利用一題多解提升物理核心素養(yǎng)

錢嘉

摘 要： 課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生需要通過物理的學(xué)習(xí)將物理學(xué)科的品質(zhì)內(nèi)化，本文通過同一個物理問題蹦極為例，結(jié)合采用極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法這些物理思維方法靈活解決該問題，以此培養(yǎng)科學(xué)思維，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞： 物理核心素養(yǎng);科學(xué)思維;一題多解

物理教學(xué)過程中教師通常很重視對物理解題的訓(xùn)練，這樣有利于知識的傳輸和強(qiáng)化，但是題海戰(zhàn)往往浮于形式.課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生需要通過物理的學(xué)習(xí)將物理學(xué)科的品質(zhì)內(nèi)化，素養(yǎng)的培養(yǎng)需要靠經(jīng)歷、體驗(yàn)、領(lǐng)悟、升華一系列的過程.物理解題教學(xué)過程中教師需要重點(diǎn)考慮如下問題：（1）單純的解題能否有效的提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？（2）如何評價學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得到了切實(shí)的提高？筆者認(rèn)為一題多解可以通過對同一問題進(jìn)行分析，舉一反三，拓展學(xué)生的科學(xué)思維，可以切實(shí)的提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).接下來以一中考題為引例列舉極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法在該題中的應(yīng)用.

1 試題與分析

如圖1所示，小明在做模擬“蹦極”的小實(shí)驗(yàn)，一根橡皮筋一端系一個小石塊，另一端固定在A點(diǎn)，B點(diǎn)是橡皮筋不系小石塊自然下垂時下端所在的位置，C點(diǎn)是小石塊A從A點(diǎn)自由釋放后所能達(dá)到的最低點(diǎn)，關(guān)于小石塊從A點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)動過程的說法，正確的是（ ）

A.小石塊減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能

B.從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，小石塊受到重力和彈力的作用

C.從B點(diǎn)下落到C點(diǎn)的過程中，小石塊的速度先增大后減小

D.小石塊在C點(diǎn)時，受到平衡力的作用

該題的主要矛盾是解決學(xué)生的前概念（物體受到阻力必然會減速），對力和運(yùn)動的關(guān)系沒有做出應(yīng)該有的推理和分析.蹦極模型是初中力學(xué)中起到承上啟下的一個重要模型，從力學(xué)角度看，蹦極的力是變力;從能量角度看，彈性繩是個能量儲存的元件，能很好地考查考生的分析綜合能力.既是對力和運(yùn)動關(guān)系的總結(jié)，又對高中的彈簧模型起到很好的鋪墊作用.

2 一題多解的具體方法

2.1 極限法

用極限的思想解決該題目，將看似復(fù)雜的問題放到極端條件下去分析，問題變的非常簡單.教師設(shè)問假設(shè)真實(shí)蹦極用的彈性繩是用來捆扎物體的橡皮筋是否可行，能依靠這樣的橡皮筋減速嗎？學(xué)生立馬回答不可行，不可行的原因是蹦極的人所受重力遠(yuǎn)大于橡皮筋能提供的最大拉力，這就打破了學(xué)生認(rèn)為有阻力就一定會減速的固有思維.

這時候再追問蹦極時需不需要限重呢？若蹦極時物體的重力遠(yuǎn)超彈性繩能承受的最大拉力，也就是物體所受的合力必然向下，與運(yùn)動方向一致，物體即使受到彈性繩拉力仍然向下加速運(yùn)動.通過極限法能很好的引發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生才能繼續(xù)在物理的視角下對現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行深層分析.

2.2 賦值法

當(dāng)物理問題對學(xué)生進(jìn)行物理規(guī)律的考查時可以選用賦值法，這時候選擇特殊值解題顯得尤為簡單，由于特殊值也符合一般規(guī)律，可以更直觀的有效分析物理過程.假定小石塊所受重力為10N，若彈性繩的最大彈性限度為3N，那么物體雖然受到彈力但合力仍然是向下的，物體肯定會先加速下落;假設(shè)彈性繩的最大彈性限度為30N，那么物體最終肯定會受到阻力減速.但是由于彈力是隨著彈性繩伸長量增大而增加的，必然一開始彈力小于重力.這種方法能很快的突破學(xué)生當(dāng)物體受到阻力時減速的思維定式.

