構(gòu)建物理模型 落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)
——以2021年福建高考物理壓軸題為例

朱聯(lián)星

（晉江市季延中學(xué)，福建晉江 362216）

2021年福建省高考物理是“學(xué)考和選考”實(shí)行改革后的第一次命題，物理學(xué)科選考堅(jiān)持福建省高考改革方向和高校人才選拔要求的基礎(chǔ)上平穩(wěn)過渡，確保新選考的平穩(wěn)實(shí)施.最后一題第15 題的壓軸題，集中考查了學(xué)生模型建構(gòu)和科學(xué)推理等物理核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)了普通高中物理課程教育改革的新理念.［1］引導(dǎo)高中物理教師教學(xué)中要從物理核心素養(yǎng)的角度來培養(yǎng)學(xué)生的基本物理觀念和提升建構(gòu)物理模型的能力.本題設(shè)立3 個(gè)小題，并具有一定梯度，以提高試卷對考生的區(qū)分度，有利于一流高校選拔拔尖新生.下面對第15題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的教學(xué)策略，以期為高三的復(fù)習(xí)提供借鑒.

1 試題分析

1.1 原題呈現(xiàn)

例題.如圖1，同一豎直平面內(nèi)A、B、M、N4點(diǎn)距O點(diǎn)距離均為，O為水平連線AB的中點(diǎn)，M、N在AB連線的中垂線上.A、B兩點(diǎn)分別固定有一點(diǎn)電荷，電荷量均為Q（Q＞0）.以O(shè)為原點(diǎn)，豎直向下為正方向建立x軸.若取無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，則ON上的電勢φ隨位置x的變化關(guān)系如圖2所示.一電荷量為Q（Q＞0）的小球S1以一定初動(dòng)能從M點(diǎn)豎直下落，一段時(shí)間后經(jīng)過N點(diǎn)，其在ON段運(yùn)動(dòng)的加速度大小a隨位置x的變化關(guān)系如圖3所示.圖中g(shù)為重力加速度大小，k為靜電力常量.

圖1

圖2

圖3

（1）求小球S1在M點(diǎn)所受電場力大小.

（3）現(xiàn)將S2固定在N點(diǎn)，為保證S1能運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)與之相碰，S1從M點(diǎn)下落時(shí)的初動(dòng)能須滿足什么條件？［2］

1.2 命題意圖

本題以帶電小球在兩個(gè)等量同種點(diǎn)電荷形成的電場中沿豎直方向做變速運(yùn)動(dòng)為背景，通過φ x圖像和a x圖像隱含關(guān)鍵信息，試題設(shè)置的創(chuàng)新性，加大試卷的難度、區(qū)分度、信度和效度.考查內(nèi)容涉及庫侖定律、力的合成和分解、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能和動(dòng)能定理、動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律、彈性碰撞、能量守恒定律、等量同種電荷的場強(qiáng)、電勢等主干知識(shí)，能綜合應(yīng)用上述知識(shí)解決實(shí)際問題以達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中物理觀念的4 級(jí)水平.要求考生深刻理解所描述的物理情境，并根據(jù)圖像獲取有效信息，在此基礎(chǔ)上利用對稱思想深入分析帶電小球的運(yùn)動(dòng)過程，側(cè)重考查等量同種電荷和彈性碰撞模型建構(gòu)、推理分析論證及創(chuàng)新能力，要求達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)思維的4 級(jí)水平.［3］本題能很好地服務(wù)于一流高校選拔拔尖人才和引導(dǎo)高中物理教學(xué).

1.3 試題分析

第（1）小題較為基礎(chǔ)，要求考生只要掌握庫侖定律和力的合成等基本知識(shí)即可求解.第（2）小題涉及兩質(zhì)量相等小球的彈性碰撞，要求考生利用動(dòng)量守恒和能量守恒定律得到兩球速度交換的結(jié)論.為求解碰撞前小球S2的動(dòng)量大小，還需從圖3中獲取有效信息求出小球的質(zhì)量.這是本小題的難點(diǎn).第（3）小題要求考生利用對稱思想，從圖像中分析出小球S1運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)時(shí)的速度必須大于零，然后通過動(dòng)能定理即可順利求解.

1.4 錯(cuò)因分析

可見考生由于對核心物理概念理解不深刻，基本物理規(guī)律掌握不扎實(shí)，第（1）小題考查基礎(chǔ)知識(shí)，有的考生一看到壓軸題就產(chǎn)生恐懼心理直接放棄求解，實(shí)屬可惜.要求考生根據(jù)自己的能力科學(xué)地定位，力爭取得最佳成績.考生缺乏抽象建構(gòu)出正確的等量同種電荷和彈性碰撞構(gòu)物理模型，造成情境化試題無法獲得理想的分?jǐn)?shù).

考生信息獲取能力不足，圖像閱讀能力薄弱，無法準(zhǔn)確獲取φ x、a x圖像中的關(guān)鍵信息，直接影響進(jìn)一步的作答，造成較嚴(yán)重的失分.

