浅析新课标下高中物理习题教学中培养学生的核心素养

黄小燕

【摘要】结合高中新课标新教材物理必修一《相互作用力》这一章习题课的教学实践，引导学生对问题进行分析和推理，提高学生解决综合性物理问题的能力，培养学生的物理学科核心素养。

【关键词】物理习题教学;相互作用力;核心素养

高中物理课程是自然科学领域的一门基础课程，新课标旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。笔者通过对2019年人教版新教材物理必修一第三章《相互作用力》的习题课进行教学实践，浅谈如何引导学生对综合性物理问题进行分析和推理，让学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，培养学生的物理学科核心素养。在习题教学中，如何培养学生的物理学科核心素养，分为以下几个方面。

一、引导学生对物理问题要有物理观念

高一学生普遍认为，物理比较抽象难学。如，由于对物体受力分析不够熟练，在一个物体受到多个力的情况下，作出受力图后又不懂得用什么方法分析，没能理清解题思路。笔者在习题课教学中就告诉学生，对物理问题要有物理观念。“物理观念”是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识;是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华;是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。高中物理课程要求促进学生物理学科核心素养的养成，首先就要培养学生形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等。笔者在讲练习题前会通过复习相关知识点来作好铺垫，例如，《相互作用力》这一章有关重力、弹力和摩擦力的大小和方向，共点力平衡状态、平衡条件等。因此，笔者先让学生熟记这些物理观念，然后再运用物理知识解决问题，从而为习题类型分析及讲评作铺垫。

二、从解题方法中发展学生的“科学思维”

“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式;是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用。为促进学生的学科核心素养的养成和发展，高中物理课程要培养学生能运用科学思维方法进行推理和论证的能力、能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新的能力。在《相互作用力》这一章的习题中，需要运用力的合成与分解法、正交分解法来分析多个物体的受力情况。这时可通过整体法或隔离法，使物理问题变繁为简，变难为易，从而培养学生的科学思维，通过分析、推理和质疑，从不同角度思考解决问题。

三、在解题过程中提高学生“科学探究”的能力

“科学探究”是指基于物理问题形成猜想和假设、能使用不同方法和手段获取和分析处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行反思的能力。例如，在《相互作用力》这章习题解题过程中，在判断弹力与摩擦力有无时可以通过条件判断或猜想假设法等方法进行探究，在分析物体动态平衡中受力情况时可通过作图分析探究得出结论并作出解释。解完题后要归纳总结解题过程的思路。这样，在出现同种类型题目时也能熟练解答。通过反思解题过程，提高“科学探究”的能力。

四、学以致用，培养学生的“科学态度与责任感”

“科学态度与责任感”是指在认识科学本质，认识科学、技术、社会、环境关系的基础上，逐步形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。物理知识来源于生活与生产，在解答习题中又将结果应用于生活与生产。这样学以致用，可以培养学生的社会责任感。例如，《相互作用力》这一章有一道习题，要求空调支架两条梁的作用力，解得结果为斜梁作用力比横梁大些，那么斜梁就要采用质量好些的材料，以保证空调在支架上的稳固，确保安全。这就是通过解答习题让学生感受解物理问题的实际作用，教导学生运用科学思想的成果去造福人类，保护环境、节约资源，促进社会的可持续发展。

实例：习题讲解前复习《相互作用力》相关物理观念：杆的弹力、共点力平衡状态、平衡条件;解析方法，如：力的合成法、正交分解法。

典型题目：必修一第76页B组第2题。一台空调外机用两个三角形支架固定在外墙上（如图所示），空调外机的重心恰好在支架横梁和斜梁的连接点0的上方，重力大小为200N。横梁AO水平，斜梁BO跟横梁的夹角为37°，Sin37°=0.6.（1）横梁对0点的拉力沿OA方向，斜梁对O点的压力沿BO方向，这两个力各有多大？（2）如果把斜梁加长一点，仍保持连接点0的位置不变，横梁仍然水平，这时横梁和斜梁对O点的作用力大小将如何变化？

这道习题是生活中的实例，空调机放置在铁架上，问题（1）：求支架横梁和斜梁的作用力。这是有关杆构成支架的共点力平衡问题。首先，笔者设置了几个问题让学生思考，引导学生理解题目。①选取什么为研究对象？②研究对象受到什么力？③选用什么方法分析问题？

要找准研究对象。学生容易误认为选取重物为研究对象，这时需要分析O点是三个力的连接点，该点的平衡能反映出整个装置的平衡，所以选O点为研究对象。求两条杆的拉力压力，首先要正确画出这两个弹力的方向，同时画出O点受到空调竖直向下的压力，支架受三个共点力处于静止平衡状态。选用什么方法分析可以由学生选择解答，三个共点力处于平衡状态，可以采用力的合成法，其中两个力的合力一定与第三个力大小相等，方向相反，利用三角函数几何关系便可以求解。其中，有两个力互相垂直，可以选用正交分解法，建立直角坐标系，对不在坐标轴上的力进行分解，根据共点力平衡条件列出平衡方程求解。问题（1）解答过程详见下面两图。

以上是通过合成法和正交分解法求解得到的相同结果，培养学生从不同角度思考解决问题的科学思维能力。

问题（2）斜梁加长，O点不变，横梁和斜梁的作用力将如何变化？这个问题如何探究？让学生试着在受力分析图上分析，O点不变，斜梁变长时，斜梁与横梁间夹角如何变化？通过作图可以知道夹角变大，而空调压着O点的压力不变。再根据合成法或正交分解法分析力的变化。这个画图分析的探究过程可以培养学生处理信息、得出结论并作出解释的能力（两种方法详见下面两图）。

为培养学生总结、归纳的能力，笔者让学生重述解题过程，明白解题思路，总结整个探究过程。求解共点力平衡问题的思路，第1步：确定研究对象。第2步：分析研究对象运动状态，物体静止处于平衡状态，合力为零。第3步：对研究對象受力分析。第4步：选用方法分析问题。第5步：列方程推导，求解并讨论分析。

为培养学生对解题结果进行反思的能力，笔者对这道题目补充相关问题，让学生思考：从节省材料和安全角度看，对空调支架可以怎样设计？从题目中算出横梁比斜梁作用力小，那么和横梁相比，斜梁可以用价格便宜韧性低些的材料，节省材料费用。设计斜梁与横梁的夹角大些可以让支架承受更重的物体，保证空调在支架上的稳固，确保安全。这样让学生通过解答习题后能够学以致用，进而追求科技创新，又培养了学生的科学态度与责任感。

这道题考查了生活实际中杆的作用力和共点力平衡问题，让学生明白物理与生活息息相关，培养学生观察生活现象、运用不同科学方法解决问题的能力，提高学生解决综合性物理问题的能力，并能通过探究反思解题结果，学以致用。这样的解题过程，通过引导学生对问题进行分析和推理，让学生经历思考、探究和总结的过程，将原本较为枯燥的解题过程变为不断思索和探究的过程，从而有效地降低解题难度。同时，让学生在解题的过程中获得知识、提升和发展能力，促进人才培养模式的转变，着力发展学生的核心素养，彰显物理学科的育人价值。

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].人民教育出版社，2021.

责任编辑  陈  洋