高中物理概念性习题设置研究

2012-08-16石明宇

物理通报 2012年8期

金晶张磊冯哲石明宇

（山东师范大学物理与电子科学学院山东济南 250014）

李国栋

（淄博临淄区高阳中学山东淄博 255432）

中学生解物理习题时，常常只顾求解答案，不重视对概念的理解，遇到新情境时，只能套用公式，不能融会贯通.归根结底，是学生没有掌握物理知识的本质.合理地使用概念性习题，可促进学生对物理知识本质的掌握，培养学生良好的学习习惯.本文通过对比美国和我国选用率最高、最具代表性［1］的两套教科书——美国的《物理：原理与问题》［2］（以下简称《原理与问题》）和我国现行人教版的《普通高中课程标准实验教科书·物理》［3］（必修1，2和选修3，以下简称人教版《物理》）的习题编排，研究概念性习题的设计、设置和作用，为我国概念性习题的编排设置提供借鉴.

1 概念性习题的概念界定

1.1 概念性习题的定义

概念性习题（文中概念性习题皆指高中物理概念性习题）是相对于以问题解决为目的的习题来定义的.其界定为能揭示物理知识本质属性，不涉及数学定量计算，只是对概念的理解或应用，不需要多次转换和转化才能得出答案的，以促进学生理解和掌握概念为目的的一系列习题.概念不只包括物理概念，还指物理规律、定律、原理等.如根据数据直接作图或者根据图像直接读图，属于对图像概念的检验.

1.2 概念性习题的分类

为了清晰地表达出概念性习题的含义，文中将两套教材有关运动学（《原理与问题》中第二、三章，人教版《物理》中必修1的第一、二章）的习题进行了统计（表1），并将概念性习题进行如下分类.

（1）直接根据概念求结果

运用相关概念直接判断或解答，不要求详细阐述.根据布卢姆将认知目标按认知过程维度的分类，要求学生对概念的掌握达到记忆水平.如表1中，人教版《物理》例1，只需学生能够判断出是属于“位移”还是“路程”，不用解释说明；《原理与问题》例4，只需学生根据所给情境做出位移－时间图像，不需说明过程.

（2）由结果论原因

判断题目情境呈现的结果正确与否，答题过程中要求对概念的内容和内涵进行复述，对概念进行深入的辨别.根据布卢姆将认知目标按认知过程维度的分类，要求学生对概念的掌握达到理解、运用、分析或评价中的任意一个水平.如表1中，人教版《物理》例2，学生需根据题目情境进行判断，分析是否符合加速度的特征，再做出正确的举例；《原理与问题》例5，呈现了两个位移矢量的不同的结果，学生要对位置矢量概念的形成过程进行分析，才能得出正确结论.

（3）兼具以上两者特点的混合型

既要求学生根据概念得出正确的结论，又要求解释说明.根据布卢姆将认知目标按认知过程维度的分类，要求学生对概念达到理解、运用、分析或评价甚至创造中的任意一个水平.

可以看出，第一类概念性习题更为注重结果，第二类更加注重过程，第三类两者兼具.每一类概念性习题要求学习者达到的认知目标不一样，从第一类到第三类渐次加深.

表1 两套教材运动学概念性习题的设置及举例

1.3 两套教材概念性习题编制的相同点和不同点

（1）从表1可见，两套教材对概念题的编制，都注重将概念纳入实际情境，联系实际提出问题.人教版《物理》倾向于将创设的情境直接描述出来，而《原理与问题》创设的情境则更具体，更具有操作性.如例4和例5所创设的情境呈现了概念的形成过程，且操作性较强，直观形象，更符合学生的思维水平.

（2）从各类概念性习题的数量来看，《原理与问题》每类题都有一定的数量，第一类最多，第二、三类较少.人教版《物理》则大部分为第一类，第二、三类很少甚至没有.

2 概念性习题的设计编制

通过上述分析，针对我国概念性习题设计存在的不足，结合学生学习的特点，文中对概念性习题的编制提出以下建议.

（1）创设贴近学生生活的简单、具有操作性的情境.情境通俗、具体且反映出概念的形成过程，学生才容易理解，容易将物理与实际联系起来.概念性知识属于陈述性知识，其教学策略之一就是要吸引学生的注意力［4］.创设直观、形象的情境，更容易吸引学生，引起学生情感上的共鸣，而记住与个人某种感受有联系的词比无感情色彩的词要容易得多［5］，因此，创设简单情境更能发挥概念性习题的作用，也更易于学生的记忆.同时，形象的情境，利于学生建立物理形象，促进学生形象思维的发展.对比表1的例子可以看出，情境更具操作性的题目，能更好地引导学生理解概念.

