“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的物理習(xí)題重構(gòu)策略思考＊

鄭行軍

科學(xué)、合理、具有實(shí)效性的習(xí)題對(duì)于評(píng)價(jià)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平有重要的影響。隨著信息通信技術(shù)的高速發(fā)展，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主導(dǎo)的發(fā)展模式已經(jīng)深入到教育領(lǐng)域。如何將互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、新一代信息通信技術(shù)有效地融入到物理習(xí)題教學(xué)中，提高其有效性是當(dāng)下物理教學(xué)研究的一項(xiàng)重要課題[1]。基于大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)有的物理習(xí)題設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新與改革，使“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的人機(jī)交互、人工智能等教育形式在物理習(xí)題教學(xué)中成為可能，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+物理習(xí)題”教學(xué)新思路。

一、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的物理習(xí)題設(shè)計(jì)

1.以題型為主線重構(gòu)習(xí)題體系。物理習(xí)題是實(shí)際物理現(xiàn)象和規(guī)律的簡(jiǎn)化、科學(xué)抽象和理想化過(guò)程[2]，具有典型的模型化特征。而學(xué)生解答物理習(xí)題就是在模型化的物理情境中靈活地應(yīng)用物理知識(shí)和方法的過(guò)程，所以遵循認(rèn)識(shí)模型→分析習(xí)題→探究過(guò)程→得出結(jié)論的解題策略，是解答物理習(xí)題的有效之路。教師在設(shè)計(jì)習(xí)題時(shí)以物理模型為主線，引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地在物理情境中抽象出物理模型的解題意識(shí)，在命置與教學(xué)同步的練習(xí)檢測(cè)卷時(shí)，以題型為主線，對(duì)全章知識(shí)進(jìn)行模塊化梳理，形成一個(gè)思路清晰、結(jié)構(gòu)合理的習(xí)題資源系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生完成知識(shí)內(nèi)容的建構(gòu)、檢測(cè)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感價(jià)值觀等教學(xué)目標(biāo)。

案例1機(jī)械能習(xí)題命題規(guī)劃

根據(jù)章節(jié)知識(shí)特點(diǎn)、考綱要求和學(xué)生認(rèn)知水平，將全章習(xí)題規(guī)劃為基本概念、題型歸類、實(shí)驗(yàn)探究三個(gè)模塊重新歸類，以題型為全章習(xí)題主體，引導(dǎo)學(xué)生模型化解題意識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。（圖 1）

圖1

2.習(xí)題源分布設(shè)置呈現(xiàn)層次性和漸變性。習(xí)題的設(shè)計(jì)與選取是習(xí)題教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)。科學(xué)的習(xí)題設(shè)置有利于貫穿知識(shí)點(diǎn)，開闊思路，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，培養(yǎng)應(yīng)變能力，提高解題效率[3]。中學(xué)物理的學(xué)習(xí)無(wú)論是在知識(shí)深度上，還是在解決問(wèn)題的方法上，學(xué)生都需要一個(gè)逐步學(xué)會(huì)的過(guò)程。因此，習(xí)題設(shè)計(jì)要注重層次性和漸變性，教師可以根據(jù)教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生反饋的信息，按照學(xué)生思維能力、維度系數(shù)和教學(xué)時(shí)段等教學(xué)指標(biāo)，參照不同階段習(xí)題教學(xué)需達(dá)成的能力要求，劃分習(xí)題層次和創(chuàng)設(shè)由淺入深、由表及里的漸變式習(xí)題情境。習(xí)題層次間循序漸進(jìn)，緊密銜接；習(xí)題背景與學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)，通過(guò)不同的漸變式習(xí)題情境展現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生由邏輯推理過(guò)渡到抽象的試題情境，實(shí)現(xiàn)對(duì)陌生情境問(wèn)題的處理。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況把握好基礎(chǔ)題、中檔題、難題的比例，通過(guò)對(duì)不同層次習(xí)題的解答了解學(xué)生對(duì)知識(shí)和物理思維方法掌握的程度。

