邓彪 初中物理新教材习题设计的艺术性与课堂教学的有效性研究

此文发《中国教师》2018年3月

初中物理新教材习题设计的艺术性与课堂教学的有效性研究 

湖北省巴东县茶店子镇民族初级中学     邓彪       邮编：444315

     习题作为教材的重要组成部分,与正文内容紧密相关、互相依存,既是正文内容的延伸,也是体现课程目标和编者意图的重要组成部分。 对学生来说,合适的习题还能拓展学生的知识面,激发学生的学习兴趣,并帮助学生进行自我检测,让学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面都有较大的收获。对教师来讲,习题既可以作为教学内容的有机组成部分,又可以帮助教师检查教学效果,得到反馈信息。在研究新课程背景下的教材时,当前关注较多的是教材正文的编排,往往忽视了对教材习题编制的研究。2012年至2013年,人民教育出版社物理室陆续出版了新课程的修订版教材(八年级上、八年级下、九年级全一册)。本文在分析这套教材习题特点的基础上,从习题编制的角度提出几点思考,供教师们参考。

      一、习题的选择优中选精,具有基础性

    义务教育阶段的物理课程应该体现启蒙性、基础性,提供一些必备的知识,培养对学生终身发展有益的技能与思维习惯。现代汉语词典对习题的解释是,“教学上供练习用的题目”,而对“练习”的解释则是“反复学习,以求熟练”。从这两层意义上讲,习题的基本功能应该包括巩固知识、训练技能。正如著名的物理学家、诺贝尔奖获得者R.P.费曼所说的,“我想,我们能够更好地帮助学生的一个办法是,多花一些精力去编纂一批能够阐明讲课中的某些概念的习题,习题能够充实课堂讲授,使讲过的概念更加实际,更加完整和更加易于牢记。” 受教材篇幅和学时的限制,课后的习题不能也没必要太多。这次的修订版教材在习题设计时就定下了一个原则“节后的每道习题均与正文中的小标题对应”,这样就基本达到了重点覆盖、又无冗余的目的。按照这个原则,每节的习题总数均在4道左右,题量适中。例如,八年级上册第一章的“第1节长度和时间的测量”正文中共有4个小标题,分别是“长度的单位”、“长度··的测量”、“时间的测量”、“误差”,而在该节后编者共安排了4道习题,每道习题均与其中的小标题所包含的内容相对应。要在有限题目中体现本课的重点内容,并起到巩固、检测等多重功能,就一定要重点关注习题的基础性、针对性,优中选精。只有这样的题目,才能高效地引导学生自我检测,并帮助教师诊断教学设计的过程,达到查漏补缺、优化教学的目的。例1:分别以火车头、车厢的座椅、树木、房屋为参照物,说一说行驶列车行李架上的物品相对于哪些是静止的,相对于哪些是运动的。例2:一位同学沿水平方向用75N的力推箱子,请在图中画出这个力的示意图(图略)。例3:关于比热容,下列说法中正确的是()A.比热容跟物体吸收或放出的热量有关B.物体的质量越大,它的比热容越大C.比热容是物质自身的性质,与质量、吸收或放出的热量均无关上面三个习题分别是八年级上、八年级下、九年级全一册中的习题。例1是学完“运动的描述”后,教材安排的第一道习题。要求学生在指定参照物的条件下,判断物体的运动和静止。突出本节的核心知识“会根据参照物说明机械运动的相对性”。例2是一道操作类的题目,要求学生会画力的示意图,同样是该节重点要求的内容,这项技能也是后续力学部分学习的基础。例3则是在学完比热容这节课后教材给出的一道选择题,针对学生对比热容概念的模糊认识,用来考查学生对基本概念的掌握程度。这些针对性强的题目可以帮助学生及时客观地发现自己知识上的优势和不足,促进学生在原有水平上的发展,为教师设计教学提供真实可靠的依据。这方面的问题多年来一直受到教材编者和教师的重视,研究很多,这里就不再赘述了。

