高考試題對物理探究能力考查的方法與啟示

孫福如 徐善勇

(江蘇省如東縣豐利中學(xué)，江蘇 南通 226408)

細(xì)細(xì)品讀2018年江蘇高考物理卷，不難發(fā)現(xiàn)其一直延續(xù)江蘇的命題特點：立足基礎(chǔ)，陳題新出，突出能力，注重探究，關(guān)注素養(yǎng)。除部分試題直接考查學(xué)生的基本知識外，大部分試題考查學(xué)生對知識、方法的掌握，考查學(xué)生靈活運用所學(xué)知識、方法去探究新問題的能力。本文對2018年江蘇高考物理第9題加以分析，挖掘試題的內(nèi)涵，體會命題者的意圖，探討江蘇高考物理是如何考查學(xué)生的探究能力的，今后應(yīng)該如何實施習(xí)題的探究教學(xué)。

1 試題分析

圖1

A. 剛進(jìn)入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向下

B. 穿過磁場Ⅰ的時間大于在兩磁場間的運動時間

C. 穿過兩磁場產(chǎn)生的總熱量為4mgd

(1) 試題的命制思路分析

此題的素材來源于教材中的導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，以金屬桿在磁場中的導(dǎo)軌上由靜止開始滑動這一常見模型為基礎(chǔ)，對磁場的區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改造。從知識看，著重考查考生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象中關(guān)于動力學(xué)問題的掌握情況。本題從已知條件“進(jìn)入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等”入手，對金屬桿進(jìn)行受力分析，可知它在兩磁場間做勻加速運動，從而可判斷出金屬桿在磁場Ⅰ中做減速運動，即可判斷選項A是否正確。B選項要求考生能知道金屬桿在磁場Ⅰ中做加速度減小的加速運動，需要結(jié)合位移相等才能判斷，這對部分考生來說是一個挑戰(zhàn)。從進(jìn)入磁場Ⅰ到進(jìn)入磁場Ⅱ的過程中，根據(jù)動能定理，可判斷選項C是否正確。D選項對學(xué)生來說又是一個難點，根據(jù)金屬桿進(jìn)入磁場Ⅰ時開始減速運動，計算出此時速度條件，進(jìn)而計算出h應(yīng)滿足的條件，再加以判斷。

(2) 考查目標(biāo)分析

本題在較復(fù)雜的物理情境下，主要考查法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、安培力大小的計算、安培力方向的判斷、受力分析、牛頓第二定律、動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定律等知識，考查考生靈活運用圖像這個數(shù)學(xué)工具去解決問題的能力，綜合考查了考生的理解能力、推理能力和綜合分析能力，以及根據(jù)物理規(guī)律正確建立物理模型的方法、科學(xué)探究的方法、圖像分析的方法、物理規(guī)律選用的方法和能量守恒的思想等。

2 探究過程及解析

中學(xué)生的科學(xué)探究是指學(xué)生構(gòu)建知識、形成科學(xué)概念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動，針對任務(wù)復(fù)雜新穎的情況，會對信息進(jìn)行獲取、分析、判斷和選擇，能探尋解決問題所運用的物理規(guī)律、過程和思想方法及數(shù)學(xué)工具，能挖掘其中的隱含條件，能正確、合理使用證據(jù)表達(dá)自己的觀點，解題過程其實也是科學(xué)探究中的理論探究過程，是從已知條件不斷提出問題、猜想結(jié)果、運算探究、得出結(jié)論的過程。

本題從題目所給的信息“從進(jìn)入磁場Ⅰ到進(jìn)入磁場Ⅱ的過程中速度相等”開始研究。

問題1：金屬桿進(jìn)入磁場Ⅰ和進(jìn)入磁場Ⅱ速度相等說明了什么？

理論探究：金屬桿在兩磁場之間運動時僅受重力，所以做勻加速運動，從而可得金屬桿出磁場Ⅰ時的速度小于進(jìn)入磁場Ⅱ時的速度。

探究結(jié)果：金屬桿在磁場Ⅰ中做向下的減速運動，加速度應(yīng)該向上，可知A選項錯誤。

問題2：金屬桿在磁場Ⅰ中做怎樣的減速運動？

探究結(jié)果：金屬桿在磁場Ⅰ中做加速度減小的減速運動。

問題3：怎樣將運動的時間長短與已知條件聯(lián)系起來？

圖2

理論探究：根據(jù)速度條件和金屬桿在磁場Ⅰ中與兩磁場間運動的位移相等，設(shè)進(jìn)磁場Ⅰ時的速度為v0，出磁場時速度為v1，可畫出v-t圖像如圖2所示，v-t圖像下面的“面積”表示位移的大小，結(jié)果是B選項正確。