表2 習(xí)題題型分布的設(shè)置劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.細(xì)化習(xí)題設(shè)置結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)學(xué)生思維發(fā)展進(jìn)階。教學(xué)反饋與其他反饋途徑相比較，習(xí)題的教學(xué)反饋功能更加客觀，教師通過(guò)布置的習(xí)題作業(yè)，了解學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)和物理思維方法的掌握程度。習(xí)題考查的目的不僅能反映簡(jiǎn)單的結(jié)果對(duì)錯(cuò)和機(jī)械的公式呈現(xiàn)，而且能體現(xiàn)學(xué)生在解題中的過(guò)程分析和對(duì)物理方法的掌握程度。因此，習(xí)題的設(shè)置要進(jìn)一步細(xì)化到過(guò)程和思維方法層面，測(cè)驗(yàn)試題不僅能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握，還能體現(xiàn)他們對(duì)物理過(guò)程和物理方法的掌握及知識(shí)的遷移能力。

案例2兩類啟動(dòng)問(wèn)題習(xí)題細(xì)化設(shè)置

兩類啟動(dòng)問(wèn)題是中學(xué)物理功率部分一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，作為一個(gè)實(shí)際的物理情景，本節(jié)課的設(shè)計(jì)意圖在于培養(yǎng)學(xué)生利用物理規(guī)律宏觀地分析物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的能力[4],在分析過(guò)程中涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、圖象、瞬時(shí)功率、功能關(guān)系等知識(shí)，這對(duì)高一新生是一個(gè)比較難把握的知識(shí)點(diǎn)，因此，采用構(gòu)建模型的方法找出兩類啟動(dòng)中常見的動(dòng)體模型和問(wèn)題模型，幫助學(xué)生比較全面地掌握此類問(wèn)題的命題方向和解題策略，對(duì)提高學(xué)生解題效率、活化知識(shí)結(jié)構(gòu)是一種有效的教學(xué)手段。為了更好地反饋學(xué)生對(duì)動(dòng)體模型和問(wèn)題模型的掌握程度，進(jìn)行習(xí)題情境設(shè)置時(shí)采用細(xì)化手段。

習(xí)題設(shè)計(jì)：某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一種裝置用于提升貨物，如圖3所示，在水平面上固定一豎直桿，一繃緊的輕質(zhì)纜繩通過(guò)無(wú)摩擦的定滑輪O與在高處的電動(dòng)機(jī)相連，另一端和套在豎直桿上的質(zhì)量為m的貨物連接，開始時(shí)貨物靜止桿底端的A點(diǎn)。某時(shí)刻電動(dòng)機(jī)以恒定的功率P卷動(dòng)纜繩，拉著貨物沿桿由A運(yùn)動(dòng)到B，已知貨物運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的速度大小為v，此時(shí)纜繩與豎直桿的夾角為θ，貨物上升的高度為h，貨物與豎直桿間的摩擦力恒為f，則下述說(shuō)法正確的是（ ）

圖3

D.從A到B過(guò)程中貨物所受合力的大小和方向都在變化

①本題涉及的動(dòng)體模型是（ ）

A.水平面恒定功率啟動(dòng)問(wèn)題

B.水平面恒定牽引力啟動(dòng)問(wèn)題

C.豎直面恒定功率啟動(dòng)問(wèn)題 D.豎直面恒定牽引力啟動(dòng)問(wèn)題

E.斜面恒定功率啟動(dòng)問(wèn)題 F.斜面恒定牽引力啟動(dòng)問(wèn)題

②本題涉及的問(wèn)題模型有（ ）

A.涉及物體運(yùn)動(dòng)的最大速度、額定功率或阻力的物理量分析

B.涉及勻加速過(guò)程物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間的物理量分析

C.功率恒定時(shí)，涉及物體速度和加速度關(guān)系的物理量分析

D.涉及某時(shí)刻牽引力的功率或某段時(shí)間牽引力做的功

E.涉及恒定功率時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)位移與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系

