基于物理思維能力培養的“題鏈”設計

孫慶成

摘 要：在專題教學中把培養和提高學生物理思維能力作為主要抓手，圍繞精心挑選的壓軸題，按照學生認知水平和規律設計“題鏈”，使學生在解答“題鏈”的過程中逐步培養其物理思維，以提升物理思維能力來提升物理學業成績.

關鍵詞：物理思維；能力；“題鏈”；設計

《義務教育物理課程標準》（2011年版）指出：義務教育物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程.此階段的物理課程應注意讓學生經歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題和解決問題的能力.隨著新課改的推進，對學生思維能力的考查逐漸成為中考的主要方向，因此在中考復習階段加強對學生物理思維能力的培養和提高顯得尤為重要.

在當前初中物理教學實踐中，到了中考二輪專題復習階段和最后的綜合模擬沖刺階段，常常會出現兩個問題：1.許多教師擔心學生在中考中遇到沒做過的類型，到處收集所謂的好題、難題、壓軸題，通過鋪天蓋地多做題來達到“增加學生見識”和“熟能生巧”的目的，“寧可做過不可錯過”，以求“最好能在考試中碰到平時做過的題目”.在平時的一些考試中，由于命題者的精力和水平限制，試卷中陳題較多，“廣撒網”甚至押題確實有一定的效果，使一些 “嘗到甜頭”的教師誤以為這是教學成功的捷徑，更加迷信“題海戰術”.然而在中考中，能夠拉分的壓軸題都是命題組精心原創的新題，這種“廣種薄收”的方法幾乎沒有效果，反而大大加重了學生的負擔，做了許多無用功.2.在習題課上，教師通常會挑選一些往年中考“壓軸題”、“好題”作為例題評講，或者作為練習讓學生先做再課堂評析.這時會發現，由于題目難度過大，大多數學生都是“似懂非懂”，有的甚至“一竅不通”.即便是有些能聽懂的學生只要把題目改變一下往往又會做錯，為什么？因為，這是假懂.學生覺得題目難，本質上是因為他們的思維能力沒有達到這個水平，教師的評講只是把這種解答方法強加于學生（灌輸），就像冬天有些體質差的人得了重感冒去醫院掛水，表面上經過治療病好了，但是體質沒改善，下次照樣容易生病.同樣的道理，培養和提高學生的物理思維能力才是解決問題的根本.

筆者認為，要想“減負增效”只有在教學中把培養和提高學生物理思維能力作為主要抓手，圍繞精心挑選的壓軸題，按照學生認知水平和規律設計“題鏈”，使學生在解答“題鏈”的過程中逐步培養其物理思維，以提升物理思維能力來提升物理學業成績（以高能得高分）.現以2016年鎮江市物理中考最后一道壓軸題為例，談一談如何“基于物理思維能力培養”進行“題鏈”的設計.

1 精心挑選“題核”

“題核”是指整個“題鏈”的核心，也就是通過這個“題鏈”的教與學，需要培養學生哪些物理思維能力？它的載體就是教師所精心挑選的“壓軸題”、“好題”.

（2016鎮江）張老師向同學們展示了一只具有高、低溫兩擋調節功能的自制電加熱器，并告知其內部電路由電阻絲R1、R2和開關S1三個元件組成，兩根電阻絲允許通過的最大電流均為1A，R1=10Ω.在不拆解加熱器的情況下，小軍用圖1電路對其進行探究：他先閉合S2，電流表的示數為0.24A；再閉合S1，電流表的示數變為0.84A，所用電源電壓為6V.

（1）電阻絲R2的阻值為Ω；

（2）若電源電壓可調，閉合S1和S2后，為保證電路安全，求此電加熱器允許消耗的最大電功率；

（3）張老師指導小軍僅利用原有元件對該電加熱器的內部電路進行改裝，要求改裝后的電加熱器須同時滿足下列兩個條件：

①具備高、低溫兩擋調節功能；

②在6V電源電壓下，用高溫擋給0.1kg的水加熱14min，可使水溫升高7.2℃.設電加熱器消耗的電能全部轉化為水的內能.請在圖2虛線框中畫出內部改裝電路圖，并通過計算說明.

2 要“剖題”

“剖題”就是教師把“壓軸題”進行剖析.“剖題”分為兩步：首先是解題，教師要以學生的角度認真審題和解答，在解題過程中尋找題目的難點所在，這也是學生思維能力不足之處.如上題的第（1）問，根據閱卷的情況來看學生的解法大致分為三種：

①由U=6V，I=0.24A可得此時電路等效電阻R=25Ω>R1，此時R有兩種可能：R=R1+R2，或R=R2；再由I′=0.84A可得此時電路等效電阻R′=7.14Ω

②首先由兩個電阻絲想到共有四種接入電路的方法：兩者串聯、并聯、單獨接入R1或R2，再由題意計算得到R=25Ω>R1和R′=7.14Ω

③由I=0.24A和I′=0.84A可得△I=0.6A，恰好單獨接入R1時I1=0.6A，可以猜想：第一次是單獨接入R2，第二次是兩者并聯，進一步計算檢驗后確定猜想正確，可得R2=25Ω.

