基于核心素養(yǎng)的物理習(xí)題教學(xué)

浙江

(作者單位：浙江省蘭溪市厚仁中學(xué))

習(xí)題是教育教學(xué)的重要組成部分，通過習(xí)題不僅可以鞏固課堂所學(xué)，更是可以拓展課堂時空的局限，更大程度地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念的形成和實踐探索能力的提高。物理學(xué)科是一門研究客觀世界物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律的學(xué)科，與生產(chǎn)生活聯(lián)系十分密切。物理學(xué)中分析問題、解決問題的方法是科學(xué)研究的重要方法，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)的必需能力。物理習(xí)題知識點的融合、背景的選擇、過程的設(shè)計、問題的設(shè)置等都充分體現(xiàn)了物理學(xué)的思想方法，在具體的教學(xué)過程中應(yīng)該充分挖掘習(xí)題功能，將物理習(xí)題情境化和生活化，讓學(xué)生從物理學(xué)的視角對習(xí)題進(jìn)行多樣化的學(xué)習(xí)研究，進(jìn)而在鞏固知識的同時全面提高核心素養(yǎng)。

一、物理習(xí)題生活化，降低思維坡度激發(fā)內(nèi)驅(qū)力

物理學(xué)與生產(chǎn)生活聯(lián)系十分密切，中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的生活經(jīng)歷和判斷事物的能力。充分調(diào)動學(xué)生已經(jīng)具備的知識和能力，讓學(xué)生能夠積極主動地學(xué)習(xí)物理知識是當(dāng)前物理教學(xué)的一大方向。將物理習(xí)題充分聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)歷，幫助學(xué)生從物理學(xué)的視角對已經(jīng)具有的生活體驗進(jìn)行深入研究，最終實現(xiàn)學(xué)習(xí)物理、掌握方法、深入探索客觀世界的目的。

【例1】如圖1所示，同學(xué)們坐在相同的輪胎上，從傾角相同的平直雪道先后由同一高度靜止滑下，各輪胎與雪道間的動摩擦因數(shù)均相同，不計空氣阻力。雪道上的同學(xué)們

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圖1

A.沿雪道做勻速直線運動

B.下滑過程中機械能均守恒

C.前后間的距離隨時間不斷增大

D.所受重力沿雪道向下的分力相同

這是一道滑雪的問題，從物理學(xué)的角度來說是關(guān)于斜面下滑的模型，該模型是物理學(xué)中的重要模型，涉及勻變速直線運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化和受力分析。斜面滑動的問題在生活中比較常見，游樂場中的滑梯是學(xué)生最早接觸的斜面模型。當(dāng)前比較流行的還有一些大型游樂場所的滑草項目和滑沙項目，都是屬于斜面滑動的問題。將物理習(xí)題生活化，讓物理習(xí)題與學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象或場景聯(lián)系起來，可以拉近學(xué)生與物理學(xué)的心理距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣，讓學(xué)生充分感受物理學(xué)的實際價值，掌握利用物理知識解決實際問題的方法。

二、生活習(xí)題實驗化，設(shè)計實驗培養(yǎng)探究思維能力

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，實驗是物理學(xué)的一大特色，實驗研究是科學(xué)研究的重要手段。物理學(xué)是以研究客觀世界、探索客觀世界、推動人類社會向前發(fā)展為目的，生活中的許多現(xiàn)象是物理學(xué)研究的重要問題，這些現(xiàn)象通常作為物理習(xí)題的解決對象加以設(shè)計。利用實驗對生活習(xí)題進(jìn)行研究，不僅可以幫助學(xué)生掌握知識，更能幫助學(xué)生提高解決實際問題的能力。

【例2】如圖2所示是某種電能表的表盤。表盤上標(biāo)有“720 r/kW·h”，即每耗電1 kW·h電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)720圈。當(dāng)家里的家用電器都工作時，小明觀察到電能表的轉(zhuǎn)盤在1 min 內(nèi)轉(zhuǎn)動了48圈。則小明家的家用電器

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圖2

A.總功率約為2 kW

B.總功率約為4 kW

C.每天消耗的電能約為96 kW·h

D.每天消耗的電能約為108 kW·h

這是一道關(guān)于電能表的生活化的物理問題，主要涉及電功和電功率的計算。像這種與生活實際相聯(lián)系的應(yīng)用型習(xí)題是學(xué)生比較頭疼的問題，降低這種習(xí)題的思維坡度的有效方法就是利用實驗手段進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)。對于以學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象為背景的生活化物理習(xí)題，學(xué)生并不一定能夠準(zhǔn)確地把握，因為從掌握知識到應(yīng)用知識解決實際問題之間還有一道思維鴻溝需要跨越。學(xué)生所學(xué)的知識往往是處于一種理想化的狀態(tài)，利用理論知識去解決實際的問題需要有一個磨合過程。物理實驗就是一個很好的磨合過程。將生活習(xí)題實驗化，通過實驗的操作讓學(xué)生體會到理想狀況與實際之間的差距，掌握用物理知識去解決實際問題的能力，進(jìn)而提高自身素養(yǎng)，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

三、實驗習(xí)題活動化，充分提升創(chuàng)新實踐能力

實驗研究方法是物理學(xué)研究的重要的科學(xué)方法，實驗教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。中學(xué)物理實驗研究通常有三種類型：第一種是掌握器材使用的實驗；第二種是已知結(jié)論進(jìn)行驗證的實驗；第三種是不知道結(jié)論而進(jìn)行的探究式的實驗。實驗習(xí)題的設(shè)置通常出于這三種情況展開，具體教學(xué)過程中應(yīng)該充分挖掘?qū)嶒灥墓δ埽ㄟ^活動積極調(diào)動學(xué)生已經(jīng)具備的知識和能力，在運用舊知識的過程中不斷掌握新知識，進(jìn)而提升分析解決問題的能力。

