激勵(lì)學(xué)生命題，促成物理自覺，升華核心素養(yǎng)
——以“木板+滑塊”模型為例談新高考理念下的二輪專題復(fù)習(xí)

羅玉芹

（江蘇省淮陰中學(xué)，江蘇 淮安 223001）

自覺指自己有所認(rèn)識(shí)而覺悟，自己感覺到，自己意識(shí)到，是內(nèi)在的自我發(fā)現(xiàn)的過程.物理自覺指的是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中，主動(dòng)積極地通過知識(shí)建構(gòu)整合、遷移重組、質(zhì)疑創(chuàng)新、內(nèi)化物理觀念，形成對(duì)物理內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律的自我發(fā)現(xiàn)和自我領(lǐng)悟，從而提升自身解決實(shí)際問題的能力和素養(yǎng).

一輪復(fù)習(xí)注重的是夯實(shí)基礎(chǔ)，注重知識(shí)點(diǎn)的各個(gè)擊破，側(cè)重的是必備知識(shí)的梳理和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，學(xué)生往往“只見樹木不見森林”.二輪復(fù)習(xí)需要注重規(guī)律、方法和思維的整合，培養(yǎng)融合創(chuàng)新能力，側(cè)重學(xué)科素養(yǎng)和核心價(jià)值的培養(yǎng).因此，二輪復(fù)習(xí)更需要活化課堂，激勵(lì)學(xué)生參與試題命制與問題解決，培養(yǎng)高階思維，以促成學(xué)生物理自覺，升華學(xué)生物理核心素養(yǎng).要站在學(xué)生的視角，貼合學(xué)生的認(rèn)知，打破知識(shí)體系的框架限制，搭設(shè)臺(tái)階，層層遞進(jìn)，“低起點(diǎn)，高落點(diǎn)”的設(shè)計(jì)以主題為引領(lǐng)、以學(xué)生為主體的二輪復(fù)習(xí)專題.

下面以“木板+滑塊”模型為例，談?wù)勑赂呖祭砟钕碌母呷锢矶唽ｎ}復(fù)習(xí)的實(shí)踐與思考.

1 預(yù)期目標(biāo)

學(xué)生是學(xué)習(xí)真正的主人，學(xué)生只有全面參與問題的設(shè)計(jì)和解決，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)物理規(guī)律的自我覺醒.從學(xué)生的視角進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生以基礎(chǔ)模型為載體，從基本情境入手，自主設(shè)計(jì)問題，并通過不斷升級(jí)題設(shè)條件，豐富試題的廣度和深度.學(xué)生自主命制試題，通過對(duì)信息量表達(dá)的規(guī)范和全面的思考，促成學(xué)生讀題解題時(shí)提取有效信息的獲取自覺；通過對(duì)題目中的因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的思考，促成學(xué)生解題時(shí)的邏輯思維自覺；通過對(duì)解決問題所需要調(diào)用的規(guī)律和方法的思考，深化對(duì)物理規(guī)律的內(nèi)涵和外延理解，全面促成物理自覺，升華核心素養(yǎng).

2 前課準(zhǔn)備

每個(gè)學(xué)習(xí)小組結(jié)合已有認(rèn)知，編制3道以“板塊”模型為情境載體的試題，問題難易要有梯度，其中至少有一題是開放性試題.

教師收集和篩選學(xué)生命制的試題，按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由特殊到一般的認(rèn)知規(guī)律逐次設(shè)計(jì)活動(dòng)流程，課堂上以學(xué)生自主命制的問題為活動(dòng)主線，通過由淺入深、由特殊到一般，逐步探究和總結(jié)，在問題設(shè)置和問題解決中形成系統(tǒng)的認(rèn)知.

3 活動(dòng)流程

以學(xué)生命制的試題為主線，通過“激活規(guī)律，提煉方法”“遷移情境，建構(gòu)模型”“聚焦節(jié)點(diǎn)，融合過程”3個(gè)環(huán)節(jié)，逐步推進(jìn)，建構(gòu)“板塊”模型大概念，培育學(xué)生解決物理問題的大思維，引領(lǐng)學(xué)生達(dá)成物理自覺.

3.1 激活規(guī)律，提煉方法

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢(shì)及其本質(zhì)聯(lián)系的反映.［1］教師激發(fā)學(xué)生通過自主命制和解決問題，加深對(duì)物理規(guī)律的內(nèi)涵和外延全面深入的理解，加深對(duì)物理方法使用條件、優(yōu)劣勢(shì)的剖析，引領(lǐng)學(xué)生選擇合理的規(guī)律和合適的方法靈活處理問題.

