基于大概念的物理习题教学的设计

摘   要：文章针对新一轮课程改革背景下物理习题课堂活力不足与课程育人的迫切要求之间的矛盾，探索初中物理大概念习题课的设计策略，以帮助学生生成物理学科核心素养。

关键词：大概念；习题课；核心素养；思维

当前，世界教育竞争空前激烈，必须意识到人才培养的重点是素养的提升，这也是《义务教育物理课程标准（2022年版）》修订最大的突破。习题课作为物理教学中的常见课型，在巩固物理知识，培养学科核心素养方面具有重要作用。可是在一线教师中仍存在“有啥题讲啥题，能讲多少算多少”的错误观念，教学目标、教学策略、教学目标达成度等都缺乏预先设计，让学生失去了对物理知识的兴趣和求知欲，更谈不上实现育人目标。所以在习题讲评时，也应该坚持素养导向，不只是关注具体的知识点小目标，还要关注更大格局的素养目标[ 1 ]。未来的教学设计提倡教师提取大概念，合理规划课时，设计有明确学习主题的习题课，主题内分级呈现，层层递进，主题间相互关联，各有侧重[ 2 ]。大概念是学习的生长点，可以帮助学生形成正确的物理观念、发展科学思维、锻炼实验探究能力、培养科学态度和责任。

1  认识大概念

教育学家赫德认为，组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分，可称之为核心概念[ 3 ]。大概念的形式不局限为某个概念或者某个原理，还可以是学科思想方法或者学科模型等，它具有持久价值。学者们用魔术贴、衣架、透镜、建筑材料等隐喻体现大概念的核心位置和作用[ 4 ]。比如在奥斯特实验中通电导体对周围的小磁针有力的作用，“力的作用是相互的”“力是改变物体运动状态的原因”是大概念，可以借二者推导出磁体对通电导体也应该有力的作用，物理学史上奥斯特实验即是发明电动机的理论基础，可见大概念指导我们理解、迁移和创新。虽然提取大概念是教师感到困难的，但是大概念是连接“学校的学习”和 “真实的生活”的重要抓手，实现在学校里学的东西能够应对未来生活的目的，大概念教学应是新一轮课堂转型的重要议题。长期以来，令教师沮丧的是师生在中考指挥棒下，不得不大量去刷题以便获得专家结论，但是学生却没有建立专家思维，在解决真实问题时仍然不能自信地、正确地、灵活地理解和运用知识[ 5 ]。双减背景下减量提质，实施指向大概念的教学，是一个崭新的思路。

2  大概念在发展物理核心素养上的作用

未来的人才工作和生活都需要专家思维而非专业知识。认知心理学上专家和新手面对真实问题时的重要差异之一：前者是大概念思维，而后者是小概念思维，前者善于寻找知识间的内在联系，善于对知识进行高层次的概括，善于用大观点思考问题，善于提出一般性的问题，更为关注解决问题的思想和通法[ 6 ]。

2.1  帮助学生形成物理观念

物理观念是物理概念和规律在头脑中的提炼和升华，是解释自然现象和解决问题的基础[ 2 ]。比如“二力平衡条件”是一个重要原理，利用它能设计测重力、测滑动摩擦力等，具有更高抽象程度的是“力是改变物体运动状态的原因”，这是统摄前者的学科大概念，居于学科中心位置，可以用来分析受力情况与运动状态之间的关系，可分成很多具体情况。由此形成了解决力学问题的大观点，直指问题的本质，而不会被一些表面现象干扰。比如图1中，人站在沿斜向上方向匀速直线运动的电梯上，分析人的受力情况。学生容易受运动方向干扰，根据直觉经验以为会有一个斜向上的力，但大概念思维不会受表面现象干扰，而是利用力与运动的关系，分析得出人受力平衡，即合外力为零，支持力与重力二力平衡，以大观点解小问题，又快又准确。

2.2  帮助学生发展科学思维

科学思维品质是物理教学的重要素养目标，大概念教学指导寻找到解决问题的思想和通法，培养批判性思维。俗称的“刷题”通过大量的练习，让思维形成条件反射，属于浅层学习，但如果遇到真实的复杂的情境，未必能够顺利迁移，但是如果实施大概念教学，渗透学科思想方法，则情况大不相同。比如测密度、测电阻、测电功率等实验，常常会出现“替代法”或者“转化”的思想[ 1 ]，大可不必把所有可能的情况都练一遍，甚至死记硬背，极其浪费精力，只要抓住“替代法”或者“转化”这一大概念和基本公式和一些相关的知识即可。

2.3  帮助学生發展实验探究能力

引导学生确定问题，设计实验方案，如何控制变量，如何测量指定的物理量，实验记录表格应该如何设计，如何分析数据，这些每个实验都会遇到的问题是普遍性的，实验思维也可以认定为是大概念思维。比如“比较不同物质的吸热本领”的实验，应该如何解决“吸收热量的多少是通过什么反映的”“为什么要用相同的热源”，培养学生能用多样化手段分析处理问题的能力，形成正确的物理实验思维方式。

