淺談基于“三位一體”的物理試卷講評課

孫鵬偉

(西安交大二附中，陜西 西安 710061)

學習不是為了考試,但考試是為了更好地學習,考試后對試卷的講評是為了更有效的學習.在高三的備課復習中,不僅考試的頻次比較高,而且考練與講評常常占用了比較多課堂教學時間,對于有限的課堂教學時間,有效的講評就尤為重要.如何有效講評試卷?其中以“問題化學習”方式設計試卷講評課,即根據學生答卷情況,圍繞試題中所涉及的物理知識、物理方法、物理思想、物理觀念設計“以學生問題為起點、以學科問題為基礎、以教師問題為引導”的三位一體系列有效問題,開展有效的試卷講評,實現對所考查知識的再次建構與能力的提高,提高備考復習的效率與效益.

1 以學生問題為起點,解決答卷中顯性與隱性問題

1.1 源自學生答卷中顯性的問題

根據學生答卷情況,依據試題雙向細目表,從對基礎知識認知、理解、掌握、應用等方面查找大多數學生所存在的問題;依據物理學科特點,從物理方法、思想、觀念及科學思維等方面查找大多數學生所存在的問題.例如,在曲線運動的章節檢測中學生錯誤率比較高的一道試題如下.

(B) 水平恒力作用2t時間,物體速度大小為v0.

根據試題學生的答卷主要存在以下問題:

(1) 基礎知識認知問題.不清楚當物體受到水平恒力的作用且運動為先減速到最小速度(最小速度不為0),然后又加速的運動一定是曲線運動.

(2) 基本規律理解問題.沒有理解對于變速運動當物體速度有最小值時,合外力的方向一定和速度方向垂直,因此不能準確判斷物體的運動是曲線運動且開始合外力的方向和速度方向之間夾角為鈍角.

(3) 建構模型問題.即物體的運動是類斜上拋運動模型.水平恒力等效為重力,當初速度大小方向一定時,運動的最小速度(即水平方向分速度)和物體重力(合外力)大小無關.

(5) 建立物理思想問題.即對稱性思想.類斜上拋運動在運動過程中其速度大小在時間和空間上都表現為對稱性,由運動的對稱性可知,初速度為v0,經過ts速度為最小值,再經過ts速度大小又變為v0.

圖1

(6) 形成物理觀念問題.即運動的觀念,也就是運動的時空觀.即(A)、(C)選項分別應用動量定理和動能定理求解.

上述問題的解決就能夠建構如圖1所示的運動模型,問題自然得到解決.

1.2 源自學生答卷中隱性的問題

學生做對的試題其求解分析、推理演繹等解答過程往往都是一致的,但做錯的試題其錯誤的原因是多種多樣的.教師在進行講評課的準備環節,必須分析學生做錯試題的背后隱性的問題,尤其關注因為基本概念不清、規律理解不到位、物理思想方法沒有建立及物理觀念缺失等問題而導致的錯誤.

圖2

(1) 若彈簧的勁度系數為k,求輕桿開始移動時,彈簧的壓縮量x.

(2) 為使這裝置安全工作,允許該小車撞擊的最大速度vm.

(3) 討論在裝置安全工作時,該小車彈回速度v′與撞擊速度v的關系.

該題從2012年高考中出現后的至今5年中,筆者分別在不同學校的高三年級第一輪復習后做過測試,在學生事先做過或教師講過的情況下,時隔一段時間后再次出現,多數學生仍不能思路順暢地正確分析解答,甚至逢考必錯.究其原因,關鍵問題如下.

(1) 建構模型意識缺失.沒有認識到“輕質彈簧與輕桿”是“輕質模型”問題.

(2) 對輕質模型的理解不到位.不知道“輕質”因為其質量m=0,無論輕桿如何運動,根據牛頓運動定律其合外力始終為0.

(3) 基本概念不清.輕桿在每次運動過程中因沿運動方向所受到的“滑動摩擦力”不變,根據(2)結論得到,輕桿在每次運動過程中彈簧的彈力不變且相同,即彈簧的壓縮量保持不變且都相同.

(4) 能量守恒的觀念缺失.小車撞擊彈簧并使輕桿運動,每次撞擊轉化的彈性勢能都相同,根據能量守恒得小車每次被彈回時的速度都相同.