圖1

學(xué)生命題1：如圖1所示，質(zhì)量為M的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，若滑塊恰好不會(huì)從木板上滑落，求：

（1）滑塊最終速度大小；

（2）木板的長(zhǎng)度.

試題品評(píng)：這是一道學(xué)習(xí)探究情境的基礎(chǔ)問題，題設(shè)條件“光滑”、“恰好”，簡(jiǎn)化了問題情境，突破口明確，適用于選取多種物理規(guī)律和方法解題，有利于規(guī)律激活和方法提煉，適合作為討論問題的母題呈現(xiàn).

物理自覺：題設(shè)關(guān)鍵詞“光滑”說明木板和地面之間沒有摩擦力，“恰好”說明滑塊滑至木板右端時(shí)與木板的速度相同，由于系統(tǒng)所受合外力為零，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可輕松求得滑塊最終速度；根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式亦可成功求解.滑塊對(duì)木板的相對(duì)位移大小等于木板的長(zhǎng)度，可依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解位移之差，可依據(jù)vt圖像求解，可依據(jù)能量守恒定律求解，可依據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)公式求解，學(xué)生嘗試用不同規(guī)律和方法解題，通過和其他同學(xué)的思維碰撞，體會(huì)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)和動(dòng)量觀點(diǎn)處理具體問題的優(yōu)越性，激活學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解，嘗試用多種方法解題，有效訓(xùn)練學(xué)生解決問題的思維，喚醒學(xué)生的物理自覺.

學(xué)生命題2：如圖1所示，質(zhì)量為M、長(zhǎng)為L(zhǎng)的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.試分析板塊可能的運(yùn)動(dòng)情況和可以求解的物理量.

試題品評(píng)：這是一道開放式情境問題，對(duì)學(xué)生思考物理問題的全面性提出更高要求，有利于學(xué)生對(duì)滑塊是否會(huì)從木板上滑落這個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的理解，有利于學(xué)生綜合分析能力的提升.

物理自覺：學(xué)生通過由具體的問題求解到全面思考該模型下的各種可能運(yùn)動(dòng)情形，對(duì)基本的板塊模型形成一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知，對(duì)滑塊位移、木板位移、它們之間的相對(duì)位移以及滑塊動(dòng)能、木板動(dòng)能、系統(tǒng)內(nèi)能之間的關(guān)系有了準(zhǔn)確的認(rèn)知，深刻認(rèn)識(shí)到受力分析是處理板塊模型的核心環(huán)節(jié)，摩擦力突變是分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)情形的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，總結(jié)處理“板塊”問題的思路和方法，形成由現(xiàn)象分析到本質(zhì)思考、由感性認(rèn)識(shí)到理性思維的物理自覺.

學(xué)生命題3：如圖1所示，質(zhì)量為M的足夠長(zhǎng)木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.若僅改變上述題設(shè)條件中的一個(gè)，試分析如何增加滑塊在足夠長(zhǎng)木板上的運(yùn)動(dòng)位移及增加它們之間因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能.

試題品評(píng)：這是一道進(jìn)階式情境問題，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知和思維發(fā)展，學(xué)生通過自主思考、小組合作討論，展示解題心得、剖析錯(cuò)解原因，進(jìn)一步提煉出解決問題的具體思路和方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生全方位、多角度分析問題解決問題的能力.

解法1展示：圖像法定性探究相對(duì)位移大小（圖2中虛線均為條件改變后的情況）.

圖2

解法2展示：公式法定量求解相對(duì)位移大小

公式法定量求解產(chǎn)生的內(nèi)能

物理自覺：圖像法在比較相對(duì)位移大小時(shí)，更直觀、形象、快捷，優(yōu)勢(shì)明顯；若采用圖像法求解產(chǎn)生的內(nèi)能，研究ΔE僅隨M或v0變化時(shí)，形象快捷準(zhǔn)確；在研究ΔE僅隨m或μ的變化時(shí)，因?yàn)樯婕暗阶兓厔?shì)相反的兩個(gè)變量，不能得出結(jié)論，此時(shí)用公式法求解產(chǎn)生的內(nèi)能優(yōu)勢(shì)很明顯.認(rèn)識(shí)到圖像法和公式法在解決問題時(shí)各有優(yōu)勢(shì)，相輔相成又相得益彰，拓展了思維的深度、厚度和廣度，提升了思維的深刻性、靈活性和敏捷性，形成處理問題時(shí)先嘗試用多種方法解題、再對(duì)多種方法進(jìn)行比較和擇優(yōu)的物理自覺.