（2）从概念的定义、对象、范围和特例等方面设定题目，呈现概念的具体形成过程，体现操作性；着重学生较难理解的概念的特性和易忽略的方面，以概念习题的形式呈现，帮助学生辨别理解，减少解题时出错的概率.如位置矢量，学生易忽略原点的选取和方向的相对性，《原理与问题》例5通过位置矢量的形成过程设定情境，形象、直观且利于学生理解.

3 两套教材的习题设置

3.1 两套教材习题位置和栏目设置简介

《原理与问题》的习题包含5个栏目即知识点后设有“练一练”，部分知识点后有“挑战性问题”（每章有一题），每节后有“本节复习题”，每章后有“测评”和“标准化测试”.

人教版《物理》的习题为每小节之后有“问题与练习”，未设章后总复习题.

两套教材习题位置和数量如表2.

表2 两套教材习题位置及数量

3.2 两套教材各栏目习题简介

（1）《原理与问题》的“练一练”、“本节复习题”主要包括问题解决型和概念性习题；“挑战性习题”为问题解决型习题；“标准化测试”要求学生计时测试，因此本文未将其列入讨论范围；“测评”为每章后的总习题，题量最大，分类明显，分为绘制概念图、理解概念、应用概念、问题解决、复习提高、理性思维、科技写作、日积月累8个子栏目，题量如表3所示.

表3 “测评”各子栏目习题数量及所占比例

表3中，绘制概念图即绘制本章各概念、规律等相关的思维导图；理解概念、应用概念是有关概念分析的习题，以使学生掌握概念为目的；问题解决、复习提高是需要计算的习题，以训练学生解决问题为目的；理性思维集应用型、分析型等问题解决型习题于一身；科技写作即根据一个物理主题收集资料进行写作；日积月累编排的是已学过章节的问题解决型习题.

（2）人教版《物理》的“问题与练习”是教材专门的习题栏目，包含各类型的习题，无分类设置，不同章节的题型不固定，平均每个小节后有3～4道题.

3.3 两套教材概念性习题设置的异同

（1）两套教材都很重视概念性习题的设置.表4是两套教材所有习题中概念性习题的数量情况，两套教材概念性习题的比重都超过了.

表4 两套教材概念性习题数量

续表

（2）两套教材概念性习题设置不同.首先，《原理与问题》每一个习题栏目都有概念性习题，还设有专门的概念性习题的子栏目，从表3可见，仅“测评”栏目中，设置了绘制概念图、理解概念、应用概念3个子栏目.人教版《物理》没有将习题分类，也未分栏目设置概念性习题，概念性习题在有些章节多，有些章节少.虽然人教版《物理》概念性习题占章节总习题的45.23%，但其总习题量为597题，仅是《原理与问题》的，可见，人教版《物理》概念性习题的数量实际很少.

4 设置概念性习题的作用

两套教材虽然设置概念性习题有所不同，但都非常重视概念性习题的运用，笔者认为因概念性习题有其独特的优点.

（1）概念性习题督促学生思考知识点的本质，有助于改善学生解题只重结果不重过程的现象.概念性习题不涉及计算，可以排除数学计算对学生思维的分散，专注于对概念的理解.学生在解决概念性习题（尤其是第二、三类概念性习题）的过程中，必然要对概念的涵义和形成过程进行深入探究，从而促进学生理解概念，改变学生为做题而做题的知其然而不知其所以然的状态.

（2）概念性习题有助于程序性知识的建立.概念性习题本质上是检验学生是否掌握陈述性知识的习题，通过完成概念性习题，能加深学生对陈述性知识的理解.而陈述性知识的获得是学习程序性知识的基础［6］，因此，概念性习题的设置能促进学生程序性知识的获得.

（3）概念性习题有助于培养学生学习物理的良好习惯和方式，促进学生自主学习.概念性习题不是只用公式就有可能正确解决的习题，学生必须通过思考概念的本质涵义来完成习题，即概念性习题可以从习题的编制上改变学生思维的惰性，培养其学习的积极性；同时，概念性习题涉及概念的各个方面，可以作为材料引导学生自主学习.

（4）概念性习题促进学生思维能力的良好发展.根据Ceci等提出的“知识－过程相互作用模型”，各种过程（编码、量化、抽象、视觉化等）在认知中进入各个知识领域（相关陈述性知识的总体）；而某一领域知识结构的精致化程度影响编码等微观过程的效率，反过来，它又制约思维和推理等宏观水平的行为［6］.即知识的掌握和认知过程是相互促进的，学生真正掌握了物理知识的内涵，能够促进学生智力的发展，促进其更好地解决物理问题.专门化知识越丰富，掌握得越牢固，专门记忆的质量也越高［4］，物理概念性知识掌握得越牢固，越有助于物理的学习.