基于基礎性的物理習題教學

孫春成

(江蘇省江陰市青陽中學，江蘇 無錫 214401)

習題教學中凸顯基礎性，可以夯實學生的基礎知識和基本能力，讓學生能夠更好地遷移、應用所學知識和方法，更好地進行下一階段的學習，避免陷入機械“刷題”式的低效教學。

1 基礎性的緣起及內涵

在我國基礎教育改革和發展歷程中，關于“基礎性”的提法比較典型的是“雙基教學”和教育部編寫的《中國高考評價體系》高考考查要求“四翼”中的“基礎性”。“雙基教學”與“基礎性”有所不同，但也存在聯系。首先，雙基教學是一種教學方式，它簡潔明快，在打牢基礎方面有重要作用。而“基礎性”則是高考考查的要求，主要用來指導命題人員出題，是命題的重要根據；其次，“雙基教學”強調基礎知識與基本技能，旨在打牢學習的基礎，這與中國高考評價體系中的“基礎性”基本一致。

在高中物理教學中體現基礎性，應是“雙基教學”和中國高考評價體系中的基礎性的融合，至少應包括以下內容：首先，教學中應該將基礎的主干知識置于重要地位，這些知識是學生后續學習的基礎，高中物理教學必須要夯實物理的基礎知識、主干知識、關鍵能力等，為培養學生的核心素養奠定基礎；其次，應該在教學過程中為學生提供領會物理思想方法的機會，教會學生分析問題的基本方法；再次，高中物理考試應以基礎和中等難度試題為主，考查學生基礎知識的掌握情況，這既是查缺補漏的需要，也是為了引導學生重視基本方法，養成重視基礎的學習習慣，引導教師在教學中重視基礎知識的教學，避免片面追求繁、難、怪的教學。

2 凸顯基礎性是提高習題教學效率的前提

習題教學對學生運用知識、習得方法、學會遷移等都非常重要，然而在實際教學中經常有教師會將習題教學帶入盲目刷題的誤區，習題教學效果差強人意。凸顯基礎性是提升習題教學效率的前提，可以引導學生夯實知識基礎，讓學生獲得問題解決的一般方法，可以避免繁、難、偏、怪，保護學生學習物理的信心，有利于學生形成物理觀念，習得科學方法。

3 凸顯基礎性的習題教學

3.1 例題與解析

例：如圖1所示，A、B、C為三個實心小球，A為鐵球，B、C為木球。A、B兩球分別連在兩根彈簧上，C球連接在細線上，彈簧和細線的下端固定在裝水的杯子底部，該水杯置于用繩子懸掛的靜止吊籃內。不計空氣阻力，ρ木<ρ水<ρ鐵。若將掛吊籃的繩子剪斷，則剪斷的瞬間相對于杯底( )。

圖1

A.A球將向上運動，B、C球將向下運動

B.A、B球將向上運動，C球不動

C.A球將向下運動，B球將向上運動，C球不動

D.A球將向上運動，B球將向下運動，C球不動

解析：本題考查了浮力、受力分析、超重失重、牛頓第二定律等重要知識。(1) 要求學生能夠形成運動與相互作用觀念，對應于物理觀念的水平4：具有清晰的物理觀念，能從物理學的視角正確描述和解釋自然現象，能綜合應用物理知識解決實際問題，能指導工作和生活實踐。(2) 要求學生能夠構建物理模型，運用所學物理知識對對物理問題進行分析和推理，對應于科學思維的水平4：能將實際問題中的對象和過程轉換成物理模型；能對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結論并作出解釋。學生對于完全失重、平衡態、加速運動等情境學生都比較熟悉，但是將他們有機融合在一起，學生覺得熟悉又陌生，甚至有學生感到無從下手。

3.2 學生的典型錯誤

3.2.1 認為小球受到的浮力不變

有學生認為剪斷掛吊籃的繩子前后小球排開水的體積沒有變，根據浮力公式得出結論：水對小球的浮力沒有變。在完全失重狀態下小球所受重力不變，彈簧彈力不能突變，剪斷繩子前后小球受力沒有變化，于是陷入矛盾中。

3.2.2 審題不仔細

有學生審題不仔細，沒有抓住題目中的關鍵詞“瞬間”“相對于杯底”，導致任務不明確，不能正確描述3個小球的運動狀態，只去研究細繩剪斷瞬間的情況，且是以杯子為參考系。

3.2.3 受力分析出錯

學生受力分析不過關。首先，不能根據原來“靜止”這一平衡態狀態，分析出彈簧彈力和細線拉力的方向；其次，不清楚彈力突變情況，彈簧的彈力不能突變，而細繩的拉力可以突變；再次，在分析細繩彈力變化時，不清楚細繩拉力產生的原因，從而得出錯誤結論。

3.3 兩位教師的講解過程描述

3.3.1 教師A的講解

在上面繩子被剪短瞬間，小球處于完全失重狀態，浮力消失，由于浮力導致的繩子拉力也消失，只剩下重力和彈力，相對加速度就只與彈簧彈力相關。

3.3.2 教師B的講解

剪斷繩子后，整個吊籃做自由落體運動，加速度為g，以吊籃為參考系，其中的水和球都受到方向豎直向上的慣性力。水受到向上的慣性力，與水所受重力的作用相抵消，因此水由于自身重力引起的壓強消失，即水對小球的浮力消失。小球所受慣性力與其所受重力的作用抵消，因此球相當于只受到彈簧的彈力作用，在初始時刻，連接A球的彈簧處于壓縮狀態，鏈接B球的彈簧拉長，因此A球相對于吊籃向上運動，B球相對于吊籃向下運動，C球不動，連接C球的繩子變松弛。

