“三新”背景下避免“機(jī)械刷題”的探索
——以高三物理習(xí)題設(shè)計(jì)為例

劉智勇 李 剛

(四川省攀枝花市第七高級(jí)中學(xué)校)

“機(jī)械刷題”是指學(xué)生在未形成物理觀念、掌握物理規(guī)律的條件下,重復(fù)完成大量的習(xí)題或者考試,企圖用“刷”這一簡(jiǎn)單體力勞動(dòng)代替“學(xué)”的過(guò)程。“機(jī)械刷題”是一種極其低效的學(xué)習(xí)方式,會(huì)擠占學(xué)生大量的休息時(shí)間,影響學(xué)生身心健康發(fā)展;另一方面學(xué)生在刷題過(guò)程中沒(méi)有對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度思考,不能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)情境問(wèn)題。

隨著新課程、新教材、新高考的全面推進(jìn),中國(guó)教育正式步入了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的新階段。因此對(duì)于“三新”背景下的高三物理習(xí)題設(shè)計(jì)而言,如何聚焦必備知識(shí),強(qiáng)化關(guān)鍵能力就變得尤為重要!高質(zhì)量的習(xí)題可以優(yōu)質(zhì)、高效地培養(yǎng)學(xué)生必備知識(shí)和關(guān)鍵能力,避免“機(jī)械刷題”。

我們以2022年高考全國(guó)甲卷物理試題改編題為例,說(shuō)明高三物理習(xí)題設(shè)計(jì)新模式。

一、強(qiáng)化必備知識(shí),形成物理觀念

【習(xí)題一】(2022·全國(guó)甲卷·34改編)如圖1,邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面,M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在的平面,一光線自M點(diǎn)射入棱鏡,入射角為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡,求:

圖1

(1)請(qǐng)寫出光通過(guò)不同介質(zhì)的折射公式,并找出題中的入射角和折射角;

(2)請(qǐng)寫出全反射臨界角公式,并在圖中標(biāo)出臨界角C;

(3)計(jì)算棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離。

【評(píng)注】根據(jù)SOLO分類理論(Structure of the Observed Learning Outcome,可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)),學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果按照思維從低到高分為五個(gè)不同層次:前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和抽象拓展結(jié)構(gòu)。我們?cè)O(shè)計(jì)習(xí)題要強(qiáng)化梯度問(wèn)題,完善物理觀念,讓思維層次處于前3級(jí)的同學(xué)能夠練有所獲。

圖2

由幾何關(guān)系有r+C=90°

在前兩問(wèn)理解題意、構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)平面幾何知識(shí)的運(yùn)算,強(qiáng)化了同學(xué)們的邏輯推理能力。

二、體驗(yàn)科學(xué)探究,培養(yǎng)關(guān)鍵能力

【習(xí)題二】(2022·全國(guó)甲卷·23改編)利用圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)碰撞過(guò)程進(jìn)行研究。讓質(zhì)量為m1的滑塊A與質(zhì)量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導(dǎo)軌上發(fā)生碰撞,碰撞時(shí)間極短,比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2,進(jìn)而分析碰撞過(guò)程是否為彈性碰撞。完成下列填空:

圖3

(1)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平,目的是__________________

;

(2)①如果滑塊A與滑塊B發(fā)生彈性碰撞,請(qǐng)寫出AB滑塊碰撞過(guò)程中滿足的方程____________________________,________________________;

②測(cè)得兩滑塊的質(zhì)量分別為0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后兩滑塊運(yùn)動(dòng)方向相反,應(yīng)選取質(zhì)量為_(kāi)_______kg的滑塊作為A;

(3)調(diào)節(jié)B的位置,使得A與B接觸時(shí),A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等;

(4)使A以一定的初速度沿氣墊導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),并與B碰撞,分別用傳感器記錄A和B從碰撞時(shí)刻開(kāi)始到各自撞到擋板所用的時(shí)間t1和t2;AB滑塊碰后的速度大小表達(dá)式:v1=________,v2=________(用題中出現(xiàn)的字母表示);碰撞前后滑塊A速度方向是否改變?我們還可以設(shè)計(jì)什么方法測(cè)量AB碰后的速度_____________________;

