新課程背景下指向初高中銜接的高中物理習題教學
——以一道隊伍行進問題為例

黃多智

（貴州省三穗縣民族高級中學，貴州 黔東南 556500）

《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）指出，高中物理課程在內容上注重與生產生活、現代社會及科技發展的聯系，反映當代科學技術發展的重要成果和科學思想.［1］為了契合這樣的基本理念，提升學生的科學思維品質，增強其對勻速直線運動規律及概念的理解，盡管課程標準對相對運動沒有要求，教師們常常用如下隊伍行進的案例進行教學.

1 案例及解析

案例.一列長為100m的隊伍以2m/s的速度在平直公路上勻速前進.排在隊伍最末的隊長發出指令，要求最前面的通訊員到隊伍末尾來找他領受任務.接到指令后，通訊員迅速轉身以3m/s的速度跑到隊尾.隊長用10s交待完任務讓通訊員再跑回在隊伍中原來的位置.已知通訊員跑回原位置的速度為6m/s，則

（1）通訊員接到指令到返回原位置一共用時多少？

（2）在這段時間內通訊員和隊伍的位移分別是多少？

方法1：相對運動.

解析：（1）依題意得通訊員跑向隊長過程

交待任務的過程t2=10s.

通訊員跑回原位置過程

（2）選擇地面為參考系，規定隊伍的行進方向為正反向，以通訊員為研究對象，則

x1=vt1=-3×20m=-60m，

x2=2×10m=20m，

x3=6×25m=150m，

x=x1+x2+x3=110m.

以隊伍為研究對象

x=vt=2×55m=110m.

方法2：追擊與相遇.

解析：（1）通訊員與隊長相遇過程

解得t1=20s.

通訊員追趕原位置的“自己”（要回到自己在隊伍中原來的位置）

解得t3=25s.故

2 案例評析

（1）情境熟悉但物理問題不熟悉.

隊伍行進是學生生活中比較常見的情境，但是基于該情境提出的物理問題卻不是學生熟悉的問題，也是他們不容易解決的問題.對這樣的問題進行思考及解決有利于發展學生物理觀念這一核心素養和激發學生問題解決的興趣.

（2）情境復雜能夠較好地提升問題解決能力和思維品質.

相對運動雖然不是課程標準所要求的內容，但是通過該問題的解決，能夠提高學生思維品質和問題解決能力.當然不是所有的學生都適合這樣做，要視具體的情況而定，要對學生進行觀察、訪談，了解學生的知識準備情況，知曉學生最近發展區在哪兒.

（3）通訊員運動方向不斷變換，增強學生矢量觀念.

對于剛剛進入高一的學生，初學矢量其觀念淡薄.常常因一會是正的，一會是負的，一會要規定正方向，一會又好像不需要規定等導致問題解決不完整或者出現偏差.通過這樣的案例分析體會物理量方向的重要性，然后明確選定參考系規定正方向，學生矢量觀念得到逐步增強.

（4）對比選擇不同參考系對通訊員進行研究，使學生對參考系選擇的原則有深刻的體驗.

學生剛剛學完參考系的相關知識，通訊員與隊伍都在運動，若選擇隊伍為參考系研究通訊員的運動則問題變得更加復雜.通過與選擇地面為參考系使通訊員的運動簡化為簡單的往返運動，于是問題得到順利解決的體驗進行對比，學生對今后研究和描述物體運動時選擇地面為參考系變得更加自覺.

3 教學設計思路及實踐

3.1 定性研究

學生既沒有接觸過相對運動問題的定量計算，也沒有接觸過追擊和相遇問題，因此部分學生對此情境不甚理解.這種情況下不能急于將解答呈現給學生，需要創造一種情境，讓學生在大腦里構建物理過程，抽象概括出物理本質并與相應的物理規律對應.于是帶領學生來到操場，從中抽出10個學生組成一支隊伍，教師站在隊伍的最末進行演示.先是將整個過程連續演示一遍，然后再分解演示，在分解演示的同時穿插簡要講解.實際上還沒有進行到分解演示相當一部分學生就已經明白問題所在了，等分解演示完畢，沒有一個學生不懂得其中的道理.

3.2 定量研究

定性研究較好地解決了練習所涉問題，但是又產生了新的問題：在實際生活生產中如何發現并解決問題呢？為此，啟發學生對需研究的情境結合所學知識開始方案設計.

要解決的問題：隊伍行進中的系列運動問題.

要測量的物理量：時間和距離.

要用到的工具：秒表和皮尺.秒表讀數保留整數，皮尺的最小分度是厘米，對于粗略測量只需保留到分米即可.

演示開始.

探究表明隊伍人數以10人左右為宜，人與人之間的距離盡量保持50cm.隊伍行進過程中要保持勻速直線運動和長度不變，可以讓學生喊口號行進，同時第一名同學到最后一名同學可以拉一根繩，步速以正常跑步速度最佳.

