2023年全國高考乙卷理綜第25題的評析與思考

鄧 偉

(重慶市開州中學,重慶 405499)

2023年高考全國理綜乙卷物理試題全面落實教育立德樹人的根本任務.加強教考銜接,遵循課程標準,依托中國高考評價體系,注重深化物理基礎;增強探究性,突出科學思維考查和科學素養(yǎng)考查,注重物理方法的培養(yǎng),引導教學注重作業(yè)題、訓練題減量提質(zhì),減少“重復、機械刷題”,促使教學把教材內(nèi)容講全講透,提升課堂效果,形成學生必備知識與關鍵能力.而高考壓軸題作為一份試卷的精華所在,也是高考命題的風向標,最能體現(xiàn)高考的命題意圖和思想.試題分析就是一線教師與命題者的間接“對話”,應充分理解考題的設計意圖,從而對高中物理教學發(fā)揮更加明確的導向作用.

1 原題重現(xiàn)

圖1 2023年全國乙卷理綜第25題圖

(1)第一次碰撞后瞬間小球和圓盤的速度大小;

(2)在第一次碰撞到第二次碰撞之間,小球與圓盤間的最遠距離;

(3)圓盤在管內(nèi)運動過程中,小球與圓盤碰撞的次數(shù).

2 試題評析

2.1 命題意圖

落實物理學科核心素養(yǎng)是2023年全國乙卷理綜第25題命題的最大亮點,物理觀念和科學思維是物理學科核心素養(yǎng)的重要組成部分.培養(yǎng)學生的物理觀念,決定著學生對物理知識理解的深入度和應用的靈活性,對學生終生的學習和發(fā)展具有重要作用;培養(yǎng)學生的科學思維,讓學生能夠?qū)δＰ徒?gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素和科學思維方法有機整合.本題直觀考查了彈性碰撞相關知識,深入考查了物理觀念中的物質(zhì)觀、運動觀、能量觀和科學思維中的模型建構(gòu)、科學推理等核心素養(yǎng)的重要方面.在熟悉的情景中,注重考查了學生是否具有獨立思考、分析問題和靈活解決問題的科學思維能力.引導物理課堂應跳出題海戰(zhàn)術(shù),樹立學生正確的思維方式,提高學生物理學科核心素養(yǎng),為學生的終生發(fā)展奠基.

2.2 試題釋疑

本題的疑點是第(3)問.小球反復地追擊圓盤并發(fā)生彈性碰撞,體現(xiàn)在運動過程復雜、多次彈性碰撞的計算難度大,用常規(guī)的分段分析的方法解答,耗時多,因此對思維方法、規(guī)律把握、解題方法和計算要求較高.因此,突破疑點應抓以下幾個方面:第一,除碰撞瞬間,小球做加速度為g的勻變速直線運動,圓盤做對應階段的勻速運動;第二,受限條件是管的總長度20l,但注意圓盤初始位置離上管口為l,可以通過圓盤向下運動的位移與這一條件建立聯(lián)系;第三,圓盤運動中受力平衡,小球在管中下降減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為小球、圓盤的動能;第四,每相鄰兩次碰撞的時間相同,每次碰撞前后瞬間小球、圓盤的相對速度大小相等,方向相反,即深度掌握和熟練應用彈性碰撞規(guī)律.

2.3 試題解析

分析第(1)問體現(xiàn)了基礎性,考查了勻變速直線運動(自由落體)和典型碰撞模型彈性碰撞,突顯物理學科核心素養(yǎng)中的運動觀與模型建構(gòu)能力.本問物理情景、運動規(guī)律學生較熟悉,解答方法較多,比較容易.學生存在的問題是對“一動一靜”式彈性碰撞的方程不會解或沒有記住碰撞后的速度關系.

(2)類比成追擊相遇問題,利用v-t圖像求解.

分析第(2)問在第(1)的基礎上,由單一物體的運動變成兩個物體的運動,除了運動與碰撞外,還增加圓盤的受力平衡,難度加大.結(jié)合(1)問碰撞后的速度和圓盤的受力情況,也較為容易分析出小球和圓盤的運動情況.解答的方法較多,應用v-t圖像求解簡便、省時.學生存在的問題是第(1)問的速度沒有算出,無法進行后續(xù)分析.

(3)本問是本題的分水嶺,采用多種方法求解.

解法1常規(guī)解法,分段分析

解法2 歸納法與能量的結(jié)合

解法3利用v-t圖像

分析第(3)問綜合難度大,小球反復地追擊圓盤并發(fā)生彈性碰撞,運動過程復雜、多次彈性碰撞的計算難度大.這就要求學生真正理解彈性碰撞的特點,同時全局把握小球、圓盤的運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化情況,從而選擇合適的解題方法.解法1是大多數(shù)學生都能想到的,但解答過程復雜、耗時多,不能完整解答;解法2從整體上分析得出碰撞后瞬間小球、圓盤的速度“通項式”和能量轉(zhuǎn)化關系,解答較為容易,但學生不易想到;解法3利用v-t圖像,解法簡潔直觀、思路清晰、運算簡單,解答效率更高,且運動學圖像也是學生較熟悉的,但不少學生不習慣利用圖像輔助解題[1].學生存在的問題是本問綜合性強、難度大,物理過程分析不清,甚至較多學生無時間分析而放棄.

