基于核心素养视角的高中物理教学中抽象能力培养路径

郑福华

摘 要：文章立足核心素养视角，解读高中物理学科特点、培养抽象能力的意义；分析抽象能力中所涉及的核心素养要素，建立能力培养工作与核心素养的联系；最后结合人教版高中物理课例探究抽象能力培养路径，提出鼓勵自主学习亲历抽象过程、创设生活情境培养抽象能力、精讲典型习题传授抽象技巧、优化问题设计训练抽象能力、做好训练引导培养抽象自信、引导学生交流完善抽象技能。旨在有效培养抽象能力，提升学生物理核心素养水平。

关键词：核心素养；高中物理；抽象能力；培养路径

高中物理核心素养中多项内容在内涵解读中均提出“抽象概括”，实质则指向抽象能力培养。抽象能力是指对事物本质属性的分析、综合与比较，是能够把握事物本质特征的一种能力，良好的抽象能力对学生深层次剖析物理知识有着重要作用。而在核心素养视角下，抽象能力显得更加重要，能力水平的高度对多项核心素养要素水平的提升均有影响。因此，在高中物理课堂教学中，有必要将抽象能力培养作为灵魂，积极且有目标地推进培养工作，促进学生抽象能力有效发展。

一、高中物理学科的特点

高中物理学科教学采用与课程标准配套的教材，但在课程改革过程中，随着课程标准与教育体制改革，会根据其中的变化完善或调整教材，增加与时俱进的内容，使教材体系更加完善。这一举措使高中物理学科的知识体系更加系统、完整。但也使高中物理知识难度有所升级，目前的人教版物理教材中抽象性强、概括性强的理论、结论知识多，并大多需要通过实验推理。因此，与以往物理学习相比，实验增多、难度提升，在帮助学生化解理解难题时，也要帮助学生准确掌握物理知识，培养动手能力。

围绕上述特点展开分析，教材知识体系的系统性、完整性仅能简单地体现在知识具有一定进阶性、联系性上，对于知识体系的整体把握还需要学生在学习中抽象、概括、总结。而物理实验是一个通过猜想、设计、实验、推理获得结论的过程，本质上是以客观现象推理抽象理论的过程。由此可以看出，学科特点引领下的物理学习均与学生“抽象能力”联系密切。

二、高中物理教学中培养学生抽象能力的意义

高中物理与初中物理相比，延伸与拓展范围大，内容更加复杂，使难度与深度均提升一大截，具有良好的抽象能力，才能使学生顺利深入高中物理更深层次探索、分析。因此，培养抽象能力在高中物理教学中发挥着提高学习质量、影响学生未来发展的作用。

一方面，高中阶段教学速度明显加快，学生难以适应物理学习难度、节奏的转变，学习进度逐渐落后，物理很快成为学习中的短板，随之而来的畏难情绪、抵触心理，将使物理教学难度越来越大。而抽象能力既是学生课堂上学习物理的必备技能，也是日常自主学习物理的必备技能，其水平不仅代表学习与素养水平的提升，更代表着学生能否学会数学。因此，掌握抽象能力，学生才能够自主探索、探究物理知识，更好地满足学习需要，预防上述问题的出现。

另一方面，自新一轮课程改革以来，对高中物理教学也有了新要求，明确单纯传授物理知识的教学方法不可取，对教学目标也做出调整，要让学生学会学习，发展学生学科核心素养，即能够满足适应社会与终身发展需求的关键能力、必备品格。而具备抽象能力，不仅对物理学科学习有益，也对学生其他科目学习有利，能够促进物理学科在宏观层面达成核心素养培养目标，更有效发挥学科育人价值。

