优化教材习题运用落实学科核心素养

台运金 郜攀

摘   要：新人教版高中物理教材（2019版）的習题不仅注重培养学生综合应用知识解决实际问题的能力，也为课堂教学提供了诸多素材。课前、课中、课后均可以依据这些素材，结合教学实际设置不同的思考问题或探究问题，以更好地促进学生学科核心素养的落实与发展。

关键词：新教材；核心素养；教材习题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）5-0019-4

新一轮的课程改革正在如火如荼进行中，相比于之前，现阶段更加重视学生对整体知识结构的建构，对学科大概念的深度理解。如何促进学生将学科大概念内化，促进学生能力及核心素养的提升与发展，是很多教师与研究者研究的核心。核心素养的落实、能力的发展离不开课堂教学，而教材是学生获取知识的重要载体，是教师实施教学活动的蓝本与重要依据，同时也是高考命题素材的重要来源之一。教材节末与章末的练习题是教材编写专家们根据新课程标准精心设计与选择的，是教材中不可或缺的组成部分，对学生能力的发展、学科核心素养的提升有着至关重要的作用。很多研究者从不同角度对新人教版高中物理教材（2019版）的习题进行了研究，如习题情境比较［1］、难度比较、核心素养分析［2］、与课标一致性分析、与旧教材（2004版）的比较［3］等，但是对习题的具体使用方式研究较少。因此，本文尝试从实践角度谈谈新教材习题的使用策略，以期为教师教学提供参考。

1    课前预习思考

对即将要学习的课程进行有效预习，除了能够帮助学生了解学习内容之外，还能够巩固前一节课所学知识，提高学习效率，培养学生的独立思维能力、自学能力与意识。设置基于“最近发展区”的预习问题不仅能够促进上述目标的达成，还能够促进学生对新课所涉及问题的深度思考。新教材的节末习题，为预习问题的设置提供了良好的素材。

在第一章第二节“时间 位移”的教学中，根据本节节末习题，笔者设置了课前预习思考问题：

（1）自主学习第二节内容，思考我们平时生活中听到的“火车8时42分到站，停车8分”“您这么早就来啦，抱歉！让您等了这么久”“前3秒”“最后3秒”“第3秒末”“第3秒内”指的是什么意思呢？据此，能不能简单叙述时间和时间间隔的区别？

（2）学校操场中跑道的周长是400 m，在800 m比赛过程中，同学们所到达的终点是相同的，但是他们的起点不同，也就是说他们的位移不同，那么你能否比较他们位移的大小？另外，800 m指的是位移还是路程？

本节课难度不大，通过预习问题的设置，让学生对本节课的基本概念有一定的思考，有助于直线运动位移、位移-时间图像等相关概念的引入，促进课堂效率的提高。

2    课程情境导入

课堂教学中，根据教学内容设计良好的课堂导入情境，能够有效提高课堂教学的趣味性与生动性，激发学生的探究欲望，调动学生的积极性，促进学生深度学习以及高阶思维的发展，可以让课堂效果事半功倍。

对于第一章而言，加速度概念是学生学习的难点。课堂中，如何引入加速度的概念呢？笔者在教学中结合本节的节末习题采用了如下情境导入设计：现在有A，B，C三辆小轿车，从静止开始加速到100 km/h所用的最短时间分别是11.3 s，13.2 s，15.5 s，它们所达到的速度是相同的，那么谁的性能更好一些？你是如何计算的？如果让它们和战斗飞机相比，谁的速度更大呢？谁的速度变化更快呢？通过展现三辆轿车比赛的视频以及战斗飞机的视频（视频截图如图1），激发学生的兴趣，让学生直观感受到速度大、速度变化大与速度变化快三者的区别，增强他们的感性认知。与此同时，利用节末习题的第3题，设计情境，引导学生通过数据计算体会三者的区别（通过小组比赛设计，有效调动了课堂气氛），增强学生的理性认知，进而引入加速度的概念。

3    学生课堂探究

学生的课堂活动是课堂教学中的重要一环。有效的课堂探究活动，能够加深学生对相关概念与规律的理解，能够让学生深度参与课堂。通过相关问题或者环节的设置，让学生为求知而乐，为探索而兴奋，真正实现“课堂主人”这一角色。

