科学推理视角下高中物理教材习题分析

摘 要：素质教育时代下，高中物理教师要重视培养学生的科学推理能力，提高学生的物理核心素养.以人教版物理必修1教材为例，物理教师应具体分析各类科学推理的习题，即充分挖掘习题资源，从整体上提高物理习题教学效率，促进高中生综合发展.本文首先介绍以高中物理为基础的科学推理类型及界定，接下来总结当前高中物理教材习题分析的现实意义，最后针对科学推理视角下高中人教版物理必修1教材习题展开分析.旨在为相关人员提供借鉴，优化物理习题教学效果.

关键词：科学推理；高中物理；人教版；必修1；习题分析

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）36-0101-03

收稿日期：2023-09-25

作者简介：周玉龙（1986.11-），男，江苏省灌云人，本科，中小学一级教师，从事高中物理教学研究.

科学推理视角下，物理学科习题教学的育人价值逐渐显现，高中物理教師以人教版物理必修1教材习题为切入点，统计分析习题，锻炼高中生的科学推理能力，使学生在信息整合、思维拓展、认知发展、实践操作等方面全面进步.基于新课标要求，高中物理教师在指定版本的教材习题中探索科学能力培养路径，以此深化物理教学改革，并面向社会输送高质量科学推理人才.可见，该论题具有探究必要性和重要性，具体内容如下.

1 基于高中物理的科学推理类型及界定

科学推理分为六种形式，分别是守恒推理、比例推理、相关推理、概率推理、假设演绎推理、控制变量推理^[1].守恒推理即个体总结得出事物本质不变，以及事物间关系不变的两个结论.物理学科在守恒推理引导下，所设计题目主要考查守恒定律应用、守恒关系应用，学生在习题解答环节要围绕不变量拓展解题思路.比例推理主要是根据物理量之间比例情况进行问题求解，在高中物理学科中的比例推理表现为：通过题干信息推理或以函数、公式得出物理量间比例关系；借助已有比例关系进行推理.相关推理指变量间变化关联，物理学科中，相关推理类习题主要考查物理量之间关系情况，解题思路即探索物理量间的相关性.概率推理指特定过程或特定结果，物理学科中涉及概率推理题，多为概率计算题.假设演绎推理即遵循猜想、假设、验证假设的步骤，物理学科中这类推理的题目主要考查物理原理，针对题目的结果进行假设或证明.控制变量推理重点围绕单变量问题战况分析，这一推理思想下，物理学科题目主要考查控制变量法的运用，通过多个变量一致进行求解^[2].

2 当前高中物理教材习题分析的现实意义

物理教材由多个部分组成，其中，习题分布在知识点之后，通过习题分析来检验知识教学情况、知识掌握情况.新课改视域下，高中物理教材的习题分析活动如火如荼地进行，物理教师一般在教材知识点讲解后，引导学生进行习题训练，帮助其深入理解知识，进一步巩固知识.习题分析时，物理教师贴近教材知识点，并紧密联系现实生活，以此提高物理教学有效性，达到学以致用的教学目的^[3].

3 科学推理视角下高中人教版物理必修1教材习题分析科学推理能力培养，是物理核心素养培养的关键.高中物理教师应充分借助习题教学来培养学生科学推理能力，以此促进学生均衡发展，并逐步深化高中物理教学改革.新课标视域下，围绕高中人教版物理必修1教材分析习题，深入挖掘习题中的科学推理元素，探索科学推理能力培养的有效路径.

3.1 习题统计与分析

从科学推理角度出发，高中人教版物理必修1教材的科学推理类习题主要分布在练习与应用部分、复习与提高部分.其中，练习与应用部分的习题形式为计算、简答、分析、填表，习题作用即知识巩固、知识应用；复习与提高部分习题形式为计算、讨论、作图、简答，其作用即复习强化、综合应用^[4].六类推理在各部分的占比不同，其中，概率推理的占比为0，比例推理的占比相对较高，其次是假设演绎推理以及控制变量推理.从教材的章视角来分析五类科学推理题目数量，比例推理题目主要分布在第四章，最多为20个；相关推理题目主要分布在第一章，最多为15个；守恒推理主要分布在第三章，最多为五个；假设演绎推理分布在第二章和第三章，最多为15个；控制变量推理主要分布在第四章，最多为五个.

