“定位+構(gòu)網(wǎng)+建模” 打造高三物理一輪教學(xué)新常態(tài)
——以“電場(chǎng)的能的性質(zhì)”為例

居 津

(江蘇省蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué),江蘇 蘇州 215011)

2016年“調(diào)布局、克難點(diǎn)”，探索構(gòu)建“一體四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系(如圖1)很好地回答了高考“為什么考”“考什么”“怎么考”的問題.該評(píng)價(jià)體系是國(guó)家需求對(duì)人才內(nèi)涵的不斷更新，是對(duì)廣大教學(xué)者平時(shí)教學(xué)的重要指引和導(dǎo)向.

圖1 高考評(píng)價(jià)體系框架

筆者在與眾多教師交流過程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)教師在高三一輪教學(xué)復(fù)習(xí)過程中都信奉“熟能生巧”的策略.在一輪常態(tài)教學(xué)復(fù)習(xí)過程中，大部分教師的做法是復(fù)習(xí)基本知識(shí)點(diǎn)，選取相關(guān)例題講解，做練習(xí)鞏固的“回顧+題型+訓(xùn)練”的題海術(shù)，試圖通過不斷的強(qiáng)化訓(xùn)練達(dá)到高考高分的目的.不可否認(rèn)，“回顧+題型+訓(xùn)練”的戰(zhàn)術(shù)非常符合行為主義學(xué)派斯金納的“操作強(qiáng)化原理”，把動(dòng)物學(xué)習(xí)規(guī)律搬到學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)中，把解法固化在題型上，再通過強(qiáng)化訓(xùn)練讓學(xué)生模仿并記住.這樣的復(fù)習(xí)模式在一定程度上，一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)付常規(guī)題會(huì)有一定的作用，但學(xué)生的時(shí)間成本太高，在不斷重復(fù)的機(jī)械訓(xùn)練中，磨滅了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性，且學(xué)習(xí)物理學(xué)科的思維價(jià)值，學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)蕩然無存.在現(xiàn)如今的新一輪課程改革和以“立德樹人、服務(wù)選拔、導(dǎo)向教學(xué)”為核心立場(chǎng)的高考評(píng)價(jià)體系指引下，這種教學(xué)方式顯然不能在高考中讓學(xué)生取得理想的好成績(jī).

鑒于教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)現(xiàn)狀的矛盾，一輪高三復(fù)習(xí)究竟應(yīng)該怎樣開展？考點(diǎn)涉及到的眾多知識(shí)點(diǎn)如何復(fù)習(xí)回顧？如何將真實(shí)情境，原始問題建模并呈現(xiàn)給學(xué)生？這些都是每一位教師需要研究的課題.以下筆者結(jié)合平時(shí)教學(xué)反思，談?wù)剛€(gè)人的體會(huì)與感悟，拋磚引玉，以期形成高三物理一輪復(fù)習(xí)新常態(tài).

1 觀念建構(gòu)，精準(zhǔn)定位，建四化

筆者認(rèn)為，在當(dāng)前新一輪新課改和新高考方案下，首先應(yīng)建立正確的學(xué)業(yè)質(zhì)量觀，用“學(xué)科核心素養(yǎng)為核心”的學(xué)業(yè)質(zhì)量觀來改革教學(xué)，指引教學(xué).一輪復(fù)習(xí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)物理觀念的建立，物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去充分認(rèn)識(shí)物理概念的本質(zhì)，挖掘其內(nèi)涵.因此一輪復(fù)習(xí)應(yīng)定位為基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，基本思想方法的落實(shí)，學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng).

圖2

參考范例：(2019年江蘇省高考第9題)如圖2所示，ABC為等邊三角形，電荷量為+q的點(diǎn)電荷固定在A點(diǎn).先將一電荷量也為+q的點(diǎn)電荷Q1從無窮遠(yuǎn)處(電勢(shì)為0)移到C點(diǎn)，此過程中，電場(chǎng)力做功為-W.再將Q1從C點(diǎn)沿CB移到B點(diǎn)并固定.最后將一電荷量為-2q的點(diǎn)電荷Q2從無窮遠(yuǎn)處移到C點(diǎn).下列說法正確的

(B)Q1從C點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，所受電場(chǎng)力做的功為0.

(C)Q2從無窮遠(yuǎn)處移到C點(diǎn)的過程中，所受電場(chǎng)力做的功為2 W.

(D)Q2在移到C點(diǎn)后的電勢(shì)能為-4 W.