    二、习题创设的情境联系实际,具有真实性

       物理概念和规律是人们对所观察到的物理现象、现象之间的联系通过分析综合建立起来的知识,这些知识都是客观事实、客观规律的真实反映。因此,物理习题所选取的情境素材必须真实可信。而这些源于实际的素材,本身就可以作为学习内容,给学生创设轻松、愉悦的学习氛围,激发其探究知识的欲望。此外,这样的习题因为立足于实际生活的需要,将物理与技术、环境等广泛联系起来,以社会热点作为背景,将学生的思维置于社会现实中,要求做出判断、提出建议,体现物理学科的实际应用价值和学科特点。例4:看电视转播的百米赛跑时,我们常常感觉运动员跑得很快,但实际上他们始终处于屏幕上。这是为什么?例5:北京南站到上海虹桥站的G11次高速列车运行时刻表(2011)如下表所示(表略)。根据列车运行时刻表回答下列问题:(1)列车由北京南站驶往上海虹桥站全程的平均速度是多少?(2)列车在哪个路段运行得最快?在哪个路段运行得最慢?例6:观察图所示的手电筒结构图。按键时,电路是怎么接通的?在图中画出电流流过的路径。另画出手电筒的电路图。例7:吐鲁番是全国有名的“火炉”,常年高温少雨,水贵如油。当地流行使用坎儿井,大大减少了输水过程中水的蒸发和渗漏。坎儿井由明渠、暗渠、竖井组成(图略)。暗渠即地下水道,是坎儿井的主体,宽约1.2m。井的深度因地势和地下水位高低不同而有深有浅,最深的井可达90 m以上,井内的水在夏季约比外界低5～10℃。请你分析一下坎儿井是如何减少水的蒸发的。例8:法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现了巨磁电阻(GMR)效应,荣获了2007年诺贝尔物理学奖。巨磁电阻效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象,这一发现大大提高了磁、电之间信号转换的灵敏度,从而引发了现代硬盘生产的一场革命。下图是说明巨磁电阻特性原理的示意图(图略),图中GMR是巨磁电阻。如果闭合S1、S2并使滑片P向左滑动,指示灯亮度会有什么变化?例9:全球汽车保有量在迅速增长,截至2011年,全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t,汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提··高1%,全球每年可以节约多少燃油?例4是在学习物体的运动和静止的相对性后,教材安排的一道题目。一般说来,学生习惯于以地面做参照物,显然在判断运动员的运动状态时,选择不同的参照物判断的结果不同。把这么一种司空见惯的现象以教材习题的形式呈现出来,无疑可以帮助学生掌握本节的知识,也破除了对相对性的神秘感。在学完速度之后,教材安排了例5这道习题。目前正值我国高速铁路大发展的时期,高速铁路的里程已居世界首位。读列车时刻表是生活中的一项基本技能,学生可以借助高铁时刻表认识时间与时刻的区别,再用所学知识还可以计算列车的平均速度,以加深对高速列车速度的感知。分析电路图一直是电学部分的重点、难点,是学生学习电学知识的基础。通过例7这个题目,把简单的实际电路与电路图联系起来,让学生通过练习,知道电流流过的路径,进而熟悉电路的结构,绘制电路图。例7、例8是在学生学完蒸发和磁现象后,教材分别安排的稍带综合性的两个题目。学生在解决这类问题时,不但有利于促进他们逐步学会把理论与实践相结合,提高在实际生活中提出问题、分析问题的能力。例9则结合当前全球性能源紧缺的现实问题,通过练习使学生认识到物理知识对提高人类生活质量和促进社会可持续发展的重要作用,进而生动、活泼地展开学习活动,使他们在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观方面都能得到有益的发展。真实性的习题素材取自生活和生产实际,从学生周围的自然现象、社会现象入手,既可以综合性地考查不同类型的知识,还能引导学生自觉地应用所学的操作技能与物理规律去解决实际问题,真正把新课程所倡导的“从生活走向物理,从物理走向社会”理念通过习题的训练逐步落到实处,为学生日后解决复杂的问题奠定基础。