假设演绎推理在高中人教版物理必修1教材的第二章复习与提高部分，以A组习题6为例，习题内容：已知一物体做初速度为0、加速度为a的匀加速直线运动.该物体在前1 s内、前2 s内、前3 s内的位移分别是x₁，x₂，x₂…在第1 s内、第2 s内、第3 s内的位移分别是xⅠ，xⅡ，xⅢ，…，在各个连续相等时间T内的位移分别是s₁，s₂，s₂，…，s_n，证明：x₁∶x₂∶x₂…=1∶4∶9∶…；xⅠ∶xⅡ∶xⅢ…=1∶3∶5∶…；Δs=s₂-s₁=s₃-s₂=…=s_n-s_n-1=aT².

A组习题6是典型的假设演义推理题，以高中物理学科的匀加速直线运动这一知识为切入点，以假设、验证假设与结论是否一致的步骤来考查匀变速直线运动公式.一般来说，多数高中生会机械记忆、硬性背诵，未真正掌握其中的物理原理，这并不符合物理新课程标准要求.科学推理视角下，高中物理教师要重点培养学生的推理思想，引导学生理解匀变速直线运动公式，灵活运用推理思想、推理方法对A组习题6的结果进行证明，根据物体以初速度0、加速度a做匀加速直线运动这一已知条件，列出与时间对应的位移公式，接下来借助比例约去相同项，所得到的比值与求证比值相一致.

3.2 基于习题锻炼科学推理能力的路径

3.2.1 做足课前准备工作

教师开展习题教学之前，首先要做好课前准备工作，即全面掌握教材内容、教学重（难）点，并充分了解班级学生情况.在此基础上针对习题分层，让班级学生在各层习题训练中提高科学推理能力，从整体上优化高中物理科学推理能力培养效果.人教版物理必修1教材面向学生进行基础知识巩固、综合技能训练，习题重点强化学生物理观念、拓展学生科学思维，这一版本教材具有基础性和普适性.教材习题教学能够契合新课标下物理核心素养培养目标.基于此，物理教师要细致掌握人教版物理必修1教材习题布设情况，了解习题考查方向，从中获知各层次习题的水平结构，使习题任务布置工作有的放矢，确保班级学生在习题解答中拓展物理思维、强化科学推理能力.人教版物理必修1教材的练习与应用部分的习题以基础知识扎实、基础知识应用为训练目的，复习与提高部分的习题则侧重知识点回顾、温习，并进一步引导学生提高综合运用能力.可以看出，兩部分习题的分工不同，物理教师要循序渐进完成习题教学任务，既要体现层次感，又要遵循学生的认知规律，让学生主动接受知识，调动其求知欲，使学生在科学推理能力提高中发挥能动性^[5].

3.2.2 整合习题资源

教材习题是基础知识的巩固，以及课内知识的外延，习题资源丰富程度反映出新课标下高中物理教学效果，并直接影响科学推理水平.基于此，物理教师要重视习题资源优整，为学生尽可能提供丰富的习题资源，让学生在习题训练中拓展思维，引导学生从多角度、多方面思考，探索适合的学习方式，从中锻炼思维能力和实践能力，这对于学生的个人发展和日后学习具有重要影响.人教版物理必修1教材习题练习中，教师要将习题功能最大化，利用互联网信息平台搜集更多习题，让学生通过多类型习题解答进一步发展科学推理能力.一般来说，习题资源生活化提取与应用，能够激发学生的学习热情，并能加强理论与实践间的联系.对此，物理教师要合理设置生活化情境，为习题教学提供良好条件，其中，必修1教材中力和运动的习题教学要紧密联系具体情境，如登月探测器发射、载人飞船发射、清洁能源供电等，科学技术不断进步，社会持续发展.高中生通过学习这类习题，逐渐强化科技强国意识，联系到个人，学生的学习动力强劲，学习目标明确.习题考查的过程中，物理教师从知识内化、知识应用、科学推理能力强化等多角度考查，客观了解习题教学效果，掌握学生在习题训练中的优缺点，为接下来习题教学策略调整提供依据，确保科学推理能力提升工作常态化开展.