3.2 遷移情境，建構(gòu)模型

情境遷移能力屬于高階思維能力，對(duì)學(xué)生的關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)要求高.教師需要給學(xué)生以恰當(dāng)?shù)囊I(lǐng)，需要精心設(shè)計(jì)情境變換，呈現(xiàn)給學(xué)生看似形態(tài)各異的、跨度很大的不同情境，引領(lǐng)學(xué)生通過分析和比較，透過情境找出它們的本質(zhì)聯(lián)結(jié)，形成“板塊”模型大概念，促成思維提升.

遷移問題情境1：如圖3所示，子彈打木塊.這可視為一對(duì)摩擦力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中子彈相當(dāng)于上述命題情境中的滑塊、木塊相當(dāng)于該情境中的木板.

圖3

遷移問題情境2：如圖4所示，滑塊沖上光滑圓弧槽.這可視為一對(duì)彈力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中圓弧槽相當(dāng)于上述命題情境中的木板.

圖4

遷移問題情境3：如圖5所示，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的雙棒問題.這可視為一對(duì)安培力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，a棒相當(dāng)于上述命題情境中的滑塊，b棒相當(dāng)于該情境中的木板.

圖5

遷移問題情境4：如圖6所示，足夠長(zhǎng)的輕質(zhì)薄板靜置于光滑水平面，物塊M靜止于薄木板的右端，物塊m以水平速度v0滑上薄板，m、M與薄板之間的滑動(dòng)摩擦力滿足μmg＜μMg時(shí).

圖6

這可視為一對(duì)摩擦關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中M和輕質(zhì)薄板的組合體相當(dāng)于上述命題情境中的長(zhǎng)木板.

物理自覺：通過對(duì)板塊模型的遷移，強(qiáng)化對(duì)板塊模型的建構(gòu)，在具體問題情境中運(yùn)用等效觀點(diǎn)培育學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).總結(jié)出“板塊”模型的實(shí)質(zhì)就是“一對(duì)大小相等，方向相反的作用力”關(guān)聯(lián)的實(shí)物模型，從相互作用觀點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知升華、思維遷移和素養(yǎng)養(yǎng)成，有效提升綜合分析能力、模型建構(gòu)能力、信息重新整合的創(chuàng)新能力.

3.3 聚焦節(jié)點(diǎn)，融合過程

通過對(duì)相關(guān)物體的受力分析、運(yùn)動(dòng)過程分析以及對(duì)摩擦力突變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的判斷，先將實(shí)際復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程分解為多個(gè)子過程，分別確定各個(gè)子過程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，再將各個(gè)子過程有機(jī)融合，有效銜接，全程綜合考慮，提升分析、解決復(fù)雜問題的能力.

學(xué)生命題4：如圖7所示，質(zhì)量為M、長(zhǎng)為L(zhǎng)的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2，試分析滑塊和木板可能有哪幾種運(yùn)動(dòng)情況.

圖7

試題品評(píng)：這是一道開放式情境問題，與學(xué)生命題3情境不同之處是木板和地面之間不光滑，對(duì)學(xué)生的綜合分析能力提出了更高的要求.首先需要判斷“木板是否能夠滑動(dòng)”，若木板能滑動(dòng)，還需進(jìn)一步判斷與滑塊“是否能夠共速”以及“共速后能否一直保持相對(duì)靜止”兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的突破有利于提升學(xué)生的抽象思維.如圖8所示，為滑塊和木板可能的4種運(yùn)動(dòng)情形.

圖8

物理自覺：通過對(duì)滑塊和木板受力分析可知，它們存在以下多種可能的運(yùn)動(dòng)：起始時(shí)木板是否會(huì)滑動(dòng)；物塊是否會(huì)從木板上滑落；共速后是否能夠保持相對(duì)靜止.木板是否滑動(dòng)，取決于滑塊給木板的摩擦力和地面給木板的摩擦力大小的比較；滑塊是否滑落，取決于木板長(zhǎng)度是否足夠長(zhǎng)或滑塊到達(dá)木板右端前是否共速；共速后是否保持相對(duì)靜止一起做減速運(yùn)動(dòng)，取決于動(dòng)摩擦因數(shù)μ1、μ2大小的比較，且領(lǐng)悟到：木板一旦能被滑塊帶動(dòng)［滿足條件：μ1mg＞μ2（m+M）g］，它們?nèi)裟苓_(dá)到共速，共速后就一定保持相對(duì)靜止（滿足條件：μ1＞μ2）一起做減速運(yùn)動(dòng).綜上分析，判斷“板塊”的可能運(yùn)動(dòng)情形，應(yīng)在“起始、滑落和共速”這幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的突破上下功夫，此類復(fù)雜過程問題便可迎刃而解.