2.3 圖像法

該方法是數(shù)形結(jié)合的一種思想方法.用圖像來描述物理過程，顯得更加形象與直觀.基于彈性限度內(nèi)彈性繩伸長量與外力成正比和重力與質(zhì)量成正比可以畫出石塊所受重力和彈力與彈性繩伸長量的圖像，如圖2所示.

圖像直觀的顯示了受力可以分成三個階段.第一階段通過點(diǎn)a和點(diǎn)b分析，此時重力大于彈力，運(yùn)動方向和合力方向一致，物體向下加速;第二階段c點(diǎn)重力等于彈力速度最快;第三階段通過點(diǎn)d和點(diǎn)e分析，彈力大于重力，運(yùn)動方向和合力方向相反，物體向下減速.

2.4 轉(zhuǎn)換法

很多不易觀察的物理過程或難以直接測量的物理量在效果相同的前提下，轉(zhuǎn)換成直觀的現(xiàn)象或易測量的物理量就是轉(zhuǎn)換法的核心思想.

圖3是蘇科版教材中在水平地面上鋪一張紙，將皮球表面涂黑，使皮球從不同高度處自由下落，在紙上留下黑色圓斑A、B.將落地瞬間動能大小轉(zhuǎn)換成圓斑.

利用轉(zhuǎn)換法同樣可以顯示出蹦極下落的速度變化. 表1為自制的蹦極速度變化演示器和具體的實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果，器材有彈性繩、鐵球、復(fù)寫紙、白紙、鐵架臺、塑料擋板、鐵架臺、鐵圈.

（1）在彈性繩自然長度位置固定鐵圈，并標(biāo)記A位置.

（2）將小球從起始位置釋放，通過復(fù)寫紙?jiān)诎准埳系挠『埏@示出下落到A位置速度

（3）找到小球重力和彈力平衡位置，固定鐵圈標(biāo)記B位置.

（4）將小球從同一起始位置釋放，在白紙上的印痕標(biāo)記為B

（5）比較A，B印痕大小可以看出B印痕大說明小球下落到B點(diǎn)的速度大于A點(diǎn)

3 漸進(jìn)發(fā)展，逐步提升核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)的提升是通過接受物理教學(xué)的過程中逐步提升的，不是一蹴而就的.同樣物理問題的解決也不可能一步到位，應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，漸進(jìn)發(fā)展，一步步提高學(xué)生的核心素養(yǎng).

以該題為例，在課標(biāo)科學(xué)內(nèi)容的劃分上可以歸類在“運(yùn)動和相互作用”中，學(xué)生通過物體的受力情況可以分析出物體的運(yùn)動狀態(tài)，但剛接觸物理不久的學(xué)生在“科學(xué)思維”上模型建構(gòu)、科學(xué)推理的能力只是剛剛培養(yǎng)，要理解該模型存在較大的難度.若一開始就將所有的解題方法一股腦兒的交給學(xué)生，妄想著一下子就將問題解決，學(xué)生不僅不能理解，物理思維得不到切實(shí)的培養(yǎng)，沒辦法很好的內(nèi)化該物理知識.

基于核心素養(yǎng)發(fā)展的連續(xù)性，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了能量的概念后再來分析該題目就會得心應(yīng)手.通過物理的學(xué)習(xí)學(xué)生的建模能力和推理分析能力得到了進(jìn)一步的提高.小球所受重力和彈力的做功過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.彈性繩彈性勢能的獲得都是通過一開始小球的重力勢能轉(zhuǎn)化來的，最低點(diǎn)時彈性繩獲得的彈性勢能最大，小球具有的機(jī)械能最小，也能對小球的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析.這時候基于剛形成的能量觀念再對小球的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，物理觀念能得到進(jìn)一步的深化.

一題多解不是刻意的必須選用不同的方法解決同一個題目，而是通過同一個物理問題，對比極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法這些物理思維方法的優(yōu)劣，能使學(xué)生的科學(xué)思維得到進(jìn)一步的培養(yǎng).科學(xué)知識固然重要，但科學(xué)方法的領(lǐng)悟和科學(xué)思維的培養(yǎng)更能切實(shí)提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

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