基于情境創設 立足模型建構 彰顯科學思維

摘 要：文章對2022年江蘇高考一道物理選擇題進行剖析，通過試題解構、模型建構、溯本追源解決問題，領略高考對關鍵能力的考查，欣賞高考題的魅力和美，引導教師在教學中注重培養學生科學思維，提高學生物理素養以及欣賞物理美的能力.

關鍵詞：情境創設；模型建構；科學思維

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）19-0102-03

高考物理試題對高中物理教學具有極強的示范導向作用.其中，科學思維能力是考查的主要方向之一，注重通過靈活解決問題檢驗學生科學思維.分析2022年江蘇高考一道物理選擇題，“情境+建模”成為主要特色，試題設計鮮明，體現“源于教材、高于教材”的命題理念.本文對該題進行剖析，探究通過解構問題、建構模型解決問題，以期對高中物理教學有所啟示.

1 試題呈現

（2022·江蘇高考）如圖1所示，輕質彈簧一端固定，另一端與物塊A連接在一起，處于壓縮狀態，A由靜止釋放后沿斜面向上運動到最大位移時，立即將物塊B輕放在A右側，A、B由靜止開始一起沿斜面向下運動，下滑過程中A、B始終不分離，當A回到初始位置時速度為零，A、B與斜面間的動摩擦因數相同、彈簧未超過彈性限度，則（" ）.

A.當上滑到最大位移的一半時，A的加速度方向沿斜面向下

B.A上滑時，彈簧的彈力方向不發生變化

C.下滑時，B對A的壓力先減小后增大

D.整個過程中A、B克服摩擦力所做的總功大于B的重力勢能減小量

圖1 斜面A、B物體運動

2 試題解析

2.1 試題命制思路與特點

（1）突出價值導向，注重考查核心素養，注重解決真實問題，為考生搭建展示能力與素養的平臺.

（2）突出建模思想，試題通過情境設置，將“簡諧運動、力的分配協議”等高中重要模型融為一體.

（3）滲透科學思維，高效解決問題需要對題目進行科學分析、問題解構，以期在頭腦中建構準確的物理圖景.

試題旨在考查學生解構問題、建構圖景、靈活解決問題的能力.

2.2 試題解構

（1）A、B由靜止開始一起沿斜面向下運動，下滑過程中A、B始終不分離.說明彈簧全程被壓縮，選項B正確.

（2）A單獨上滑的過程等效于簡諧運動，故上滑到最大位移一半的位置為平衡位置，加速度為0.選項A錯誤.

（3）A、B下滑過程中，由于與斜面的動摩擦因數相同，如果沒有彈簧，A、B之間沒有作用力.A、B之間作用力來源于彈簧對A的彈力.滿足力的分配協議，有FA對B=mBmA+mB·F彈，選項C錯誤.

（4）根據動能定理，由于始末速度為0，A、B系統克服摩擦力做的功等于B的重力勢能的減少量，選項D錯誤.

A、C選項的設置使試題的難度及品質明顯提升.究其實質，能否通過題干判別物體A沿斜面上升的全過程中，彈簧皆處于壓縮狀態是解決問題的前提，識別、建構簡諧運動與滿足力的分配協議是成功的關鍵.

運用常規解法，在高考有限時長中，幾乎是不可能完成的任務，但如果對問題解構，進行模型建構，則問題解決簡潔明了，這正是高考題的魅力與迷人之處.

3 溯本追源

3.1 簡諧運動

人教版高中物理選擇性必修一第二章第3節“簡諧運動的回復力和能量”中指出：物體做簡諧運動的動力學表達式為F=-kx.

在課后“做一做”中，設置問題情境.

解析 令向下為“+”，小球靜止時，mg=kh.將小球在彈簧彈性限度內向下拉離平衡位置x，松開手，分析小球受力有F=-k（x+h）+mg=-kx，故小球將做簡諧運動，式中k是彈簧的勁度系數.

拓展1 如圖2，如果輕彈簧一端固定置于光滑斜面上端，另一端系住小球且處于平衡狀態，在彈簧彈性限度內將小球沿斜面向下拉開一段距離，松開手，小球將做簡諧運動[1].圖2 斜面彈簧振子

拓展2 如果輕彈簧一端固定置于粗糙程度相同的斜面上端，另一端系住小球且處于平衡狀態，現在在彈簧彈性限度內將小球沿斜面向下拉開一段距離，松開手，在小球上行的過程中，小球運動為簡諧運動的單向部分.