3.3 問題的解決及價值

在進行探究的過程中遇到了測量工具的使用，如何保持隊伍長度和速度不變，數據采集整理等問題.通過引導學生一起發現和解決問題使學生的知識體系得到了完善，同時發現和解決問題的能力也得到了提高.更為重要的是在真實的情境下學生獲得深刻的體驗，增強了建模能力和抽象概括物理本質的能力，對物理研究的方法有了直觀的感受.還通過對話、合作增進了師生、生生感情，尤其是對于剛進入高中的學生而言非常重要，也真正體現和落實了高效課堂的自主、合作和探究關鍵目標.

4 試題變式研究

變式1.試比較通訊員和隊伍的位移得到什么結果？試分析這種結果是必然還是偶然.

經過對比學生發現通訊員的位移跟隊伍的位移是一致的.產生這一結果的原因可以概括為通訊員最開始在隊伍的最前面，最終還是回到了原位置所以兩者位移必然相同.若以隊伍為參考系通訊員的位移為0.通過這個問題的解決及分析學生對參考系、位移這兩個概念的理解更為深刻.

變式2.以通訊員接到指令時為計時起點，畫出通訊員的x-t圖像（圖1）.

圖1 通訊員的x-t圖像

以通訊員接到指令時的位置為參考系，規定隊伍的行進方向為正方向.

學生對圖像進行描點是對學生基本功的根本要求.往往在一些實驗題中學生描繪圖像時五花八門，導致誤差極大，甚至出現錯誤.為了讓學生獲得合理分配縱橫坐標數據、規范作圖、考慮矢量曲線所在象限等基本作圖素養，特意購置了坐標紙供他們畫圖.然后讓他們跟原來在作業本上的手繪圖進行對比，讓學生看到自己發展的空間.這樣做對于高中物理初學者學科素養的發展極為有利，應當堅持和強調.

變式3.請指出通訊員位移為0的時刻.

方法1：解方程法.

方法2：讀圖法.

根據變式2的x-t圖像，如圖1，讀上述學生自畫圖像可知當x=0時，t≈37s.

通過引導學生運用第2種方法找到通訊員位移為0時的時刻，使學生明白解決物理問題除了列方程求解之外還可以通過作圖、讀圖解決.同時也切身體會到作圖規范、精準的重要性.在配有圖像的練習中，很多問題可以無需運用物理規律列出方程進行繁雜的計算，完全可以通過讀圖發現規律找到答案.通過物理圖像可以直觀看出兩個量之間的變化趨勢，便于迅速找到問題解決的突破口.

5 面向高一新生的物理課堂教學思考

5.1 以矢量教學為起點發展學生物理觀念，為高中物理學習奠基

物理量的矢量性是高一新生物理學習遇到的第一個臺階，掌握熟練了，理解透徹了，分析運算時養成了，那么很快就能夠適應高中物理的學習，否則這個適應的過程可能會變得更長更曲折.如何讓學生接納矢量，或者說將矢量這一物理量屬性整合進自己的知識體系中顯然是不容易的事情.實踐表明，結合物理現象、物理過程中體現出來的相應物理量的效果，所概括的本質讓學生進行正反對比，多維考查能夠加快學生認知進度，迅速發展學生物理觀念核心素養.

5.2 創設物理情境，讓學生與物理現象、過程直接對話獲得對知識的深刻體驗

教師不應是知識的傳遞者、灌輸者，“應有能力為學習提供‘可能性’”，［2］激勵、點燃、喚醒學生.學生置于精心創設的情境中與現象、過程直接對話獲得第一手材料，能夠引發認知沖突發現問題激發求知欲.當然即便是精心創設的情境，問題的生成也還是非常精彩和豐富的，絕不會一成不變機械僵化，所以讓學生融入情境中簡約典型地重履科學家進行科學研究的過程以獲得直接的體驗，能夠幫助學生恰當地將習得的知識整合進自己的知識體系，豐富完善和改進原有的知識，對于提升學生思維品質，提高問題解決能力具有關鍵意義.實際上，學生不僅應該與物理現象、過程對話，還應當與教材的編寫者對話（閱讀教材），與實驗器材對話（觀察和思考每一種器材的結構、功能以及拓展）等，通過這些有益的對話學生直接面對知識，真正成為學習的主體.

5.3 構建思維型課堂，讓深度學習發生

思維型課堂教學強調課堂教學中師生活動的核心是“思維活動”；強調教學中應通過引發學生積極思考、主動探究來加速認知過程.［3］問題的發現及解決過程，教師都要引導學生對自己的思維軌跡進行反省，實現思維監控，不斷規范自己的思考方式，促進學習動機，加強對知識的理解以及增強質疑批判意識和水平.學生和教師都不能滿足于問題的解決，要通過反思對比，抽象概括成功案例以及新情境的物理本質，實現知識遷移應用，使知識真正成為自己的知識體系中的有效部分.基于“生動的問題情境、交互的具身體驗、意義的自主整合、批判的自我反思和真實的問題解決”［4］的思維型課堂能夠使學生達到深度沉浸思考、自主建構新的知識體系，對新知識形成過程進行反思以理解其中蘊含的思想方法和科學精神，從而實現思維由單點向多點，由淺層向深度，由低階向高階的高品質轉化，教師要改革自己的課堂引導學生進行深度學習.