三、物理学科抽象能力中涉及的核心素养要素

（一）物理概念

物理概念是培养物理观念的载体，而物理观念是指学生基于物理学视角抽象物质、运动与相互作用、能量等基础知识，提炼与升华为概念、规律，作为应用物理知识的基础。而在学习高中物理概念性知识时，抽象能力是必须具备的，学生要从物质与运动的外在表现入手，借助矢量观念体会其中的等效替代概念，掌握分析自然界的四种思维方法，抽象物理定律，并准确地运用于分析物理问题、解决问题当中。

（二）科学思维

科学思维是指学生能够基于物理视角把握客观事物本质属性、内在规律以及相互关系，需要以经验事实为基础，构建物理模型，完成抽象概括，其中涉及抽象能力的三个重要组成部分，即综合、比较、分析，并要求在此基础上做出推理、质疑、批判、创造[1]。因此，科学思维的发展也以抽象能力为基础，在力学图示、牛顿第一/第二定律、惯性参考系等定理推论过程中，教师均可以有意识地训练学生抽象能力，概括、批判、创新理解，加深知识学习。

（三）科学探究

科学探究是指学生能够基于物理视角，通过观察与实验提出问题、猜想、假设，完成实验，处理信息，获得证据，得出结论，并为上述过程做出解释。在科学探究过程中，虽然更侧重考查物理与现实生活相结合的知识能力与实验探究能力，但问题、证据、解释等诸多要素的实践均以抽象能力为基础。从高中物理的核心实验中，如验证机械能量守恒、平行四边形定则、用单摆测重力加速度等，均可以证实[2]。

四、核心素养视角下高中物理教学中抽象能力培养路径

（一）鼓励自主学习，亲历抽象过程

教学过程中将学习自主权归还于学生，引导学生深入探究、认真学习、准确理解，经历概念的形成，是形成与发展抽象能力的基础。因此，教师应采取以下策略，在学生自主学习前，围绕教学内容详细列出自主学习任务清单，明确学习目标，要求学生追本溯源，并非盲目记忆、硬性记忆理论性知识；引导学生认真领会推导过程，抽象推导步骤，形成系统的推导思维，对在复杂物理情境中抽象出概括性、总结性的物理结论有所思考。同时，围绕学习内容设计具有逻辑性、引导性、启发性的问题，使学生思考抽象、概括、总结过程中需要注意的细节问题，优化抽象物理理论的思路，以便实现深度学习，为利用理论解决物理实际问题做好准备。

例如：在人教版必修第一册“速度变化快慢的描述——加速度”教学中，鼓励学生自主学习，抽象出加速度概念。从基本学情来看，学生在之前的学习中了解了速度，推导加速度概念过程中，需要先指导速度变化量，通过速度与速度变化量之间的关系继续探索，引出加速度概念，掌握如何描述速度变化快慢[3]。因此，设计如下任务与问题。

任务一：1.根据“博尔特参加百米比赛”视频，分析比赛过程中博尔特跑步速度变化，思考如何从物理视角描述速度变化快慢，并联系生活中其他直线运动中的变速直线运动现象，让学生进一步感受速度在变化，引出物理量“速度变化量”，继而探究速度变化量的含义、表达式、标矢性。2.给出案例：汽车在公路上行驶时做变速直线运动，初始速度为v1、末速度为v2，求汽车从10m/s加速至20m/s时、刹车后速度从10m/s降低至2m/s时的速度变化量？列车以100m/s速度高速行驶时速度变化量？继续深入思考，物体位置变化过程中如何定量表示位移？3.思考下列问题，完整总结关于速度变化量的知识。速度大是否决定速度变化量一定大？速度小是否决定速度变化量一定小？速度与速度变化量一定相同吗？

任务二：1.根据实例合作探究加速度定义。比较小汽车从启动至速度达到30m/s所需20s时间、摩托车从启动至速度达到40m/s所需20s时间、火车从启动至速度达到30m/s所需500s时间，哪种情况下速度变化快或变化慢？通过揭示速度变化与时间之间的关系定义加速度。2.分析百米比赛中博尔特是不是所有选手中速度变化最快的？梳理a与△v、△t之间的关系，探索变化率的含义。