以2019年江蘇省高考第9題為例，4個(gè)選項(xiàng)涉及到的考點(diǎn)有電勢(shì)的定義，電勢(shì)能的定義，電勢(shì)與試探電荷的關(guān)系，電勢(shì)的疊加，點(diǎn)電荷的等勢(shì)面，電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系.所有的考點(diǎn)都是一級(jí)要求，題目看似簡(jiǎn)單但又不失靈活，綜合性強(qiáng)，要求學(xué)生有較全面的物質(zhì)觀，運(yùn)動(dòng)觀和能量觀.筆者將近5年江蘇高考涉及到電場(chǎng)考點(diǎn)整理如表1所示.

表1 近5年江蘇高考相關(guān)考點(diǎn)歸納

從表1中不難看出，近幾年高考對(duì)學(xué)生物理觀念的建立和形成要求逐步提高，學(xué)生不僅要掌握考點(diǎn)提到的知識(shí)點(diǎn)，更要學(xué)會(huì)用相關(guān)知識(shí)解決題中出現(xiàn)的情境.只有具有清晰的物理觀念，才能更好地綜合應(yīng)用物理知識(shí)去解決問題，而不是生搬硬套，死記硬背.

教學(xué)建議：在新的一輪常態(tài)教學(xué)中，首先要有一個(gè)正確、精準(zhǔn)的定位，復(fù)習(xí)過程中要注重培訓(xùn)學(xué)生物理觀念的構(gòu)建.教師在高三一輪復(fù)習(xí)備課過程中要切實(shí)做好“四化”建設(shè)，即基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)化，典型模型情境化，思想方法大眾化，學(xué)科素養(yǎng)滲透化.

2 以點(diǎn)帶面，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，固四基

一輪復(fù)習(xí)離不開知識(shí)點(diǎn)的回顧，但絕不是簡(jiǎn)單的知識(shí)重現(xiàn)，而是需要將有相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整理與重組，并構(gòu)建成一個(gè)盡可能完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，以便讓學(xué)生理解透徹，融會(huì)貫通，便于在有需要時(shí)隨時(shí)取用.

教學(xué)片斷1：以點(diǎn)帶面，巧用類比，構(gòu)建“電場(chǎng)能的性質(zhì)”知識(shí)網(wǎng)絡(luò).

師：我們都知道重力勢(shì)能是一個(gè)相對(duì)值，他的大小與零勢(shì)能面的選取有關(guān)；重力勢(shì)能是一個(gè)標(biāo)量，有正負(fù)之分；重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)所共有的.你能參照重力勢(shì)能的性質(zhì)回憶一下電勢(shì)能的性質(zhì)嗎？

生：電勢(shì)能也具有相對(duì)性、標(biāo)量性和共有性.電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加.

師：剛才大家都說出了重力勢(shì)能與電勢(shì)能的共同點(diǎn)，那他們之間有什么區(qū)別嗎？

生：……

師：提示大家一下：放在電場(chǎng)中的電荷有正負(fù)之分，放在重力場(chǎng)中的物體有正負(fù)之分嗎？

生：沒有.

師：電場(chǎng)中的同一位置，正電荷具有的電勢(shì)能與等量的負(fù)電荷具有的電勢(shì)能相同嗎？

生：顯然不相同.

師：你有哪些辦法來比較電勢(shì)能的大小呢？

生：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加.

師：大家是從功能關(guān)系的角度來判斷電勢(shì)能大小的.我們都知道電荷放在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能，電勢(shì)能是電荷和電場(chǎng)共同決定的，那么你還有別的方法來判斷電勢(shì)能的大小嗎？

生：正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能小.

師：電勢(shì)又是怎樣定義的呢？

生：與電場(chǎng)強(qiáng)度類似，將試探電荷放入電場(chǎng)中，用試探電荷的電勢(shì)能與試探電荷的電荷量之比來定義電勢(shì).

師：既然電勢(shì)能有高低之分，那么電勢(shì)也必然有高低之分，你有哪些方法來比較電勢(shì)的高低呢？

生1：沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低.

生2：通過電勢(shì)的定義來比較.若正電荷的電勢(shì)能大，則該位置的電勢(shì)高，反之則小.

師：電場(chǎng)力做功有什么樣的特點(diǎn)呢？

生：電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān).

師：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差又有什么樣的關(guān)系呢？

筆者通過將電勢(shì)能與重力勢(shì)能、電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行類比，讓學(xué)生回憶相關(guān)知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生以點(diǎn)帶面，逐步建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，如圖3.從結(jié)構(gòu)圖中不難發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度，電勢(shì)能的定義有很多相似性，且只與電場(chǎng)本身有關(guān)，因此分別用來反映電場(chǎng)的力的性質(zhì)和能的性質(zhì)；電場(chǎng)力，電勢(shì)能和電場(chǎng)力做功由電場(chǎng)、電荷量共同決定.筆者要求學(xué)生課后繪制更完整的自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖.