問題4：如何計算桿穿過磁場中產(chǎn)生的熱量？

理論探究：考慮到電流是變化的，熱量只能用功和能的關(guān)系處理。桿從進(jìn)入磁場Ⅰ到進(jìn)入磁場Ⅱ的過程中，根據(jù)動能定理有：2mgd-W安=0，此過程中克服安培力做功2mgd，即桿穿過磁場Ⅰ產(chǎn)生的熱量為2mgd。由于桿穿過磁場Ⅱ的情況與穿過Ⅰ的情況相同，所以總熱量為4mgd，C選項正確。

問題5：如何將桿距磁場Ⅰ上邊界的下落高度h與已知條件掛上鉤？

評析：本題利用學(xué)生熟悉的簡單裝置，編制出的新穎試題將知識的理解、思想方法的熟練掌握有機地揉合在一起，考查了學(xué)生分析問題的能力以及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力等，很好地體現(xiàn)了新課程倡導(dǎo)的探究性學(xué)習(xí)要求。如果考生能根據(jù)題目的條件提出問題，進(jìn)行猜想、科學(xué)推理，通過探究能將新的陌生問題轉(zhuǎn)化為熟悉的問題，將復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為簡單的問題，用敏銳的眼光去觀察，用探究的方法去分析，用精煉的語言去表達(dá)，問題就能迎刃而解。

3 對物理習(xí)題教學(xué)的啟示

在新課改初期，剛接受探究性學(xué)習(xí)的觀點時，許多物理老師將科學(xué)探究狹義理解為實驗探究，其實物理的科學(xué)探究應(yīng)該包括新知識形成時的實驗探究和理論探究，還有鞏固新知識、應(yīng)用新知識、運用新方法時的習(xí)題探究，解題過程中的探究即為理論探究。在物理習(xí)題教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，筆者認(rèn)為必須做到以下幾點。

(1) 構(gòu)建知識體系，深化知識內(nèi)涵

學(xué)習(xí)者只有具有一定的學(xué)科知識和技能，才能理解特定任務(wù)情境，明確問題、形成假設(shè)、解決問題。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：物理教學(xué)中，應(yīng)強調(diào)對基本概念、規(guī)律和基本思想的理解和掌握，并注意了解它們的來龍去脈。在教學(xué)中，讓學(xué)生體驗概念的形成過程，充分理解這些概念的內(nèi)涵與外延；讓學(xué)生探尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，深刻理解物理規(guī)律，領(lǐng)悟規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中所用巧妙的方法，感受科學(xué)家探究規(guī)律過程中表現(xiàn)出來的恒心與毅力；讓學(xué)生親歷物理問題的解決過程，能從實際問題出發(fā)，確定研究對象、分析物理過程、建立物理模型、選擇物理規(guī)律、建立方程并求解討論，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。物理學(xué)中有豐富多彩的思想方法，只有掌握它們，才能清楚地認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系，進(jìn)而提出創(chuàng)造性的見解。如理想模型、理想實驗、尋找守恒量等，教師應(yīng)將這些方法滲透于平時的教學(xué)中，內(nèi)化為學(xué)生自己的方法。

(2) 鼓勵自主探究，增強探究意識

建構(gòu)主義理論告訴我們：只有把知識的根扎在學(xué)生自己的經(jīng)驗里，才能實現(xiàn)真正意義上的建構(gòu)。學(xué)生利用自己的經(jīng)驗去感受、理解知識的產(chǎn)生與發(fā)展的過程，通過課堂教學(xué)活動養(yǎng)成自主探究的習(xí)慣。“題”讓學(xué)生“審”，“路”讓學(xué)生“走”，“話”讓學(xué)生“說”，“疑”讓學(xué)生“問”，“錯”讓學(xué)生“糾”，激發(fā)學(xué)生的靈感火花，對一些獨到的解法應(yīng)及時鼓勵和表揚。引導(dǎo)學(xué)生用新的觀點、新的方法從知識之間的聯(lián)系和矛盾上審視問題，增強學(xué)生的探究意識，讓探究的種子找到沃土。