自由落体运动是生活中十分常见的运动，在本节课的教学中，笔者利用教材节末习题的第6题，设计了一个课堂活动：请大家利用身边的直尺，测量一下各自同桌的反应时间。通过这一活动的设计，活跃课堂气氛，加深了学生对自由落体运动规律以及应用规律解决实际问题的认识。除此之外，笔者鼓励学生在刻度尺上标注相应的时间，改造成一把“反应时间测量尺”（图2），通过尺上时间的读数，就可以便捷地获得人的反应时间。

除了课堂实验探究以外，在对匀变速直线运动的规律教学中，笔者利用章末的“复习与提高”A组习题第6题，设计课堂思考题：

已知一物体做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动。

（1）该物体在前T秒内、前2T秒内、前3T秒内……通过的位移分别是x1，x2，x3，…，xn，试证明它们的比值是x1∶x2∶x3∶…∶xn=1∶4∶9∶…∶n2；

（2）在第T秒内、第2T秒内、第3T秒内……通过的位移分别是x'1，x'2，x'3，…，x'n，试证明它们的比值是x'1∶x'2∶x'3∶…∶x'n=1∶3∶5∶…∶（2n-1）；

（3）在各个连续相等的时间间隔T内的位移分别是s1，s2，s3，…，sn，试证明Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2；

4    变式习题教学

习题教学是教学活动中必不可少的重要一环，它是学生对教学内容进行巩固和应用规律解决实际问题的重要过程。新教材中的习题是运用所学知识解决问题的经典，考查学生对基本概念的理解以及基本规律的运用，同时也是对学生科学思维中建模、推理、论证、创新能力的有效训练。以教材习题为起点，通过增减条件、变题设环境等方式，进行变式、拓展、整合，将习题讲“深入”，实现一题多用，激活学生思维，有效发挥教材习题的价值，让学生的思维能力以及思维品质得到切实提高，进而改变就题论题的习题讲解方式以及重复做、反复做的训练方式，让学生真正实现“减负”。

在相遇与追及问题的微专题教学中，笔者以教材章末的“复习与提高”B组习题第3题为基础，通过变式分析，辅助学生找寻这类问题的解题技巧与方法。

原题 如图3所示，在平直的公路上，一辆小汽车前方26 m处有一辆大客车正以12 m/s的速度匀速前进，这时小汽车从静止出发以1 m/s2的加速度追赶。试求：小汽车何时追上大客车？追上时小汽车的速度有多大？追上前小汽车与大客车之间的最远相距是多少？［４］

本题是一道经典的匀变速追匀速的追及问题，可以假设经过时间t小汽车追上大客车（即到达同一位置），利用位移关系，求解方程即可得到时间。通过追上后小汽车速度的计算，可以发现此时小汽车的速度大于大客车的速度。当小汽车速度小于大客车速度时，车距在扩大；当小汽车速度大于大客车速度时，车距在缩小。于是，得到在速度相等时它们之间的距离最大（也可以通过v-t图像分析）。两物体速度相等是追及与相遇问题常用的临界条件。

变式1：（匀速追匀加速）在平直的公路上，一辆大客车正以v1的速度匀速前进，在其前方x0处有一辆小汽车，从静止出發以加速度a匀加速启动，试问大客车能否追上前方的小汽车。

学生通过分析可以发现，因为小汽车速度越来越大，若在它们共速时，大客车依然没有追上小汽车，则它们再也无法相遇。可以先计算达到共速所需要的时间t，进而根据各自的位移分析位置关系，即可判断是否相遇。事实上，本题还可以通过二次函数根的判别式、图像法以及变化参考系分析是否会相遇，实现一题多解，这也是本题的设计意图所在。利用这一变式可以有效加深学生对这一类问题的理解与认识，培养学生利用数学知识解决物理问题的能力以及发散思维、创新思维的能力。

变式2：（匀速追匀减速）在平直的公路上，一辆小汽车正以20 m/s的速度匀速前进，在其后方26 m处有一辆大客车正以12 m/s的速度匀速行驶，此时小汽车因为遇到障碍物，以2 m/s2的加速度刹车，问大客车经过多长时间能够追上小汽车？