圖3 電場(chǎng)的能的性質(zhì)主要概念知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

教學(xué)建議：建議在一輪回顧知識(shí)點(diǎn)時(shí)尋找一定的教學(xué)主線，以點(diǎn)帶面，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在教學(xué)主線的引領(lǐng)下，以符合學(xué)生認(rèn)知的知識(shí)鏈、邏輯鏈、思維鏈將書本知識(shí)與考點(diǎn)重新整合梳理，挖掘各考點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，拓展知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的橫向、縱向聯(lián)系，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，感悟思想方法，達(dá)到“見樹木更見森林”的境界.在一輪復(fù)習(xí)中切實(shí)做好基礎(chǔ)知識(shí)，基本技能，基本思想，基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的“四基”鞏固工作.

3 情境建模，實(shí)驗(yàn)輔助，提四能

基于“學(xué)科核心素養(yǎng)為核心”的學(xué)業(yè)質(zhì)量觀要求高中物理教學(xué)要著力實(shí)現(xiàn)由“抽象知識(shí)”轉(zhuǎn)向“具體情境”，注重營(yíng)造學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性.在學(xué)業(yè)質(zhì)量水平考試中，學(xué)生能否將實(shí)際生活生產(chǎn)情境轉(zhuǎn)化成物理模型，已成為重要考查方面.

教學(xué)片斷2： 實(shí)驗(yàn)建模，展現(xiàn)電勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化.

“電勢(shì)能和電勢(shì)”是靜電場(chǎng)中最為抽象的概念.大部分教師在此處采用類比展開教學(xué).但依然有不少學(xué)生學(xué)完后仍舊一頭霧水，效果不盡如人意.甚至有學(xué)生產(chǎn)生這樣那樣的困惑：“將電勢(shì)能與重力勢(shì)能進(jìn)行類比真的可靠嗎？”“電荷在電場(chǎng)中真的具有電勢(shì)能嗎？”針對(duì)以上出現(xiàn)的教學(xué)問題，筆者設(shè)計(jì)利用實(shí)驗(yàn)室常見的裝置，進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，讓“抽象隱形”的電勢(shì)能變的“直觀可見”.

圖4 實(shí)驗(yàn)效果圖

如圖4，將絕緣導(dǎo)軌調(diào)至水平，輕輕地將輕金屬球靜置于絕緣軌道上，靠近其中某一塊金屬板.用兩頭鱷魚夾的導(dǎo)線將感應(yīng)起電機(jī)兩金屬桿與平行板電容器金屬板相連接，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī).在兩板間形成電場(chǎng)，由于電場(chǎng)可以吸引輕小物體，故將輕金屬球吸引至金屬板，金屬球與極板相接觸使金屬球與極板帶上同種電荷，輕金屬球被排斥，在電場(chǎng)力的作用下，向?qū)γ鏄O板方向運(yùn)動(dòng)，碰到另一塊極板后帶上與它同號(hào)的電荷，又被排斥彈回，在電場(chǎng)力的作用下向相反的方向飛去，重復(fù)上述過程.所以可以觀察到輕金屬球在兩板間來回運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出“鐺鐺鐺”的響聲，實(shí)現(xiàn)電勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化.

筆者設(shè)計(jì)課堂展示上述實(shí)驗(yàn)，一來可以讓學(xué)生親眼體會(huì)到電勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，二來可以利用該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理想化處理，達(dá)到建模的目的，如圖5，并提出以下一系列問題.

圖5 實(shí)驗(yàn)建模

問題1： 若輕質(zhì)小球帶正電，經(jīng)過軌跡上AB兩點(diǎn)，試比較AB兩點(diǎn)的動(dòng)能和電勢(shì)能的大小，如圖6.

問題2： 若已知A點(diǎn)速度是v1，B點(diǎn)速度是v2，你能否求出AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差？

變式1： 如果其他條件都不變，這個(gè)電荷是一個(gè)負(fù)電荷呢？

變式2： 假設(shè)仍然是正電荷，只是A點(diǎn)速度與電場(chǎng)線夾角為60°，B點(diǎn)速度與電場(chǎng)線夾角為30°，你能否求出AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差？如圖7.

圖6 圖7

變式3： 如果將輕質(zhì)小球改成帶正電液滴呢？(以上解答略)

典型模型的講解是高三一輪復(fù)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，筆者通過真實(shí)情境的展示，讓學(xué)生體會(huì)建模過程，并將基礎(chǔ)知識(shí)融入情境問題中.通過簡(jiǎn)單問題逐步加深基礎(chǔ)知識(shí)的理解，利用變式落實(shí)通性通法，以達(dá)到逐步鍛煉培養(yǎng)學(xué)生綜合性物理問題的分析和推理能力要求.