2 教學(xué)策略

2.1 加強(qiáng)創(chuàng)設(shè)學(xué)科素養(yǎng)的問題情境教學(xué)，提高模型建構(gòu)能力

亞里斯多德曾說過：“思維始于疑問與驚奇，問題啟動(dòng)于思維”.物理教學(xué)應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)能夠激發(fā)學(xué)生好奇心，能夠促使學(xué)生積極順應(yīng)的物理情境，使物理課堂更具趣味性，讓學(xué)生感受物理學(xué)的美妙，進(jìn)而形成終身學(xué)習(xí)的意愿，促進(jìn)終身發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力的養(yǎng)成，體現(xiàn)物理學(xué)科教育在立德樹人中的作用.［4］基于社會(huì)活動(dòng)和真實(shí)的生活實(shí)踐情境設(shè)置的物理問題，是高考物理命題的熱點(diǎn)，是物理學(xué)科應(yīng)用性考查的重要路徑.物理情境化試題將物理概念，規(guī)律等知識(shí)與真實(shí)問題情境有機(jī)融合，以考查考生對物理概念，規(guī)律等知識(shí)理解與應(yīng)用能力、是理論與實(shí)際相聯(lián)系的試題.在物理教學(xué)中強(qiáng)化知識(shí)與真實(shí)情境的關(guān)聯(lián)，可以讓物理學(xué)習(xí)過程變得生動(dòng)而有意義.物理試題的情境材料來源廣泛，既關(guān)注身邊生活生產(chǎn)實(shí)踐，也關(guān)注最新科技發(fā)展成果和物理史上科學(xué)家的科學(xué)研究方法等.從而體現(xiàn)物理學(xué)科廣泛應(yīng)用性的角度，物理教師要關(guān)注物理科技的前沿信息和物理史上科學(xué)家的科學(xué)研究方法，挖掘生活生產(chǎn)實(shí)踐、最新科研成果中能體現(xiàn)社會(huì)價(jià)值和物理學(xué)科價(jià)值的信息，并將其融合到物理教學(xué)實(shí)踐中，從而拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，讓物理走向生活，引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)以致用，將物理知識(shí)與真實(shí)情境進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，以提高學(xué)生對物理學(xué)科的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到提高學(xué)生物理模型構(gòu)建的目的，在真實(shí)問題的解決中促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成.

2.2 加強(qiáng)多方位、多角度、多層次的審題訓(xùn)練，提高信息獲取能力

讀題審題貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過程的環(huán)節(jié)，是綜合獲取信息、分析信息、和處理信息的重要過程，也是解決問題的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，加強(qiáng)審題訓(xùn)練的核心、在于訓(xùn)練學(xué)生通過閱讀題目的文字?jǐn)⑹觥D像從中獲取關(guān)鍵信息，并與所掌握的物理知識(shí)建立聯(lián)系，為構(gòu)建物理模型或推理論證提供基礎(chǔ).仔細(xì)閱讀及相關(guān)的圖示教學(xué)中，除加深對物理必備知識(shí)的理解之外，還可以從以下3 個(gè)方面對學(xué)生加強(qiáng)審題訓(xùn)練：（1）加強(qiáng)審題示范指導(dǎo)，示范是學(xué)習(xí)的一種主要方式，在解題以及解決問題的教學(xué)中，教師不僅要進(jìn)行解題過程的表達(dá)示范、更要注重讀題審題的過程示范.①教師通過示范分析關(guān)鍵詞語、挖掘隱含條件、排除干擾因素后，對題目便有清晰的全面認(rèn)識(shí)過程.看清關(guān)鍵詞，如“緩慢”、“勻速”、“足夠長”、“至多”、“至少”、“剛好”、“最大”、“最小”、“物體與彈簧”是連接或接觸、接觸面“是粗糙或光滑”等；挖掘出題目中關(guān)鍵詞語隱含的條件，如：“剛好不分離”隱含兩物體仍然接觸，彈力為0，且加速度和速度分別相等；“剛好不相撞”隱含物體最終速度相等或者接觸時(shí)速度相等；最后確定研究對象、提取有效信息、構(gòu)建物理模型及要解決的核心問題.②展示教師審題的思維過程：過程分解，注意利用過程銜接點(diǎn)的聯(lián)系；對象拆分，選取研究對象和尋找相互聯(lián)系；情境圖示，形象直觀地展現(xiàn)物理過程，把抽象思維轉(zhuǎn)化為形象思維，將復(fù)雜題目化難為易；模型提煉，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為理想化的物理模型，然后運(yùn)用物理、數(shù)學(xué)知識(shí)求解.以達(dá)到開拓學(xué)生思維的廣度和深度、培養(yǎng)學(xué)生對關(guān)鍵信息的敏感度，為學(xué)生審題能力的形成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).（2）提供給學(xué)生自主命題的機(jī)會(huì)，激起學(xué)生變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，變“教師考學(xué)生”為“學(xué)生考學(xué)生”.同時(shí)學(xué)生既是評價(jià)者又是被評價(jià)者，做到集思廣益.在這一學(xué)習(xí)過程提高了學(xué)生的閱讀理解能力和審題能力.學(xué)生命題的過程是一個(gè)積極思考、物理模型構(gòu)建的深度學(xué)習(xí)過程，學(xué)生不但能知其然，而且能知其所以然，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科的核心素養(yǎng).（3）提供“說題”交流機(jī)會(huì)，讓學(xué)生“動(dòng)”起來.激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，將課堂還給學(xué)生.說說自己命題的意圖，展示自己的思維過程；鼓勵(lì)不同學(xué)業(yè)水平的學(xué)生進(jìn)行省、市質(zhì)檢試題和高考試題的“說題”，說對題目的解讀、說所考查的知識(shí)、關(guān)鍵的信息及存在的“陷阱”等.通過學(xué)生“說題”，突顯學(xué)生思維過程，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)存在的思維障礙，進(jìn)而可進(jìn)行更有效的教學(xué)，讓學(xué)生真正成為課堂的主人.