两项任务围绕学习内容设计，并配合设计了诸多小问题，引导学生思考，不断加深探索，总结出关键概念。在完成任务中，学生领会推导过程，发现想要知道加速度，需要先扫清其他知识盲点，厘清物理量之间的关系，从而吸取一定经验，初步形成抽象思路与能力。

（二）创设生活情境，培养抽象能力

抽象能力培养过程中，教师需要创设合适的情境，激发学生抽象意识，促成抽象知识行为发生。而生活情境是学生所经历或熟悉的，与其他类型情境相比，学生面对生活化学习情境时心理负担更小。

例如：在人教版必修第二册“机械能守恒定律”教学中，在探究守恒量以及动能与势能相互转化后，利用多媒体设备演示生活中两种情境，其一为以第一视角完整感受坐过山车，体验不考虑轨道阻力与空气阻力情况下，过山车在失去外部动力下从高处飞奔而下。其二为在光滑水平台面上，左侧固定弹簧，水平方向上，弹簧前端位置固定一个金属小球，先压缩弹簧至一定位置并记录，静止状态下释放小球，记录弹簧恢复原长时小球位置。要求学生在两个情境中识别物理问题。通过情境一，学生识别出应利用守恒量、动能、势能相关知识解决过山车受哪些力的作用？这些力做了哪些功？过山车功能与势能发生怎样的变化？动能与势能的和是否发生变化？等问题。通过情境二，学生识别出应解决运动过程中小球能量变化？分析机械能是否守恒？是否存在守恒量？弹簧与小球谁的机械能守恒？等问题。梳理中学生渐渐体会到，需要通过两个情境更深入地分析机械能之间如何转化，并挖掘其中的定量关系。

在此基础上，学生为解答上述问题，利用光滑曲线斜坡与金属小球还原情境一，记录起点与下降到另一位置的速度，分析其中重力做的功；并利用弹簧与金属小球直接还原情境二，测试压缩与释放后小球位置及其变化，分析其中弹力做的功。从中发现重力做功或弹力做功的物体系统中，确实存在动能与势能相互转化情况，并存在总机械能不变情况。

利用生活中形象的情境抽象物理问题、物理模型，推导物理定律，使物理抽象的体验更加完整，学生通过深层分析，找到动能、势能转化过程中存在的特殊关系，明确机械守恒的原理，有效发展了抽象能力。

（三）精讲典型习题，传授抽象技巧

教学中以配套的习题巩固知识时，选择具有典型性的题目，可以使学生再次经历抽象探究的过程，将抽象技巧传授于学生，使学习更加灵活，能够举一反三。具体来讲，筛选习题由教师完成，并向学生展示习题内容，组织学生按照物理思维逻辑全面、清晰把握题目，与知识点对应，探索解决问题方法。最后引导学生做好知识总结，与学生共同揣摩抽象过程，展开深度交流，点拨启示，使学生习得抽象技巧。

例如：在人教版必修第三册“闭合电路的欧姆定律”教学中，围绕“路端电压与负载关系”知识点出示习题：在火警报警电路中共设置了三个传感器，R1在干路上，与R2串联；R2位于电流表旁，与R3并联；R3与电流表、R2并联。其中R3为特殊材料制成的传感器，电阻会随着温度升高而增大。消防值班室内安装电流表显示器，在电源两极之间连接报警器，当R3识别火情后，显示器上电流（I）与报警器两端电压（U）会出现什么变化？

解决题目中，要求学生先通过抽象的语言描述构建出电路图，直观分析传感器、报警器、电极、显示器等组成元素之间的关系。明晰电路结构后，分析局部电阻出现的变化，当R3处识别到火情表示温度升高，此时外电路的电阻值也会增大，而电阻增大会导致故障电路两端电压增大，转换后则可以发现为U增大，导致干路电压小，从而可以判断R1电压减小，在构成U的两个量中R2两端的电压值增大，根据闭合电路欧姆定律，R3处报警时I与U均会变大。