(5)將B放回到碰撞前的位置,改變A的初速度大小,重復(fù)步驟(4)。多次測(cè)量的結(jié)果如表所示;

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k=v1v20.31k20.330.330.33

(6)表中的k2=________(保留2位有效數(shù)字);

【詳解】

(1)物體碰撞前后均處于平衡態(tài)

(8)彈性碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒(滑塊A碰后速度反向),可得

m1v0=-m1v1+m2v2

三、創(chuàng)新推理論證,提升思維層次

【習(xí)題三】(2022·全國(guó)甲卷·18改編)空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直于紙面(平面)向里,電場(chǎng)的方向沿y軸負(fù)方向。一帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下,從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示,試回答下列問(wèn)題:

圖4

(1)判斷該帶電粒子的正負(fù)。

(2)該帶電粒子在P點(diǎn)(距離x軸最遠(yuǎn)點(diǎn))時(shí)受到的洛倫茲力與電場(chǎng)力大小是否相等?

(3)該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡OPQ是否為半圓?

(4)如果電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,帶電粒子在P點(diǎn)的速度大小為多少?

(5)P點(diǎn)到x軸的距離與OQ之間的距離之比為多少?

【評(píng)注】帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)與電場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng),如果受力不平衡,則粒子運(yùn)動(dòng)軌跡為滾輪線(最速落線);若粒子斜射入磁場(chǎng)(初速度與磁場(chǎng)既不垂直也不平行),則粒子做等距螺旋運(yùn)動(dòng)。本習(xí)題設(shè)計(jì)了5問(wèn),由淺入深,由易到難,既考查了必備知識(shí),也考查了關(guān)鍵能力,著力培養(yǎng)優(yōu)等生的創(chuàng)新思維,利用高中運(yùn)動(dòng)的分解處理,將復(fù)雜的滾輪線等效為兩個(gè)簡(jiǎn)單的分運(yùn)動(dòng)。要正確解答此題,對(duì)學(xué)生的推理能力和思維層次要求也很高。

【詳解】

(1)因?yàn)殡妶?chǎng)方向沿y軸負(fù)方向,帶電粒子向y軸正方向加速,所以粒子帶負(fù)電。

(2)不相等。假設(shè)該帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)受到的洛倫茲力與電場(chǎng)力相等,則軌跡應(yīng)為直線(做勻速直線運(yùn)動(dòng))。所以洛倫茲力與電場(chǎng)力不相等。

(3)軌跡不是半圓。

小球初速度為0,可以將此速度分解為向左的v1和向右的v2,有v1=v2。假設(shè)帶電粒子的電荷量大小為q,如果qv2B=qE,則帶電粒子的運(yùn)動(dòng)可等效為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng):一個(gè)是由v2引起的向右勻速直線運(yùn)動(dòng),另一個(gè)是由v1引起的順時(shí)針?lè)较騽蛩賵A周運(yùn)動(dòng)。所以軌跡不是半圓。

圖5

四、結(jié)語(yǔ)

高三物理習(xí)題的主要功能是讓學(xué)生通過(guò)練習(xí)熟練掌握學(xué)科必備知識(shí),不斷提升SOLO思維層次,培養(yǎng)關(guān)鍵能力,是教學(xué)過(guò)程的進(jìn)一步延伸和拓展,而不應(yīng)該理解為“簡(jiǎn)單的重復(fù)”。此類習(xí)題至少應(yīng)具備以下特征之一:(1)遵循認(rèn)知規(guī)律,即由已知到未知,由特殊到一般、從具體到抽象,能夠引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)建構(gòu)必備知識(shí)體系。(2)依托真實(shí)問(wèn)題構(gòu)建任務(wù)背景,培養(yǎng)學(xué)生理解能力和模型構(gòu)建能力。(3)有利于質(zhì)詢性問(wèn)題的提出,培養(yǎng)學(xué)生推理能力和探究、創(chuàng)新能力。