       三、注重解题策略的探究性,培养学生的探究能力

      中学生思维灵活,对身边的自然现象有天生的好奇心,并十分愿意展示自己的能力,愿意用已有知识去解决一些有挑战性的问题。设计一些探究性强的题目,既可以考查学生的基础知识与基本技能,还可以考查学生的科学探究能力。此外,在编制习题时,还应充分考虑初中学生的认知特点和课业负担,既要培养学生的探究能力,也不能要求过高,过于求全。教材的习题应该在关键处设一些支点,必要时作适当的引导或提示。让学生通过探究既培养了能力,又有成就感,激发进一步探究的兴趣。例10:小强用弹簧拉力器锻炼身体,刚拉开时没感到太费力,可是两手拉开的距离越大,就感到越费力。这是什么原因?例11:图是牵牛花花茎的照片(图略)。观察自然界中不同缠绕植物的茎,它们的缠绕方向和生长方向有什么关系?这跟螺线管中电流的方向与其北极方向的关系是否相同?对于不同的植物,这种关系都一样吗?例12:在做“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中,有的同学提出滑动摩擦力的大小与接触面积有关。如果要做这项研究,你认为应该如何设计这个实验?例13:如图(图略),容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,橡皮膜两侧压强不同时其形状为一凹面。它可以用来做“探究液体压强是否跟深度、液体密度有关”的实验。(1)若要检验“在同种液体中液体压强跟深度有关”这一结论,应该怎样实验?说出实验步骤和应该看到的现象。(2)若要检验“在深度相同时液体压强跟密度有关”这一结论,应该怎样实验?说出实验步骤和应该看到的现象。例14:在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中,分别对导体电阻跟它的长度、横截面积、材料有关的猜想进行了实验检验。某实验小组准备实验时对每一个猜想都用三个实验数据进行对比,下表中给出了可供选择的几种导体(表略),分别用A—G七个字母代表。请你按改组的要求选用。(1)为检验“导体电阻跟长度有关”的猜想,应选用哪三种导体?(2)为检验“导体电阻跟横截面积有关”的猜想,应选用哪三种导体?··(3)为检验“导体电阻跟材料有关”的猜想,应选用哪三种导体?说出你选用的理由。使用拉力器时,两手拉开的距离越大,人就会感到越来越费力。这种现象对于没学过物理的学生的第一认识往往是“人累了,没劲了,所以才感到越来越费力”。例10把这个现象通过习题展示出来,激发学生去思考。让学生认识到,这么一个常见的现象中原来还蕴藏着物理问题。例11是通过展示生活中的现象,进而引导学生探究不同现象间的联系。这些问题都比较简单,但如果没有通过习题进行点拨,学生难免会熟视无睹。通过这样的习题设计,既可以激发学生学习兴趣,又可以帮助学生学会从生活中找到问题,提高“提出问题”的能力,进而去探究其中的奥秘。例12则是由题目提出探究的问题,考查学生“设计实验和进行实验”的能力。例13则由题目给出实验方案,主要考查学生“进行实验和收集证据”的能力。例14通过给出实验方案,让学生进行评估,并通过“说出你选择的理由”的方式考查“对实验方案所进行的评估”。通过这道题可以考查学生能否合理地选择探究的方案、以及选择需要的器材。从这些例子可以看出,题目所考查的内容并非限于基本知识,其主要目的在于考查学生的科学探究能力与水平。另外,教材也充分考虑了教学实际,并不要求一个题目就能完成对科学探究各项能力的考查,而是“少量留空,适当引导”,不让学生觉得过于繁难,难以应付。通过这样的系统化设计,相信能让学生练有所得,最终全面提高他们的科学探究能力。