匀速追匀减速，后者必然能够追上前者，但是本题设计的关键是让学生认识到在利用公式计算时间时，匀减速的物体是否会减速为零，如果在追上之前小汽车的速度已经减速为零，则需要重新列式分析，进而培养学生思维的缜密性，提升思维品质。

变式3：（实际生活运用）一步行者以匀速运动去追赶被红灯阻停的公交车，在跑到距公交车36 m处时，绿灯亮了，公交车匀加速启动前进，其后两者的v-t图像如图4所示，试问人能否追上公交车？

根据共速时人比车多走的距离，可以分析得到人不能追上公交车。本题以生活中能够见到的“赶车”为情境，在培养学生分析问题能力的同时，告诉他们“赶车”这一行为是行不通的，而且在机动车道上追赶车辆是十分危险的。借此提醒学生“宁停三分，不抢一秒”，培养他们的安全意识。

5    课外探究实践

恰当的、符合实际的课外探究活动能够充分调动学生学习的积极性，有助于促进学生对概念的自主建构与理解，让学生感受到“物理就在身边”，体会到学以致用的乐趣，进而巩固所学知识，促进“运动观念”的正确形成以及科学探究能力、创新能力、发散思维能力的提升。

学生形成概念，需要依次经历感知活动—思维加工—理解应用—形成结构，“中学生形成概念时往往有如下心理障碍：感性认识不足、思维方法不当、思维定式的消极影响和相关概念的干扰等”［5］。在进行第一章第四节加速度的教学中，通过课堂的学习，学生已经有了加速度的浅显概念。如何让学生在生活中切实获得关于加速度的感性认知呢？

笔者利用第一章章末“复习与提高”B组第4题，用光电门与气垫导轨测量物体运动的加速度，结合第二章第四节所涉及的传感器，设计了这样一个课外探究问题：一般的智能手机中都有加速度传感器，利用相关软件（如手机物理工坊Phyphox）可以显示加速度的具体数值，那么你能不能用它来测量生活中一些常见物体运动的加速度呢？

利用科技手段联系生活实际进行实验探究，尤其是使用身边的手机直接进行实验，告诉学生手机除了平时的通话与娱乐之外，还可以用来研究生活中有趣的物理现象，更加激发了学生的求知欲。在后续的课堂展示环节，学生测量诸如汽车启动、电动自行车启动、电梯上升与下降等生活中常见的运动的加速度图像，并进行了课堂展示。通过亲自实验，学生感受到不同加速度所带来的不同感觉，同时也发现：当物体加速度方向与速度方向同向时，物体速度增加；反向时，物体速度减小。从具身体验角度加深了学生对加速度的理解以及对加速度方向与速度方向这一难点的认识，有助于学生形成科学的、正确的运动观念。

6    总  结

诚然，教材中的习题除了可以进行课前预习思考、课堂情境导入、学生课堂探究、习题教学、课外探究实践外，还可以用来对学生进行测评与评价。相较于旧教材（2004版），新教材中的习题更贴近于生产生活实际，解决真实情境中的问题，能够有效培养学生的建模能力、科学推理论证能力、利用物理知识解决实际问题的能力，增强学生学习并学好物理的信心。如果教学中针对教材习题仅当作是普通练习，未免显得有些“大材小用”。基于教材习题或者情境，根据教学实际在不同教学环节设计新的问题，可以更大地发挥其价值，更好地服务于教学，更好地促进学生的深度学习，促进学生关键能力的提升以及核心素养的落实与发展。

参考文献：

［１］蒋馨雅，桑芝芳．高中物理新教材习题情境比较分析——以高中物理必修１运动学部分为例［Ｊ］．物理教师，２０２１，４２（６）：１０－１３，１８．

［２］杨孝波，张静．核心素养视角下高中物理新旧教材习题的比较研究——以“运动和力的关系”章节为例［Ｊ］．物理教师，２０１９，４０（１１）：１３－１６．

［３］郭芳侠，孙静，张地．２０１９年版高中物理教材习题与课程标准的一致性研究［Ｊ］．中学物理，２０２２，４０（１１）：２４－２９．

［４］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.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：53.

［５］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．普通高中教科书物理必修第一册教师教学用书［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９：１．

（栏目编辑    刘   荣）