【例3】為“探究功與速度變化的關(guān)系”，小明做了如下實驗。

(1)如圖3所示裝置，小車在橡皮筋的牽引下拖著紙帶運動。小明打出如圖4所示紙帶，為求小車做勻速直線運動時的速度，應(yīng)選擇紙帶上________(填“AF”或“CF”)段進(jìn)行計算。

圖3

(2)如圖5所示裝置，裝有砝碼的盤用繞過滑輪的細(xì)線牽引小車，盤和砝碼的重力可視為牽引力。小車運動的位移和速度可以由打點紙帶間接測出，以小車為研究對象，改變砝碼質(zhì)量，便可探究牽引力所做的功與小車速度變化的關(guān)系。關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是________(多選)。

圖5

A.需要平衡小車受到阻力的影響

B.該實驗裝置可以“驗證機械能守恒定律”

C.需要通過調(diào)節(jié)定滑輪使細(xì)線與長木板平行

D.需要滿足盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

(3)小明用圖5裝置打出如圖6所示紙帶，每5個點取一個計數(shù)點，命名為1、2、3…，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，則紙帶上計數(shù)點“11”對應(yīng)小車的運動速度為________m/s(保留2位有效數(shù)字)。

圖6

物理實驗題字面上說是探究性問題，但由于受中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容所限，習(xí)題的背景基本上都是中學(xué)學(xué)習(xí)過程中所接觸過的實驗以及相關(guān)的知識點。比如本題實驗背景是“探究功與速度變化的關(guān)系”，這是教材中在研究動能定理之前的一個重要學(xué)生實驗。對于這個實驗習(xí)題的解決通常要看學(xué)生有沒有親自動手做過這個實驗，有沒有認(rèn)真去思考過實驗過程。只要動手做過實驗，該題中的第(1)和第(3)小題就沒有難度，只要是在做實驗的過程中能夠認(rèn)真思考，那么解決該題的第(2)小題也就沒有問題。其實實驗最關(guān)鍵的是活動，活動又可以分為兩個方面，一是思維的活動，二是動手操作實踐。實驗類習(xí)題往往是實踐性比較強的綜合性習(xí)題，教學(xué)過程中盡量給學(xué)生活動的機會，對綜合的、復(fù)雜的實驗習(xí)題進(jìn)行活動化的設(shè)計，讓學(xué)生有充分的思維和足夠的實踐，進(jìn)而完成從理論知識到實踐運用的成功跨越。

四、綜合習(xí)題程序化，確定方向培養(yǎng)高效解題能力

物理學(xué)是在人類發(fā)展過程中，人們?yōu)榻鉀Q生活中的疑問，經(jīng)過大量哲學(xué)思辨、方法思維歸納、手段技術(shù)改進(jìn)而逐漸形成和發(fā)展起來的一門自然科學(xué)。物理學(xué)的重要使命就是解決生活中的現(xiàn)有問題，同時完善方法改進(jìn)技術(shù)手段去促進(jìn)人們對自然界更進(jìn)一步的認(rèn)識。可見物理學(xué)習(xí)一個非常明確的目標(biāo)，就是讓學(xué)生具備分析和解決實際問題的思維與能力，掌握探索客觀世界的手段與技術(shù)。設(shè)置多過程或多對象的物理綜合習(xí)題，把物體運動的多個方面連接在一起。解決這類問題的關(guān)鍵是幫助學(xué)生形成特定的問題分析視角，讓學(xué)生形成解決物理問題的程序化思路，進(jìn)而提高效率。

【例4】如圖7所示，豎直平面內(nèi)由傾角α=60°的斜面軌道AB、半徑均為R的半圓形細(xì)圓管軌道BCDE和圓周細(xì)圓管軌道EFG構(gòu)成一游戲裝置固定于地面，B、E兩處軌道平滑連接，軌道所在平面與豎直墻面垂直。軌道出口處G和圓心O2的連線，以及O2、E、O1和B四點連成的直線與水平線間的夾角均為θ=30°，G點與豎直墻面的距離d=R。現(xiàn)將質(zhì)量為m的小球從斜面的某高度h處靜止釋放。不計小球大小和所受阻力。

圖7

(1)若釋放處高度h=h0，求小球運動到圓管最低點時速度大小vC；

(2)求小球在圓管最低點C所受彈力FN與h的關(guān)系式；

(3)小球離開G點之后恰好垂直撞擊墻面，求釋放處的高度h。

應(yīng)該注意的是這一程序并非是一成不變的，程序的關(guān)鍵是給學(xué)生一個解決問題的基本思路。當(dāng)碰到一個難度較大的問題，題目較復(fù)雜，理不清思路的時候，就按照基本程序進(jìn)行研究分析，這樣解題可以有個大致的方向，可以節(jié)省許多精力。假如一個問題本身難度不大，思路比較清晰的話，就可以不按照程序進(jìn)行針對性的主題切入。綜合習(xí)題的程序化教學(xué)，目的是讓學(xué)生掌握物理視角解決實際問題的普遍方法，培養(yǎng)學(xué)生抓住事物本質(zhì)、準(zhǔn)確高效解決實際問題的能力。