2 以學科問題為基礎,建構以學科教育為目標的系列化問題

完整意義的物理教育應當包括物理知識教育、物理方法教育、物理思想教育、物理觀念教育與物理精神教育.[1]因此,對于物理學科的試卷講評課,以物理學科問題為基礎,就是從物理學科教育出發,依據考題雙向細目表查找在建構物理知識方面存在的問題,依據學生答卷情況查找在物理方法及物理思想的建立中存在的問題,依據所考查的章節知識查找在建立物理觀念方面存在的問題.通過對試卷的評講,必須使學生在應用中掌握方法、形成思想及建立觀念.

圖3

(A)v1>v2,W1>W2.

(B)v1=v2,W1>W2.

(C)v1

(D)v1=v2,W1=W2.

圖4 圖5

例4.(2016年江蘇高考題)如圖6所示,傾角為α的斜面A被固定在水平面上,細線的一端固定于墻面,另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連,B靜止在斜面上.滑輪左側的細線水平,右側的細線與斜面平行.A、B的質量均為m.撤去固定A的裝置后,A、B均做直線運動.不計一切摩擦,重力加速度為g.求:

圖6

(1)A固定不動時,A對B支持力的大小N;

(2)A滑動的位移為x時,B的位移大小s;

(3)A滑動的位移為x時的速度大小vx.

依據學生試卷所表現的思維不順暢、關系不明確甚至不會做等問題,指導學生從物理方法、思想、觀念切入,建構物理模型.

(1) 建立物理觀念.

① 時空觀念.畫運動幾何圖尋找兩個運動過程的空間關系.

② 相互作用觀念.根據兩個物體間的相互作用尋找其他物理量的關系.

③ 守恒觀念.從能量守恒觀念尋找兩個物體能量的關系.

(2) 形成物理思想.

① 等效思想.B斜向下的運動等效為沿水平方向與豎直方向的兩個分運動.

② 能量守恒思想.A、B整體滿足能量守恒,B減少的重力勢能轉化為A、B運動的動能.

圖7

(3) 掌握物理方法.

① 建構連接體模型的位移關系.如圖7所示,有

② 建構連接體模型的速度微元關系.

③ 應用機械能守恒建立等量關系.

通過上述的問題引導和講評,建立學科觀念、形成學科思想、掌握學科方法.

3 以教師問題為引導,建構發展學生能力及提高思維品質的問題

就題講題的講評那是糾錯,對于知識綜合性強、思維靈活性要求高等難度較大試題,教師還應根據試題再設計以發展學生思維能力為主的試題,例如,設計多題一解的橫向拓展、探究一題多解的縱向挖掘,培養學生的發散思維能力,提高學生的思維品質.若回眸近幾年全國課標卷高考試題的第25題,自2013年至2017年連續5年的試題都表現為一題多解.例如2013年課標卷Ⅰ第25題的第(2)問如下.

圖8

例5.如圖8,兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為θ,間距為L.導軌上端接有一平行板電容器,電容為C.導軌處于勻強磁場中,磁感應強度大小為B,方向垂直于導軌平面.在導軌上放置一質量為m的金屬棒,棒可沿導軌下滑,且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸.已知金屬棒與導軌之間的動摩擦因數為μ,重力加速度大小為g.忽略所有電阻.讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑,求金屬棒的速度大小隨時間變化的關系.

解法1.根據物理微元法思想.

設在Δt內導體速度變化Δv,導體兩端電壓變化ΔU,電容器兩板電荷量增加ΔQ,根據Δv=aΔt，ΔU=BLΔv，ΔQ=CΔU=BCLΔv，可得

根據牛頓運動定律，有

mgsinθ-μmgcosθ-B2L2Ca=ma，

解法2.根據物理時空觀念.

根據動量定理得

(mgsinθ-μmgcosθ-BIL)Δt=mΔv.

由Q=IΔt=CΔU，ΔU=BLΔv，代入上式得

(mgsinθ-μmgcosθ)Δt-B2L2CΔv=mΔv，

解法3.根據能量守恒觀念.

設導體下滑s位移時,瞬時速度為v,則電容器兩板電壓U=BLv,電容器充電儲存的能量為

根據能量守恒得

點評:解法1中,導體變速運動,微元法切入,思維從“時間微元”向其他“物理微元”輻射;解法2中,從運動觀念的時空觀切入,思維從動量定理的“線”指向安培力沖量的“點”;解法3中,依據能量守恒觀念,使思維呈現“立體狀”發散,由表及里逐一撥開,最終指向與公式v2=2as的對比.[2]

1 邢紅軍,張抗抗.論物理思想的教育價值及其啟示[J].教育科學研究,2016(8):61-68.

2 孫鵬偉.探析近四年高考“壓軸題”的變化[J].中學物理教學參考,2016(11):65-67.