形成完整答案后，带领学生回顾解题过程，总结题目类型，这是一道闭合电路中局部电阻变化引起分电压、电流变化的题目，具有典型性与代表性。可以抽象出分析与解决这类问题的基本思路：明晰电路结构→确定局部电阻变化→分析总电阻变化→分析各路端电压变化→分析各部分電压与电流变化。

（四）优化问题设计，训练抽象能力

抽象能力是在不断地探究与应用物理知识中形成的，但针对单一知识点采用常规习题训练过程中，由于方法套路一致，学生容易形成思维定式。因此，围绕一个知识点，教师应创新设计问题，有针对性地训练学生抽象能力，使学生完全吃透知识点，无论如何变形，均能直击知识本质，准确抽象、概括知识。

例如：在人教版高二选择性必修第一册“动量守恒定律”教学中，利用两道常规习题使学生感受了应用动量守恒定律解决物理问题过程，并在具有逻辑的探究中总结出动量守恒定律的应用方法。但两道题目中并未体现知识的联系性，因此，设计变式，拓展学生思考范围。

在光滑水平面上有两辆小车，之间采用弹簧连接，两手同时抓住小车，压缩弹簧到极限状态，待小车处于静止状态时，将两辆小车与弹簧看作一个系统。判断下列说法中正确的是（  ）

A.两手同时放开小车，系统总动量始终为0

B.先放开左侧小车，再放开右侧，动量不守恒

C.先放开左侧小车，再放开右侧，总动量向左

D.无论何时放手，两手放开弹簧恢复原长期间系统总动量保持不变，但并不一定为0

引导运用所学知识分析，按照选项的顺序，先分析两手同时放开后的情况，水平方向上无其他外力作用，只有弹簧的弹力，可以判断系统动量守恒，总动量为0。按照先放左手再放右手的顺序放开小车，两手对系统都无作用力后的一段时间内也是动量守恒的；而放开左手后，整个系统在右手的作用下，会产生向左的冲量，即表示有向左的动量，因此，放开右手后，动量守恒，总动量为0。在题目中无论两手何时放开，只要满足两手都放开则满足动量守恒条件，总动量均是不变的，但先后放开情况下两手都放开后的总动量等于放开最后一只手后的系统总动量，不为0。

从分析过程中来看，题目的核心是考查动量守恒定律及其应用，但题目存在陷阱，其描述多，看似讨论了物体系统全过程力的变化，如果在综合复习环节出现该题目，学生很容易混淆动量守恒定律与牛顿运动定律，使思考复杂化。因此，利用题目比较两个知识点，抽象出动量守恒定律仅涉及物体系统始末两种状态，但牛顿运动定律涉及整个过程的力，只关注物体系统运动始末时，不涉及运动过程中力的大小、方向变化时，应采用动量守恒定律知识解决问题。

（五）做好训练引导，培养抽象自信

培养抽象能力过程中利用实际问题展开训练是常态，而随着训练难度的提升，不能保证学生不出现错误或始终顺利解决问题，教师应关注学生情绪变化，给予正确引导，指导学生依靠自己或团队的力量克服难题。一方面，教师要给予学生充足思考与探究的时间，能够让学生大胆尝试，不断建立物理量与知识点之间的联系，清晰地梳理复杂题目条件的关系，找到破题关键点。另一方面，也要拉近与学生的距离，走下讲台，融入学生的探究中，作为一个旁听者或指导者，在合适时机点拨学生，使学生认识到问题所在，突破思维局限，从而在不断的训练中形成自信，更加大胆地利用抽象能力解决问题，初步形成创新萌芽。