③本題您選擇的答案是（ ）

問(wèn)4：您認(rèn)為通過(guò)該題目學(xué)習(xí)有哪些收獲？（簡(jiǎn)答題形式）。

習(xí)題的細(xì)化設(shè)置，不僅得到了習(xí)題答案，還能很好地反映學(xué)生在解題過(guò)程的思維、方法、技巧呈現(xiàn)，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的答題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提出智能化建議，并將數(shù)據(jù)適時(shí)反饋給教師，教師根據(jù)反饋的結(jié)果與建議，能更深層次地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)思維、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)認(rèn)知等信息，把握好后繼的教學(xué)著重點(diǎn)。

4.以變式、關(guān)聯(lián)重構(gòu)物理習(xí)題，觸發(fā)學(xué)生思維遷移。物理是一門以模型構(gòu)建的學(xué)科，所有物理現(xiàn)象和物理規(guī)律都會(huì)依據(jù)一個(gè)基本的物理模型而衍生拓展，因此，在習(xí)題命題時(shí)，應(yīng)根據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)，以模型為基本結(jié)構(gòu)，不斷附加相關(guān)信息，構(gòu)建習(xí)題支架。教師在進(jìn)行習(xí)題選取和設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)學(xué)生當(dāng)時(shí)的認(rèn)知發(fā)展水平，科學(xué)合理地選擇題源，對(duì)習(xí)題進(jìn)行再構(gòu)造，對(duì)題設(shè)條件信息合理延伸，不斷地變化知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維方法，引導(dǎo)學(xué)生突破解題思維定式，觸發(fā)思維遷移，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的螺旋式上升。

案例2關(guān)聯(lián)型習(xí)題設(shè)計(jì)

習(xí)題題源：如圖4所示，汽車通過(guò)輕質(zhì)光滑的定滑輪，將一個(gè)質(zhì)量為m的物體從井中拉出，繩與汽車連接點(diǎn)距滑輪頂點(diǎn)高h(yuǎn)，開始時(shí)物體靜止，滑輪兩側(cè)的繩都豎直繃緊，汽車以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到跟汽車連接的細(xì)繩與水平夾角為30°，則（ ）

圖4

A.從開始到繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力做功mgh

B.從開始到繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力做功mgh+mv2

C.在繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力功率為mgv

D.在繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力功率小于mgv

習(xí)題關(guān)聯(lián)變式設(shè)計(jì)：某拍攝組在浙江橫店拍攝動(dòng)作片，要求演員從地面飛到屋頂。如圖5所示，若特技演員質(zhì)量m=50k g，導(dǎo)演在某房頂離地H=12m處架設(shè)了滑輪組（人和車都視為質(zhì)點(diǎn)，且滑輪直徑遠(yuǎn)小于H），不計(jì)一切摩擦。若軌道車從圖中A勻速前進(jìn)到B，速度v=10m/s，繩B O與水平方向的夾角為53°，則由于繞在輪上細(xì)鋼絲的拉動(dòng)，使演員由地面從靜止開始向上運(yùn)動(dòng)。在車從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中（取g=10m/s2，sin53°=0.8）（ ）