3.2 力的分配協議

物理原型：如圖3，質量分別為mA、mB的A、B兩物塊用輕線連接，放在傾角為θ的斜面上，用始終平行于斜面向上的拉力F拉A，使它們沿斜面勻加速上升，A、B與斜面間的動摩擦因數均為μ.試分析輕線上的張力[2].

解析 令輕線的張力為FT，對A、B整體分析：F-（mA+mB）gsinθ-μ（mA+mB）gcosθ

=（mA+mB）a

得：a=F（mA+mB）-gsinθ-μgcosθ

分析B：FT-mBgsinθ-μmBgcosθ=mBa

得：FT=mBmA+mB·F.可知FT大小與θ、μ無關，mB越大，mA越小，FT越大.

此“協議”與有無摩擦無關（若有摩擦，兩物體與接觸面的動摩擦因數必須相同）；與有無斜面傾角無關；與兩物體間有無連接物、何種連接物（輕繩、輕桿、輕彈簧）無關.

4 培基固本

4.1 簡諧運動

如圖4，粗細均勻的一條木筷，下端繞幾圈鐵絲，豎直浮在較大的筒中.把木筷往上提起一段距離后放手，木筷在水中上下振動，試證明其是否為簡諧振動.圖4 豎直浮在水中的木筷

解析 令水的密度ρ，木筷的橫截面積為S，靜止時浸入水中深度為h0，則mg=ρgSh0.

設木筷離開平衡位置位移為x，方向豎直向下，此時木筷受合力為F=mg-ρgS（h0+x）=-kx.

故：木筷在水中上下做簡諧振動，且k=ρgS（由木筷本身和液體共同決定）.

4.2 力的分配協議

如圖5，F1與F2分別作用在水平放置的1、2兩物體上且方向相反，如果F1gt;F2且整體向左加速運動，試分析1、2兩個物體之間的作用力大小.

解析 （1）如果地面光滑，整體分析有a=

F1-F2m1+m2，方向向左；

分析2物體有a=T-F2m2，解得T=m2F1+m1F2（m1+m2）.

（2）如果地面粗糙且動摩擦因數為μ，整體分析有

a=F1-F2-μ（m1+m2）g（m1+m2），

分析2物體有，

a=T-F2-μm2gm2，

解得T=m2F1+m1F2（m1+m2）.

5 教學啟示

來源于“真實”的高考題注重考查學生解決問題的能力，而問題解構、模型建構與應用，則是解決問題的必由之路.這啟示我們在物理教學中，應重視模型建構教學、重視教材和重視解構問題.

5.1 重視模型建構教學

“厚積而薄發”，學生欲提升解決問題的能力，順利通過物理高考，在平常的教與學過程中，要注重模型建構.教師為學生提供真實、鮮活的原始問題，繼而有針對性地引導學生對問題簡化、純化，建構模型，尋找復雜事物后面隱藏的簡潔的物理規律.

5.2 以本為本，重視教材

高考試題命制遵循“源于教材、高于教材、理在教材”的原則，因此，教學中應立足教材，充分運用教材資源，一定要回歸課本，做到章節過關、知識點過關，重視課本中的例題與課后問題與練習，注意解題規范，應反復研讀課本，加深對概念、規律的理解、掌握及應用.

5.3 認真讀題，解構問題

基于情境命制的物理試題，過程看似復雜，其實可以解構為若干單對象、單過程事件，將“復雜問題簡單化”，實現“文字敘述——物理事件——數理解決”方向的轉化.

6 結束語

物理是鮮活與美的！紛繁復雜的物理現象后面隱藏著簡潔的物理規律，對問題認識越深刻，得到的規律越簡潔.

作為教師，我們應該基于對“物理”的透徹理解，以更高的站位、更廣的視域研究問題，通過解構問題、模型建構、數圖結合簡潔解決問題.

參考文獻：

［1］ 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書：物理選擇性必修第一冊［M］.北京：人民教育出版社，2020：42-45.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書：物理選擇性必修第一冊［M］.北京：人民教育出版社，2020：101-102.

［責任編輯：李 璟］