2.4  帮助学生培养科学态度和责任

新修订的课标强调立德树人，科学态度和责任的培育是课程的价值重要方面。大概念是课堂与生活的连接，抽象与具体的连接。大概念的“大”，不仅仅是其在学科中的核心地位，而且表示其具有很强的迁移价值，大概念让校内学习走向未来生活，它把物理知识和实际生活紧密相结合，热爱自然、保护环境、遵守科学伦理、民族自豪感等等情感得以升华。比如当前的中考试卷中，很多题目是我国航天事业、深潜事业、高铁交通、卫星通信技术等有时代气息的情境，而这些都与运动和相互作用、能量等物理学科中的大概念有紧密关系。

3  基于大概念的物理习题教学的设计策略

3.1  概念模型课渗透学科思想的显性教育

设计基于大概念的概念模型课侧重使学生学会从物理学视角认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系，从而形成正确的物理观念。

示例1： “物质的特性知多少”，针对密度、比热容、热值、电阻等，学生对这些物理量的内涵、公式理解应用很容易出错，因此可以归纳比值定义法在物理学中的应用，为什么要引入这个物理量？这个比值定义的实质是什么？反过来比可不可以？问题链引导学生思考这些物理量对于材料的意义，让学生领悟学科思想的重要性，还可以将其迁移到非物质特性的物理量如速度、压强、功率等概念。学有余力的班级也可以拓展一下定义式和决定式的区别。

3.2  方法技巧课融入物理解题通法指导

设计基于大概念的方法技巧课侧重使学生形成质疑、批判、发散科学思维能力与品格，能从不同角度思考物理问题，并提出创造性的见解。

示例2： “特殊方法測量”，应对千变万化的特殊法测量问题，可以采用“归纳-演绎”的思维方式，由具体例子总结出“替代法”“转化”的物理解题通法，使学生能够将题目上升到抽象的模型，再演绎出众多的习题解决方法。如以图2中装置所示，已知物体质量、物体还没浸入液体中和浸没液体（但不接触容器底部）中后天平平衡时的读数，测物体的密度，由密度公式出发，物体的体积V是较难知的物理量，没有量筒直接测，实验操作都是为了转化目标求V，用V替代V，及浮力推导公式F=ρgV的变形和相关力学知识得解，这种“转化”“替代法”的解题思想在中考试卷中很常见，同理可以用在测电阻、测电功率的特殊测量的题目中，达到以不变应万变的效果。

3.3  实验探究课培养物理实验思维

设计基于大概念的实验探究课侧重使学生能使用不同方法和手段分析、处理实验数据，描述并解释探究结果和变化趋势。

示例3： “电学实验复习专题”，探究电流与电压、电阻的关系的实验和伏安法测电阻、测小灯泡的电功率的实验有很多相同操作之处，可以进行对比归纳。除此之外，还有很多实际实验中遇到的问题，比如图3电路图，其中对于定值电阻（或者小灯泡）两端电压如何调节，经常会有定值电阻阻值较大导致电压表无法调至所需电压值，涉及此问题的类似题目五花八门，中考中非常常见，而且是作为压轴问题出现，对此要引导学生透过现象看本质，学会从串联电路的分压关系实验入手，结合欧姆定律得出的分压定律==，围绕此推导式可以解决很多疑问，比如如何测量大阻值电阻阻值等。

3.4  综合应用课实现素养全面提升

设计基于大概念的综合应用课侧重强化和提升学生对物理规律方法的综合运用能力，培养学生形成学科高级思维和处理复杂物理问题的能力。

示例4： “自制密度计”一课结合项目式理念创新设计复习课，不仅能够调动学生的学习兴趣，而且在能实现大概念推动深度学习的功能。“从生活走向物理，从物理走向社会”，通过引导学生梳理浮力概念、阿基米德原理、物体的浮沉条件等后，自制密度计，对生活中常见的液体如盐水、可乐、牛奶进行测量。实验时遇到一些困难可以讨论如何改进。进一步思考如何增大量程，如何提高精确度，为什么有的会斜倾，有的会沉底等，以上均围绕本章的核心概念展开，综合分析能力和创新能力得到培养。

学科素养的整合性决定了教学内容的系统性和结构化，围绕大概念教学已成为基本共识，因此要系统规划习题课的课时，让不同课型与习题课衔接，规划好认知逻辑使之符合学生的认知规律，从而为核心素养的培育服务。在评价方面，也可以结合过程性评价和结果性评价，让学生及时得到反馈，落实对大概念学习的掌握，最终实现核心素养的提升。

参考文献：

［1］ 陈宗荣.实施大概念学习 提升科学思维品质〔J〕.福建基础教育研究，2022（4）：20-23.

［2］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）〔S〕.北京：北京师范大学出版集团，2022：2，4，5.

［3］ 卢霞.以大概念教学促进初中物理深度学习：以初中物理“浮力”单元教学设计为例〔J〕.中学物理，2021（12）：25-27.

［4］ 刘徽.“大概念”视角下的单元整体教学构型：兼论素养导向的课堂变革〔J〕.教育研究，2020（6）：64-77.

［5］ 珀金斯.为未知而教，为未来而学〔M〕.杭州：浙江人民出版社，2015：35.

［6］ 郑青岳.从大概念角度看专家思维的特点〔J〕.中学物理，2020（12）2-4.