(3) 分析具體實例，提升探究能力

物理教學(xué)要關(guān)注學(xué)生內(nèi)化物理觀念，體驗和感悟物理價值，促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、探究性和創(chuàng)造性，學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會創(chuàng)造。在物理習(xí)題教學(xué)中，我們利用具體實例主要運用創(chuàng)設(shè)問題策略、設(shè)疑促思策略、主動探究策略、交往互動策略和反饋矯正策略等，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

首先，注重設(shè)計問題。問題具有引發(fā)學(xué)生思維、引領(lǐng)探究活動的功能，是學(xué)生課堂學(xué)習(xí)活動的載體。問題可以把知識的邏輯結(jié)構(gòu)與學(xué)生的思維過程聯(lián)系起來，使知識的邏輯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，能使學(xué)生主動探究、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，認(rèn)識物理本質(zhì)。在物理習(xí)題教學(xué)中，教師應(yīng)該為學(xué)生提供較為豐富的探究素材，引導(dǎo)和幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，注意問題的整體性、層次性和探究性，問題設(shè)計要體現(xiàn)低起點、小坡度、密臺階的特點，將大題化小，化難為易，以符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生在問題串的引導(dǎo)下自主探究，環(huán)環(huán)相扣，絲絲入微，再加上教師適時、適宜、適度的點撥，學(xué)生在自主探究與合作交流中去發(fā)現(xiàn)、歸納、形成經(jīng)驗，提高學(xué)生的探索與發(fā)現(xiàn)的能力。

第二，加強探究方法指導(dǎo)，我國著名教育家陶行知曾指出：“我以為好的先生不是教書，不是教學(xué)生，乃是教學(xué)生學(xué)”，說明了方法指導(dǎo)的重要性。學(xué)生剛開始接觸探究方法時，可能會感到手足無措，原因還是欠缺物理思想方法和探究經(jīng)驗，所以在探究過程中教師的指導(dǎo)、幫助不可忽視。一方面，教師要關(guān)注探究過程的整體走向，密切注意學(xué)生思維的脈絡(luò)，適時加以引導(dǎo)，使探究活動不會天馬行空，偏離目標(biāo)。另一方面，教師要指導(dǎo)學(xué)生探究方法的學(xué)習(xí)，如在解題過程中，從已知和未知中找出解題途徑是關(guān)鍵的一步，解題途徑包括：從已知到未知的綜合法、從未知到已知的分析法和從已知、未知兩頭向中間包抄的分析綜合法。通過方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生在解題過程中有“路”可走。

第三，加強學(xué)生反思能力的培養(yǎng)。杜威認(rèn)為反思活動是“一種得以產(chǎn)生思維活動的懷疑、猶豫、困惑、心靈困難狀態(tài)，和一種為了發(fā)現(xiàn)解決這種懷疑，消除和清除這種困惑而進(jìn)行的探索、搜集和探究的行為”。建構(gòu)主義認(rèn)為：學(xué)習(xí)并非學(xué)生對于教師所授予知識的被動接受，而是依據(jù)其已有的知識和經(jīng)驗所做的主動建構(gòu)。而這種主動建構(gòu)必須要對問題有深入的認(rèn)識，必須有一個比較、反思的過程。反思是對解題活動的深層次的再思考，它不僅僅是對物理解題學(xué)習(xí)的一般性回顧或重復(fù)，更是深究物理解題活動中涉及的知識、方法、思路、策略等，具有較強的科學(xué)探究的性質(zhì)，有助于拓寬解題思路，發(fā)展學(xué)生的探究能力。

4 結(jié)語

在日常的教學(xué)中抓好習(xí)題的探究性教學(xué)，可以深化知識的內(nèi)涵，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，踐行課程改革理念，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性發(fā)揮得淋漓盡致，讓他們在知識的海洋里暢游。只要我們教師不斷地引導(dǎo)學(xué)生，加強對典型的例題、習(xí)題的探究分析，形成習(xí)慣，定能取得成效。