3 教學思考

3.1 解題思維障礙分析

物理教學過程是引導學生進行觀察、分析、解決問題的過程.然而,在教學過程中,時有學生反映如下問題:(1)課堂上講的內(nèi)容能夠理解,但是再次碰上相同或者相似模型時,卻感到熟悉又無奈;(2)刷了很多習題,但是解題過程依然處處碰壁;(3)解題過程中認為思路是對的,結(jié)果發(fā)現(xiàn)解答不下去,半途而廢.以上反映在多次彈性碰撞類問題中更為突出.說明學生并沒有從學習活動中獲取解決問題的關鍵能力,主要表現(xiàn)在套用模型導致解題思路固化的思維障礙. 在學習構(gòu)建模型過程中,很多學生選擇把模型記住,在解題過程中直接把記憶中的模型和對應的規(guī)律進行復述.而實際問題的情境是多變的,所需要構(gòu)建的模型也是相應變化的,應用的規(guī)律、解題的方法也隨之而變,因此學生的思維在此處脫節(jié),造成了思維上的障礙.這說明學生對模型的分析不夠深入,對規(guī)律不能類化、遷移,從而影響解題.

3.2 思維障礙突破策略

隨著新高考的不斷深化,必須正視高考對教學的引導功能.如果教師還只停留在教給學生知識,而不注重學生分析問題和解決問題能力的提升、解答方法的引導,稍為靈活的試題或壓軸題就會成為多數(shù)學生的分水嶺.在2023年全國乙卷理綜第25題第(3)問中,學生能夠感受到彈性碰撞模型很熟悉,想法可能也很多,但卻無法有效解決問題,熟悉的模型變得不再熟悉[2].

因此,物理學科的規(guī)律不是套路,解題過程更不能生搬硬套,而是要把握解決問題的規(guī)律.其中模型、條件可以根據(jù)實際情境千變?nèi)f化,但是解題的規(guī)律卻是相對穩(wěn)定的,分析透物理規(guī)律,才能選擇靈活的解法.如何利用學科關鍵能力解決物理問題是教學中的重要目標,可以把每個綜合問題(大題)都可分解為多個小問題(小題),即采用“大題小做”的問題解決模式(如圖2),對問題的分析將更具有可行性.

圖2 大題小做思維流程圖

以本題為例.此問涉及多對象、多階段、多規(guī)律的復雜運動,學生看完問題后思維容易混亂.若采用大題小做的問題解決模式,本題的思路就比較清晰了.如小題1,小球做自由落體運動,列勻變速直線運動方程;小題2,小球與圓盤發(fā)生彈性碰撞,列動量守恒和動能守恒方程;小題3,由小題2的結(jié)果可得小球做豎直上拋運動,圓盤受力平衡做勻速直線運動,類似追擊相遇問題,小球先向上減速然后向下加速追上圓盤并發(fā)生第二次碰撞,列小球、圓盤位移相等方程、勻變速直線運動速度關系,彈性碰撞動量守恒、動能守恒方程;小題4,小球第二次碰撞后瞬間的速度為0,做自由落體運動,圓盤以第二次碰撞后瞬間的速度做向下勻速直線運動.小球追上圓盤發(fā)生第三次彈性碰撞,列式與小題3相似;再續(xù)分小題,分析思路與小題3、4類似,這就是基本解法.通過基本解法中碰撞前后小球、圓盤的速度關系分析,能量情況分析,可以靈活選擇其他解法.

4 結(jié)束語

高考試題是經(jīng)過命題專家深思熟慮的結(jié)果,經(jīng)典模型[3]不按“套路”出牌,常考常新是高考試題的亮點.通過對2023年全國高考乙卷理綜第25題分析,可以看出試題以經(jīng)典的彈性碰撞模型為基礎,通過受力分析、運動情況分析、能量角度的思考,考查綜合分析能力、情景類比遷移能力、計算能力、識圖作圖能力等,充分落實物理學科核心素養(yǎng)中的物理觀念和科學思維中的運動觀、能量觀、模型建構(gòu)等方面能力要求.雖然本題物理模型、情景熟悉,但是卻對學生必備知識、關鍵能力的要求很高,需要學生能夠靈活分析,巧妙解答.這就要求教師在課堂教學中既要立足于基礎,即立足于物理的基本概念、基本規(guī)律、基本方法和基本技能,又要重視思維方法的引導、拓展,解題方法的訓練與提升.高考注重能力的考查,實際上是考查學生對基本知識、基本技能的理解、掌握和結(jié)合實際的靈活運用.對待基礎知識,一應理解和應用,二應注重歸納與建構(gòu),三應綜合與遷移,落實學科關鍵能力的培養(yǎng).