3.2.3 注重推理过程

高中物理科学推理能力的培养不是一蹴而就的，需要物理教师高度重视习题教学，并在习题教学期间渗透学科素养，引导学生运用科学推理思想及方法分析问题、解答问题，久而久之，强化学生的科学推理能力.例如，高中人教版物理必修1教材的第二章复习与提高部分的A组习题4教学中，教师引导学生根据图中分力方向、分力夹角等信息，以及题干信息进行推导.物理教师先让学生观察图中力的情况，使其结合题目自主思考，探究式学习，推导过程中锻炼学生的科学推理能力.图中F₁、F₂两个分力共同作用，提起装水的桶，学生解题时，经思考得知，F₁+F₂=桶重，拉力与桶之间夹角变化，则拉力大小随之改变，但桶的重力一定，这其中蕴含了守恒思想，实则考查守恒推理.夹角变化导致拉力改变，基于比例式表达，则考查比例推理.习题解答过程：假设两人手臂间的夹角为θ，设桶+水的质量为m，并设F₁=F₂=F，基于平衡条件运用2Fcosθ/2=mg公式，θ与F之间成正比例关系，所以推导得出结论为：两人手臂夹角越小，越省力.为加深学生对物理习题的记忆，实现学以致用教学目的，教师在课堂上准备水桶和水，让同桌的两个人为一组，按照图示动手提水，使其体验手臂夹角变化，感受提桶力度的大小情况.

3.2.4 创新习题教学模式

要想基于物理习题取得科学推理能力培养的良好效果，物理教师应与时俱进创新教学模式，以此提高教学效率、优化教学质量，促进学生物理核心素养大幅提升.其中，组间协作学习模式在习题教学中应用，这不仅能够增强高中生的主体地位和，还能增进师生间、生生间的友谊，使组内成员在习题讨论中形成科学探究意识.同时，通过组员智慧碰撞实现取长补短，从整体上提高认知水平、锻炼推理能力.仍以高中人教版物理必修1教材的第二章复习与提高部分的A组习题4为例，教师为班级学生提供充足讨论时间，让学生围绕“两人手臂间夹角大小与省力情况”展开分析，组内成员结合经验，并借助物理知识，猜想、计算、实践体验，最终推导出结论.

综上所述，高中物理教学改革期间，物理教师应重视培养学生科学推理能力，基于习题教学培养学生科学推理理念，锻炼学生综合能力，促进学生全面发展.物理教师还应做足课前准备工作、整合习题资源、注重推理过程、创新习题教学模式，以此优化科学推理能力的培养效果.

参考文献：

[1]王雨萌，王震.演绎推理在高中物理教学中的应用[J].数理化学习（高一二版），2022（10）：43-46.

[2]徐学.高中物理生态课堂理念下培养科学思维能力的探索：以弹簧连接体仿真实验培养为例[J].物理教师，2020，41（6）：20-23，28.

[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（高中版），2022，40（6）：24-29.

[4]许月仙，袁海泉.人教版高中物理新教材（必修部分）习题设置特征分析[J].物理通报，2020（7）：124-129.

[5]曹振邦.学科核心素养下高中物理教材习题分析[J].现代职业教育，2020（6）：122-123.

[责任编辑：李 璟]