例如：在人教版选择性必修第二册《电磁感应》单元教学结束后，训练中给出这样一道题目：健身中的单车，在骑行过程中，安装在车内的传感器可以将轮盘速度值与人体所消耗的能量转化为电信号，呈现在车头位置的显示屏上。给出单车工作原理图，分别从车轮边缘与中心引出导线。在匀强磁场感应强度为2T时、方向与轮盘垂直时、轮盘半径为0.25m时、不考虑轮盘与导线电阻时、骑行中轮盘边缘线速度大小为8m/s时，比较引出导线端点电势高低。题目形式较为新颖，对学生是一大考验，需要学生在生活情境中抽象出物理问题，并要在单元知识体系中寻找与之对应的知识点，才能找到解题突破口。

为此，组织小组讨论，给予学生充足时间分析、思考，其间教师应观察学生的状态，发现有小组学生始终眉头紧锁时，走下讲台，深入小组了解情况，可以发现学生困难的点在于尝试从不同知识视角展开思考，但未能准确对应知识点。该情况的出现主要与学生知识理解不透彻、心急等原因有关，教师应做出点拨，如“转动的轮盘适用左手定则还是右手定则判断呢？”点拨过后，学生如醍醐灌顶，迅速破题，并发现题目简单，还需要全面、准确、灵活把握知识才能快速解题，因此，逐步消除前期解题困难中出现的消极情绪，对后续学习也有了期待。

（六）引导学生交流，完善抽象技能

轻松、活泼的氛围更适宜抽象能力发展，因此，教师应激活高中物理课堂，鼓励学生积极交流、深度交流，彼此补充抽象能力发展中的不足，提高能力水平。其中教师应让学生认识到交流是一个互换智慧的重要过程，对能力发展十分重要，应树立正确交流意识。同时，为学生交流创造机会，可以在课堂专门预留出时间，也可以在课下利用线上学习平台与工具引导学生交流经验，促成取长补短。

例如：在人教版选择性必修第三册“气体的等容变化”教学结束后，在课堂上预留出解决一道题目的时间，使学生围绕典型例题交流。题目中表示想要测试充有一定质量理想气体的球形容器的压强，采用容器下端接U形管水银压强计方式测定，给出大气压强值、气体温度值，求解压强计测定结果以及温度升高后气体压强的变化。题目后附带括号，内容为“假设压强计细管的容积很小，球形容器的热膨也很小，可以不考虑”。让全班学生一起观察题目，分析破题的关键条件，期间学生自由发言，可以随时表达自己的想法。很快有学生提出题目考查查理定律的应用，可以请学生讲解破题思路，其认为题目的关键条件是括号内容，应作为假设条件运用，即假设题目情境所发生的是气体等容变化；借着该名学生的思路，也有学生提出此类题目不宜深究状态变化过程，否则思路容易出现偏差。

此番交流过程中，给予诸多学生较大的启示，以往很多学生忽视题目附加条件，使解题变得更加复杂。交流过后认识到当题目中明确要求不做考虑时，直接考虑最常规情况，套用公式、定理等知识解题，习得抽象经验，感受了假设法的应用。

结束语

物理学科抽象能力中蕴含着丰富的核心素养要素，能力培养过程中应坚定核心素养培养视角。因此，高中物理教师应认真分析物理学科特点，明确抽象能力培養的意义，基于抽象能力中体现的核心素养要素与之建立正确联系，保证能力培养有明确方向，从而寻求科学路径，将抽象能力的发展与教学活动有机融合，持续提高抽象能力水平，推动学科核心素养发展。

参考文献

[1]徐晓纯.高中物理教学中培养学生抽象思维能力的策略研究[J].数理天地（高中版），2022（24）：63-65.

[2]何水强.浅谈高中物理教学中如何提高学生的抽象思维能力[J].广西物理，2022，43（4）：228-230.

[3]乔璐.提升问题驱动教学  培养学生核心素养：核心素养下高中物理问题驱动式教学实践[J].数理天地（高中版），2022（4）：77-79.