味性。

分析综合能力是物理学科能力要求中最高的一种能力，同时也是高考重点考查的内容，本文通过对高考物理试卷和物理教材的研究，对涉及学生分析综合能力培养的教材模块进行分析、分类，从中探讨教材提高学生分析综合能力的方式。在具体教学中，教师还要对教材进行处理和加工，最大限度地优化教材结构和内容，以有效培养和提高学生的分析综合能力。

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2017:1-44.

[2]张恩德.近10年我国高考物理压轴题的命题特点及其启示[J].物理教师,2015,(2):75-86.

[3]人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.物理必修1､物理必修2､物理选修3-1､物理选修3-2､物理选修3-3､物理选修3-5[M].北京:人民教育出版社,2010.

[4]王国松.高中物理教学中显化科学思维方法教育的实践探索[D].南京:南京师范大学,2018.

[5]蓝明浩.能量守恒定律在高中物理解题中的应用分析[J].数字通信世界,2018,(5):71-76.

[6]董奇烜.高中物理中机械能守恒定律问题的解题策略探讨[J].学周刊,2018,(9):97-98.

[7]伍苗苗,张军朋.高中物理能量观念的内涵构成与认知层次[J].中学物理教学参考,2017,(9):1-4.

吕付国.分析综合能力在物理高考和课程教材中的渗透[J].新课程研究,2020(01):26-29.