     四、关注习题内容的开放性,培养学生的创新能力

      物理新课程特别强调评价方式要促进学生的全面发展,关注学生的个体差异,以激发学生内在发展的动力,帮助学生认识自我、建立自信,发展自己的潜能。完成教材中的习题无疑是重要的评价方式之一。在设计习题时,我们着力编写了一些开放性的习题,不要求学生追求唯一正确的答案,而是尽量让学生在解决这类问题的过程中,根据自身的已有知识从不同的视角搜索问题空间,寻找不同的方法去分析问题和解决问题,使每个学生都能在自己已有的基础上得到发展,有所收获。例15:以“声的利用”为关键词,查询有关资料,写出有关声利用的几个事例。例16:收集人类探索宇宙历程的资料,自拟题目,就你喜欢的相关问题写一篇科学小短文。例17:提高热机的效率具有哪些积极意义?请你列出一个回答问题的提纲,不必展开陈述。例18:如果上课时教室内的摩擦力突然消失10s,我们身边的情境将会发生哪些变化?描述两个可能出现的场景。例19:能源的使用,不过是一种形式的能转化为另一种形式的能而已,自然界的能量是守恒的,它既不能创生,也不会消灭。既然如此,那为什么还要节约能源呢?类似例15—17这样的习题,有的不限定收集资料的途径、不限定题目或不限定作品的形式,充分发挥学生的想象力,培养学生的发散性思维和创新精神。而类似例18、例19这样的题目,可以保证不同的学生总能从自身的知识结构、生活经历、感兴趣的领域,找到解决问题的出发点,得到不同程度的发展。由于学生的知识水平和能力的差异,同样的题目对不同的学生来说开放程度是不同的。鉴于目前初中物理教学实际和大多数学生的能力水平,教材特别注意问题与学生能力水平、心理特点、教学实际等相匹配,以防开放性过强、过多给教学带来负面影响。

       从这几个习题也可以看出,它们并不是漫无边际,让学生无所适从、无从下手。而是各有侧重与各有所指。有的仅需列举几个事例或一个问题的提纲,有的则可能是要写一篇限定主题的小短文。多年的实践使我们认识到,答案唯一的问题不利于培养学生的创新能力。我们的目的是将开放性的习题以实验研究、科普习作、设计制作、交流讨论、调查走访等“活动型”方式呈现给学生,在不追求答案唯一性的前提下,适当控制问题的开放程度,充分体现解决方法和途径的多样性,以形式多样的活动来培养学生的创新精神,并提高他们的创新能力。··结语既然习题是教材正文内容的延伸,教材的习题设计也需要全盘考虑。既需要考虑习题在本节的作用和地位,还要考虑它在本章的作用和地位,甚至全书知识之间的关系。例如,在学完二力平衡后,教材安排了一道习题:“质量40kg的小船静止在水面上,它除了受到重力之外,还受到另一个力的作用,这个力的大小等于多少?方向如何?试着画出小船受力的示意图。”实际上,学生此时并未学习浮力的知识,而这个题目也不是考查学生对浮力的认识,只是想让学生借助对二力平衡知识的学习,通过受力分析知道“既然小船静止在水面上,必然受到的力是平衡力。重力是已知的,那肯定有一个力与之平衡。”这样处理后,自然会给学生埋下一颗新知的种子。待学到浮力时,就会与此处的习题相呼应,达到融会贯通的目的。再如,习题结构的层次化可以满足不同学生的需要,体现因材施教的原则。在习题的难度设计上需充分考虑学生认知水平的差异性,按照习题类型、难易程度给出不同的层次。[3]限于篇幅和减负的考虑,教材后面的习题数量是有限的。因此,仅在课后习题这块做文章,还是略显不足。为解决这个矛盾,我们在教材的正文中设置了一些栏目,如“想想做做”、“想想议议”等,并适当增加课后习题的开放性,希望通过这种系统的设计,尽量体现习题的层次性。不合适的习题不但会破坏教材设计的意图,也是对教学的干扰,必然会影响对新课程理念的认识。

     《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出:“测验能确定学生当前对知识的掌握情况,反映出学生能力发展的水平及存在的问题等。它能有效地指导学生以后的学习,为教师改进和调整教学提供依据。……使用纸笔测验时不仅要重视对'知识与技能’的考查,而且应积极探索对'过程与方法’、'情感态度与价值观’的考查。应加强试题的实践性、探究性和开放性,引导学生关心生产、生活中的物理现象,关注社会和科技的进步,保持学生学习物理的兴趣与热情”。