圖5

A.演員上升的高度為1.5m

B.演員上升過(guò)程一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

C.演員最大速度為3m/s

D.鋼絲在這一過(guò)程中對(duì)演員做功為975J

試題設(shè)計(jì)分析：案例以斜拉牽引模型為基礎(chǔ)考查變力做功、運(yùn)動(dòng)合成與分解、功率、約束型系統(tǒng)中物體運(yùn)動(dòng)的位移關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)，題源以常規(guī)模型設(shè)置了信息條件進(jìn)行考查，學(xué)生易于找出解題的關(guān)鍵要素，物理量的定量關(guān)系偏于機(jī)械式，無(wú)法深入反映學(xué)生對(duì)物理量本質(zhì)關(guān)系的掌握程度。關(guān)聯(lián)變式題在斜拉牽引常規(guī)模型的基礎(chǔ)上引入電影拍攝的實(shí)際情境，使題目更貼近學(xué)生實(shí)際，為考查學(xué)生對(duì)題源中三個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)（運(yùn)動(dòng)的合成與分解、位移關(guān)系和動(dòng)能定理法求解變力做功）的掌握程度，本題在原有斜拉牽引模型的基礎(chǔ)上附加了滑輪組模型，通過(guò)對(duì)原有習(xí)題的重構(gòu)，能很好地檢測(cè)學(xué)生是否真正理解速度關(guān)系和位移關(guān)系的內(nèi)涵，從而提升其審題和綜合分析能力。

5.科學(xué)組合物理模型，加強(qiáng)學(xué)生推理與綜合分析能力。物理試題的一個(gè)重要功能是要考查學(xué)生能否把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題合理分解并找出它們之間的隱含聯(lián)系；能否提出解決問(wèn)題的方法，運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問(wèn)題。因此，在進(jìn)行習(xí)題命置時(shí)將兩個(gè)或幾個(gè)簡(jiǎn)單模型有機(jī)組合成一個(gè)新的習(xí)題也是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)思路。

案例3組合型習(xí)題設(shè)計(jì)

習(xí)題設(shè)計(jì)：科技的發(fā)展，使人類在其它星球上生活成為可能。未來(lái)某一天，有位同學(xué)在某星球表面做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，間接估算出他所在星球的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示，將一滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）放置于水平桌面上，滑塊底端安裝壓力傳感器，可直接測(cè)量出滑塊對(duì)桌面的壓力，對(duì)滑塊施加一斜向上的拉力使滑塊沿桌面向右加速運(yùn)動(dòng)，拉力傳感器可測(cè)量出拉力的大小。當(dāng)壓力傳感器讀數(shù)為0時(shí)，該同學(xué)記下拉力傳感器的讀數(shù)為F。已知滑塊與壓力傳感器的總質(zhì)量為m，拉力方向與水平方向的夾角為θ，該星球的半徑為R，引力常量為G，由上述信息可判斷出以下結(jié)論正確的是（ ）

圖6

習(xí)題設(shè)計(jì)：如圖7所示，在水平地面上固定一光滑斜面，斜面由豎直部分A B和傾斜部分B C組成，已知豎直部分A B高度差H=1.25m，斜面傾角θ=37°。一同學(xué)將一根光滑金屬桿彎成圖示形狀放置于斜面上，相應(yīng)的曲線方程為y=-x2（單位：m），桿的頂端與斜面的A點(diǎn)銜接，桿的底端恰好與斜面接觸但留有一小空隙，讓一小環(huán)a套在桿上由金屬桿的頂端無(wú)初速下滑，環(huán)滑至軌道底端時(shí)，由于環(huán)和斜面發(fā)生碰撞，使其只保留斜面方向的分速度，已知重力加速度為g，忽略空氣阻力，求：

試題設(shè)計(jì)分析：試題組合了三個(gè)基本模型-萬(wàn)有引力定律、圓周運(yùn)動(dòng)和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，以重力加速度為關(guān)聯(lián)量考查了力的合成、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及萬(wàn)有引力定律。組合題型的分析要求學(xué)生首先要了解基本模型的解題策略，然后以關(guān)聯(lián)量為橋梁聯(lián)立求解，即可突破此題的思維障礙。