兩位教師的講解都言簡意賅，講清了物理的本質，但學生在理解上仍然存在困難。在教師A的講解中，出現了一個概念：相對加速度，而教師B的講解中出現了慣性力，這對高中生來說很難理解。此外，兩位教師都講到在完全失重狀態下，浮力消失、細繩的拉力消失，對于這兩個力會消失的原因學生依然存在疑惑，有必要為學生進一步詳細解釋清楚。

3.4 基于基礎性的物理習題教學策略

3.4.1 厘清基礎性知識

(1) 浮力產生的原因

只有厘清了浮力產生的原因，學生才能明白為何在完全失重狀態下浮力會消失，而不是照搬浮力大小的公式得出錯誤結論。學生在初中已經學習過浮力產生的原因，如圖2所示，液體內部存在壓強，物體上下表面深度不同，壓強不同，液體對物體向上的壓力F2大于向下的壓力F1，上、下表面的壓力差就是浮力產生的原因。

圖2

剪斷細繩后，系統處于完全失重狀態，液體重力導致的內部壓強消失，上、下表面處不存在壓力差，故而浮力消失。

(2) 物體處于完全失重狀態時，其所受重力沒有發生變化

物體處于完全失重狀態時，其所受重力沒有發生變化，變化的是重力的作用效果。以本題中的小球A為例，當它處于靜止狀態時，其所受重力的作用效果是使彈簧產生形變，當其處于完全失重狀態時，其所受重力的作用效果是產生重力加速度。再如，杯中水所受的重力在剪斷繩子前作用效果是產生壓強，剪斷后其作用效果為產生重力加速度。

(3) 參考系的選擇

本題中要求分析的三個小球在剪斷懸掛吊籃繩子的瞬間“相對于杯底”的運動情況，即要求以杯子為參考系，這是非慣性參考系，而牛頓第二定律只適用于慣性參考系，所以本題中需要以地面為參考系分析物體的運動情況后再變換參考系得出結論。

(4) 彈簧彈力和細線拉力的產生及變化

球A所受重力大于浮力，彈簧被壓縮，彈簧對球A有向上的支持力，球B所受重力小于浮力，彈簧被拉伸，彈簧對B產生向下的彈力作用，彈簧的形變不能在瞬間恢復，即彈力不能突變，所以剪斷細繩的瞬間可認為球A和球B受的彈力不變。細線對球C的拉力是因為受到球C向上的浮力，且浮力大于重力，細繩被拉伸，對球C產生向下的拉力作用。在完全失重狀態下，物體受到的浮力消失，細繩的形變消失，拉力也消失。

3.4.2 稚化教師思維

教師的知識儲備遠高于學生，教師在講解習題時，容易忽視學生的學習起點，教師自以為已經講解透徹，但學生依然存在理解障礙。在教學中教師要善于稚化自己的思維，將思考問題的起點降低，以貼近學生的知識儲備。前述兩位教師對本題的講解思路清晰，直指物理問題的本質，但是教學效果一般，學生除了會對“相對加速度”“慣性力”感到困惑外，還會因為教師分析過程不夠詳細、沒有以地面為參考系分析小球的運動等因素而產生理解障礙。在教學中，應以地面為參考系，分析出杯子及3個小球的運動情況，再以杯子為參考系得出3個小球的運動情況。

4 教學啟示

4.1 夯實基礎知識

凸顯基礎性，夯實基礎知識，可以保護學生的學習積極性。雖然在高中階段學生的學習強度和知識難度有所提高，但依然還處在為終身學習打基礎的階段。保護學生的學習興趣，使學生產生積極的學習體驗，才能讓學生保持樂觀心態。因此，教學難度不應太大，應貼近學生的學習需求，讓學生“跳一跳，能摘桃”。沒有堅實的基礎，學生后續的學習將會困難重重，如學生沒有理解浮力產生的原因，就無法明了在完全失重狀態下小球受到的浮力會消失。在習題教學中應該針對學生的缺漏對基礎性知識進行梳理。例如在本題的講解中，先梳理浮力產生的原因、完全失重狀態下重力的作用效果、彈簧和細線彈力能否突變、參考系等基礎知識。

4.2 創設基礎性教學情境

問題的呈現常以情境為載體，學生需要讀懂情境、構建模型后才能選擇合適的物理原理列出方程等，最終解決問題。在物理習題教學中應通過設置復雜程度不同的情境，來體現“四層”考查內容和“四翼”考查要求。簡單的情境活動對應基礎性要求，通常對應簡單的情境要素；中等水平的情境活動對應一定的應用性與綜合性，對應稍多的情境要素；復雜的情境活動體現了“綜合性”“應用性”與“創新性”的要求，通常對應復雜的情境要素。復雜情境往往由多個簡單的基礎性情境構成，只有讓學生處理好基礎性情境才能應對復雜情境，例如本題中學生需要對平衡態、完全失重等基礎性情境非常熟悉才能解決問題。

4.3 凸顯基本方法

習題教學應突出用一般思路來分析問題，用基本方法解決問題，避免過于追求技巧。首先，學生在掌握了分析問題的一般思路和方法后，才能找到不同問題之間的共性，實現遷移，創造性地解決問題。其次，只有學生掌握了基本方法，并能熟練運用，學生在遇到新問題、新情境時才能想到巧妙的解法。第三，采用基本方法解決問題才能使教學設計貼近學生的最近發展區，才能貼近學生的認知水平，才能通過習題教學實現學生能力的發展和提高。在本題的講解中選擇地面為參考系分別分析杯子和3個小球的加速度，然后再通過比較加速度的大小實現參考系的轉換，思路常規，符合大多數學生的思維習慣，學生比較容易接受。