多角度解決典型問題，提升物理學科核心素養

◇ 山東 陳 強

物理學科核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生核心素養的關鍵成分.物理課堂有不同的類型，不同課型需通過學習體驗積淀的學科素養也不盡相同.長期實踐表明：在習題課中積極引導學生多角度、多方位思考問題，采取構建物理模型、一題多解、多解歸一的方式，對于培養學生的科學思維和實驗探究的物理學科核心素養有著不可替代的作用.下面筆者根據板塊模型中一道典型例題的多種解法加以說明.

圖1

解法1動力學法

分別選取A、B 為研究對象進行受力分析，根據牛頓第二定律對小物體A 有Ff＝maA，對木板B 有Ff＝MaB.因為m＜M，所以aA＞aB，且A 剛好沒有滑離B 板，所以木板B 向右做勻減速運動，小物體A先向左做勻減速運動至速度為零，再向右做勻加速運動，最終經時間t 與B 共速.規定水平向右為正方向，設二者共同速度為vB，對小物體A 有

對木板B 有

聯立以上兩式，解得

此過程小物體A 向左運動的距離為

木板B 向右運動的距離為

因此小物體A 最終相對于木板B 靜止時與木板B 右端的距離

解法1(動力學方法)是處理物理問題的基本方法，也是學生最容易想到的方法.但對于此題，由于小物體A 運動(先向左勻做減速直線運動，再向右做勻加速直線運動)的復雜性，加之學生對矢量運算掌握不到位，筆者發現只有部分同學能夠完整利用此方法完成這道題.因此在給出解法1后筆者又引導學生作進一步思考：能否避開繁雜的中間過程，利用整體法處理該問題.很快，學生給出了以下兩種比較典型的解法.

解法2功能關系法

因為小物體A 和木板B 組成的系統不受外力，所以系統動量守恒，設二者最終達到的共同速度為vB，規定水平向右為正方向，根據動量守恒定律有

再對小物體A 應用動能定理有

同理對木板B 用動能定理有

聯立以上各式，可得小物體A 最終相對于木板B靜止時與木板B 右端的距離

解法3圖象法

規定水平向右為正方向，分別作出木板和小物體A 運動的v-t 圖象，如圖2所示，由圖象可知，陰影部分的面積大小即為二者的相對位移，即

根據動量守恒定律有

對木板B 由動量定理有

聯立各式，解得

圖2

可以看出，同一物理過程，應用不同的物理規律，解題過程繁簡程度不同，思維過程也不同.在解法2中，將A 的兩個小過程整體考慮利用動量和能量觀點求解，使得解題過程和思維過程大大簡化.通過解法1、2的對比，可以幫助學生建立對于多過程、多對象問題，若不考查中間過程，優先考慮動量和能量觀點處理的科學思維.解法3數形結合，將抽象的物理過程形象化，也是物理中常用的解題思路.通過對比解法3與1、2，可以看出圖象法對于解答多過程物理題目具有一定的優越性，但圖象的繪制是教學難點.

上述三種解法是我們解決物理問題常用的方法，思維清晰嚴謹.其實對于基礎較好的學生，還可以引導他們利用相對運動將兩個物體的運動轉化成一個物體的運動，得到解法4.

解法4相對運動法

以木板B 為參考系研究物體A，取向左為正方向，則物體A 初速度為vA0＝2v0，加速度為

物體A 相對于木板B 向左做勻減速直線運動，直到末速度減為零，根據0－＝2aAxA，解得

筆者認為解法4雖然思維起點比較高，但更加巧妙而且富有物理韻味，不僅體現物理的思想，更能讓學生深刻理解動力學方法中涉及的變速直線運動公式、牛頓第二定律的深刻內涵，而且學生也能從不同的解題思路和方法中體驗學習的樂趣.總之，我們在教學中要針對一些典型問題故意設置一些情境，引導學生多角度、多方位思考，這是提升學生物理學科核心素養的有效途徑.