6.有機(jī)整合物理模型與數(shù)學(xué)知識(shí)，提升應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力。數(shù)學(xué)與物理是兩門緊密聯(lián)系的學(xué)科，數(shù)學(xué)符號(hào)是物理概念、規(guī)律最常用的表述形式，是研究和解決物理問(wèn)題的重要工具，扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底和良好的數(shù)學(xué)建模能力是學(xué)好物理的基礎(chǔ)。高考考綱明確要求學(xué)生能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖像表達(dá)、分析物理問(wèn)題。在做物理習(xí)題時(shí)應(yīng)體現(xiàn)出數(shù)學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用，提升學(xué)生綜合分析能力。

案例4數(shù)理型習(xí)題設(shè)計(jì)

圖7

（1）小環(huán)a滑至斜面時(shí)的速度大??；

（2）小環(huán)a與斜面碰撞后沿斜面方向的分速度？

試題設(shè)計(jì)分析：試題綜合了曲線運(yùn)動(dòng)和曲線方程等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，解題策略需以曲線方程為切入點(diǎn)求出環(huán)滑至斜面的坐標(biāo)，由動(dòng)能定理求出環(huán)滑至斜面的速度大小，由函數(shù)導(dǎo)數(shù)求出速度與水平方向的夾角，利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解求環(huán)與斜面碰撞后沿斜面方向的分速度，題目涉及運(yùn)動(dòng)的合成與分解、動(dòng)能定理、二次函數(shù)和導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，是一道非常典型的數(shù)理型物理習(xí)題。

7.設(shè)計(jì)相配套的習(xí)題資源和后臺(tái)評(píng)測(cè)系統(tǒng)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)平臺(tái)的習(xí)題教學(xué)模式創(chuàng)造一種新的教育環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)效果反饋、學(xué)習(xí)互動(dòng)、學(xué)習(xí)信息交流等教學(xué)要素得到了很大的提升，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、多媒體等優(yōu)勢(shì)技術(shù)的支持下，試題與技術(shù)的融合不僅能檢測(cè)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的整體掌握，還能體現(xiàn)他們?cè)谔幚砹?xí)題問(wèn)題過(guò)程中的思維反應(yīng)度。教師可以在線上對(duì)試題進(jìn)行管理，對(duì)試題更改、整理、分類添加，測(cè)試題呈現(xiàn)可以采用選擇、簡(jiǎn)答、計(jì)算等形式；學(xué)生在線上完成習(xí)題訓(xùn)練后，系統(tǒng)評(píng)分統(tǒng)計(jì)，并將測(cè)試結(jié)果反饋給教師，教師則可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)達(dá)到的程度等情況，并作出相應(yīng)的決策，調(diào)整教學(xué)策略。

基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的習(xí)題教學(xué)模式創(chuàng)造了一種全新的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力得到充分的發(fā)揮。相較于傳統(tǒng)的習(xí)題設(shè)計(jì)，在信息技術(shù)條件下的物理習(xí)題重構(gòu)細(xì)化了習(xí)題信息結(jié)構(gòu)，提升了習(xí)題的檢測(cè)反饋功能；深化了習(xí)題模型化構(gòu)建的策略，在“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下，習(xí)題的交互和對(duì)比功能得以實(shí)現(xiàn)；技術(shù)和手段的有效融合，延伸了對(duì)學(xué)生推理能力、綜合分析能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)分析物理問(wèn)題能力的考查，很好地體現(xiàn)了新高考對(duì)學(xué)生的能力要求；使學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果實(shí)時(shí)反饋、建構(gòu)有效的教學(xué)評(píng)價(jià)體系、課內(nèi)教學(xué)和課外監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一成為可能，為新課改實(shí)施有效性教學(xué)提供了科學(xué)依據(jù)。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的大趨勢(shì)下，教師需要結(jié)合學(xué)生實(shí)際、物理教學(xué)要求等各項(xiàng)資源，積極研究習(xí)題結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)習(xí)題內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)和習(xí)題檢測(cè)的雙向統(tǒng)一。

圖8 習(xí)題資源與后臺(tái)評(píng)測(cè)系統(tǒng)

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