學(xué)生命題5：如圖9所示，空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量M=0.2kg的足夠長(zhǎng)絕緣木板靜止在光滑水平面上，在木板左端放置質(zhì)量m=0.1kg、電荷量q=+0.2C的滑塊，滑塊與絕緣木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，滑塊受到的最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力；現(xiàn)對(duì)木板施加方向水平向左、大小為0.6N的恒力F，取g=10m/s2.則滑塊

圖9

（A）先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速直線運(yùn)動(dòng).

（B）一直做加速度為2m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng)，直到滑塊飛離木板為止.

（C）速度為6m/s時(shí)，滑塊開始減速.

（D）最終做速度為10m/s的勻速運(yùn)動(dòng).

試題品評(píng)：這是一道力電情境綜合題，加入了洛倫茲力的作用，知識(shí)跨度大，能力要求高，適合考查學(xué)生的思維遷移和學(xué)以致用能力，有利于形成處理“板塊”類問題的綜合思路，有利于提升學(xué)生綜合分析能力，有利于高階思維的培養(yǎng)，這正是物理二輪復(fù)習(xí)需要達(dá)成的目標(biāo).

物理自覺：因滑塊與絕緣木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，可判斷出滑塊隨木板一起作加速運(yùn)動(dòng)的加速度a≤μg=5m/s2.用假設(shè)法、整體法推得滑塊速度較小（即速度v＜6m/s）時(shí)能隨木板一起作加速度a1=2m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng).滑塊運(yùn)動(dòng)過程中速度增加引起所受洛倫茲力的增加、滑塊和木板之間彈力的減少，從而引起摩擦力的減少；當(dāng)滑塊的加速度a2＜2m/s2時(shí)不能保證滑塊隨木板一起作加速運(yùn)動(dòng)，即滑塊速度v=6m/s時(shí)它們開始相對(duì)滑動(dòng)；當(dāng)滑塊速度v=10m/s時(shí)，滑塊所受洛倫茲力和其重力平衡，以后滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，木板做加速度a3=3m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng).

處理運(yùn)動(dòng)過程較為復(fù)雜的問題時(shí)，需要從兩大“分析”——受力分析、運(yùn)動(dòng)過程分析入手，結(jié)合各種性質(zhì)力的特點(diǎn)，抓住運(yùn)動(dòng)狀態(tài)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，分步研究運(yùn)動(dòng)過程，確定運(yùn)動(dòng)過程在不同階段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，各個(gè)擊破、層層推進(jìn)、先分后總，逐步解決問題，養(yǎng)成先分析后綜合的物理自覺.

3.4 導(dǎo)圖引領(lǐng)，升華認(rèn)知

教師和學(xué)生一起總結(jié)概括，共同完成思維導(dǎo)圖.

課堂總結(jié)以高度濃縮的思維可視化導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)，如圖10所示.通過整體架構(gòu)，“既見樹木又見森林”，思路清晰，有助于學(xué)生對(duì)“板塊”模型形成全方位、多角度的系統(tǒng)認(rèn)知，提高解決問題能力，深入內(nèi)化物理觀念，提升科學(xué)思維品質(zhì)，形成物理大概念大思路，促成物理自覺.

圖10 思維可視化導(dǎo)圖

4 實(shí)踐感悟

學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一種不斷積累發(fā)展的過程，學(xué)生對(duì)核心概念的理解、物理規(guī)律的掌握和運(yùn)動(dòng)情景的建立不是一蹴而就的，而是需要經(jīng)過許多個(gè)不同的中間水平，而在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，依靠恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，學(xué)生對(duì)這核心概念、物理規(guī)律的理解和運(yùn)用，便會(huì)不斷發(fā)展，逐漸成熟.［2］

學(xué)生是學(xué)習(xí)真正的主人，學(xué)生通過全面參與問題的設(shè)計(jì)和解決，通過積極主動(dòng)參與知識(shí)與模型的重組、整合、建構(gòu)、完善等思維的碰撞，到方法的選擇、評(píng)估和優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)自我覺醒和能力提升.教師通過活化課堂，真實(shí)從學(xué)生的視角進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，聚焦學(xué)生的思維難點(diǎn)和盲點(diǎn)，通過多種手段激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極參與、主動(dòng)體驗(yàn)、碰撞修正，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的物理自覺.把培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)真正落實(shí)在教育教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，有效達(dá)成學(xué)科育人目的.