上題的第（2）問，首先根據電阻允許最大電流值1A，求出電源最大電壓上題的第（3）問，先求出教師在完成解題后，要揣摩學生為什么會這樣做？他是怎樣想到這樣的解法的？不會做的同學是卡在哪里？怎樣可以突破這個難點？

然后是“模擬命題”，教師要模擬命題者的思維，思考命題者為什么會這樣出題？在過去的同類題中通常是告知電壓、電阻值和電路圖，然后求解不同檔位的電功率.這樣的題目比比皆是，老師、學生都習以為常，形成思維定勢——好像電熱器就只能這樣考.但這道題就反過來，告知電源電壓、電流值和一個電阻，要求推理出電路連接情況.一正一反，結果這道題的中考得分率很低，說明多數學生的分析、推理、排除、計算能力還有欠缺，這些就是讓學生通過做這道題來培養和提升的思維能力，也就是“題核”.

3 設置“題頭”

“題頭”就是整個“題鏈”的開頭、起點.在確定“題核”后要根據學生現有的思維能力水平，選擇一個大多數學生能“上手”的同類題目作為“題頭”，從而引入整個“題鏈”的學習.如上題可以選擇一個兩檔加熱器作為“題頭”，見下：

如圖4，電源電壓為6V，電熱絲R1=10Ω，R2=15Ω.求：

（1）當S斷開時，電流表的示數和R2的發熱功率；

（2）當S閉合時，電流表的示數和電路的總功率；

4 搭好“題階”

在設置好“題頭”之后，根據“題核”與“題頭”的思維跨度大小，在兩者之間再穿插進若干個同類題作為“題階”，從而組成完整的“題鏈”，實現低起點、多臺階、高能力.如本“題鏈”就可以設置如下的“題階”：

“題階”1 如圖5是一種電熱水龍頭的電路簡圖.扇形開關S同時接觸兩個相鄰觸點，撥動S，控制流出的水為冷水、溫水或熱水.已知R1、R2是電熱絲，R2=55Ω，溫水檔的電功率是2.2kW.

（1）電熱絲R1的阻值.

（2）電熱絲R2工作時，R2消耗的電功率.

（3）S旋到熱水檔工作1h，電路消耗的電能.

“題階”2 如圖6所示，是某種飲水機的電路圖.飲水機上有“加熱”和“保溫”兩個擋位.（1）開關S接哪一檔（“1”或“2”）時為保溫檔，并說明理由.（2）在額定電壓下飲水機在“加熱”和“保溫”時，電路消耗的功率分別為500W、22W.求R1和R2的電阻.（不考慮溫度對電阻阻值的影響）（3）該飲水機額定電壓下“加熱”200s，剛好使0.8kg的水從65℃加熱到90℃，求飲水機“加熱”時的效率.

“題階”3 下表1為某電烤箱銘牌的部分參數（其中高溫檔的額定功率模糊不清），其簡化電路如圖7所示，R1、R2均為電熱絲（電阻不隨溫度變化），求：該電烤箱

（1）在低溫檔正常工作時的電流；

（2）中溫檔正常工作5min消耗的電能；

（3）在高溫檔正常工作時的額定功率.

“題階”4 把兩個分別標有“6V 6W”和“9V 5.4W”的燈泡（設燈絲電阻均不變）串聯后接到電源上，要使兩燈都不被損壞，則電源的最大電壓應為V，此時電路最大功率為W；若并聯到電源上，要使兩燈都不被損壞，則干路的最大電流應為A. 此時電路最大功率為W.

“題階”1的設計意圖是：在“題頭”的基礎上進一步練習“并聯/單獨接入”兩檔加熱類的計算；“題階”2的設計意圖是：練習“串聯/單獨接入”兩檔加熱類的計算，同時也練習了“加熱效率問題”；“題階”3的設計意圖是：將三檔綜合在一起加以練習，培養學生的綜合分析和推理能力，為解決“壓軸題”第（1）問和第（3）做準備；“題階”4的設計意圖是：練習串聯和并聯電路的“安全問題”，為解決“壓軸題”第（2）問做準備.

“題鏈”設計完成后，在實際教學中，要“先做后評”，盡可能放手讓學生互疑、互評、互助.教師要引導學生思考：如何審題？（你得到哪些信息？）；如何由現象找出物理本質？（你是怎樣思考的？這是哪種類型的題目？）；如何運用物理規律解決實際問題？（你打算用什么方法解決？有沒有更好的方法？）；同一類題有什么共同的方法？（通用的解法是什么？易混淆的題目有什么區別？）；如果你是命題者你將如何創新設計一個新題？（此類問題可能會發生怎樣的改變？改變后又怎樣解決？）.只有讓學生真正成為學習的主人，才能在“題鏈”的學習中不斷培養和提升自己的物理思維能力，實現對該類型問題的深度學習，最終實現高能高分.

參考文獻：

[1] 張德才.用物理問題培養學生的思維素養[J].中學物理教學參考，2016，16，60-61.

[2] 郭芳俠，郭雨，“最近發展區”理論對物理習題教學的啟示[J].湖南中學物理，2015，08，67-70.