探索學(xué)科本原，踐行試題創(chuàng)新體系
——中學(xué)物理原創(chuàng)試題設(shè)計(jì)探索

福建

鄭行軍

習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，高效的習(xí)題教學(xué)對(duì)于物理教學(xué)質(zhì)量水平的提升有著極其重要的意義。近幾年隨著新課程改革的不斷深入和各種新技術(shù)手段的運(yùn)用，很多新穎的發(fā)展模式已經(jīng)深入到教育領(lǐng)域并引起巨大的教育變革，如何對(duì)物理習(xí)題進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和命制，使之更契合新課改的要求，從而提高習(xí)題教學(xué)和習(xí)題檢測(cè)的評(píng)價(jià)與反饋功能是當(dāng)下物理教學(xué)研究的一項(xiàng)重要課題。

一、以物理題型為主線建立模塊化習(xí)題系統(tǒng)

物理習(xí)題是實(shí)際物理問(wèn)題和物理現(xiàn)象的科學(xué)簡(jiǎn)化、科學(xué)抽象和理想化過(guò)程，而學(xué)生解答物理習(xí)題的過(guò)程就是在實(shí)際的情境中靈活地應(yīng)用物理知識(shí)和方法的過(guò)程，所以分析習(xí)題所給出的物理情境和過(guò)程特征，從中抽象出相應(yīng)的理想化物理模型，分析物理過(guò)程的特點(diǎn)，是解答物理習(xí)題的必經(jīng)之路。在進(jìn)行習(xí)題設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該以物理模型為主線，創(chuàng)造出物理情境，在指導(dǎo)學(xué)生解題時(shí)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生在物理情境中抽象出物理模型的意識(shí)；在設(shè)置與教學(xué)同步配套的習(xí)題時(shí)，應(yīng)以題型為主線，對(duì)某一章或幾章知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范化、模塊化的整理，構(gòu)建起能夠科學(xué)的引導(dǎo)和檢測(cè)學(xué)生對(duì)于知識(shí)認(rèn)知、知識(shí)應(yīng)用等知識(shí)和技能掌握程度的習(xí)題資源交互平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、用的有效整合。

【案例1】牛頓運(yùn)動(dòng)定律習(xí)題命題規(guī)劃

根據(jù)章節(jié)內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知水平將全章習(xí)題分化為基本概念、題型歸類、實(shí)驗(yàn)探究三個(gè)模塊重新歸類，如圖1所示，以題型為全章習(xí)題主體，引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化模型化解題意識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。

二、設(shè)計(jì)習(xí)題變式與關(guān)聯(lián)，觸發(fā)學(xué)生思維遷移

物理是一門以模型構(gòu)建知識(shí)脈絡(luò)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)基本的物理模型而進(jìn)行衍生拓展，因此在進(jìn)行習(xí)題命題時(shí)，應(yīng)根據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)，以基本模型為出發(fā)點(diǎn)，不斷衍生附加信息，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)的學(xué)習(xí)認(rèn)知發(fā)展水平，科學(xué)合理的選擇題源，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)性原創(chuàng)習(xí)題設(shè)計(jì)

【習(xí)題題源】如圖2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(kāi)始時(shí)物體靜止，滑輪兩側(cè)的繩都豎直繃緊，汽車以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 ( )

A．從開(kāi)始到繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力做功mgh

C．在繩與水平夾角為30°時(shí)，拉力功率為mgv

【習(xí)題關(guān)聯(lián)變式設(shè)計(jì)】攝制組在某大樓邊拍攝武打片，要求特技演員從地面飛到屋頂。如圖3所示，若特技演員質(zhì)量m=50 kg，導(dǎo)演在某房頂離地H=12 m處架設(shè)了滑輪組(人和車均視為質(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=10 m/s，繩BO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(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。在車從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中(取g=10 m/s2，sin53°=0.8) ( )

A．演員上升的高度為1.5 m

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3 m/s

D．鋼絲在這一過(guò)程中對(duì)演員做功為975 J

【試題原創(chuàng)思路】在上題斜拉牽引常規(guī)模型的基礎(chǔ)上引入電影拍攝的實(shí)際情境，使題目更貼近生活實(shí)際，為考查學(xué)生對(duì)于題源中的三個(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)能定理求解變力做功)的掌握程度，本題在原有的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)，可以很好地檢測(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，從而提升學(xué)生的審題和綜合分析能力。

三、科學(xué)組合物理模型，加強(qiáng)學(xué)生推理與綜合分析能力的培養(yǎng)

新高考要求設(shè)計(jì)的試題能考查學(xué)生是否能夠把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題合理肢解并找出它們之間的隱含聯(lián)系；是否能夠提出解決問(wèn)題的方法，運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問(wèn)題?；谶@個(gè)思想，在進(jìn)行習(xí)題命制時(shí)將兩個(gè)或幾個(gè)簡(jiǎn)單模型進(jìn)行有機(jī)組合成為一個(gè)新的習(xí)題也是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)思路。

【案例3】組合型原創(chuàng)習(xí)題設(shè)計(jì)

【習(xí)題組合設(shè)計(jì)】科技的發(fā)展，使得人類在其他星球上生活成為可能。未來(lái)某一天，一輛汽車在某星球表面有一定坡度的圓環(huán)形路面水平轉(zhuǎn)彎，圖4為路面的剖面圖。路面傾角為θ，汽車質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)彎時(shí)汽車速率恒為v，轉(zhuǎn)彎半徑為r，且恰好沒(méi)有受到側(cè)向摩擦力。設(shè)該星球的半徑為R，引力常量為G，則以下說(shuō)法正確的是 ( )

【試題分析】本題組合了兩個(gè)基本模型:汽車轉(zhuǎn)彎及天體的運(yùn)動(dòng)，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)生首先要清楚了解兩個(gè)基本模型的解題策略，而后以關(guān)聯(lián)量為橋梁聯(lián)立求解，即可突破此題的思維障礙。

四、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)。高考考綱就明確要求學(xué)生能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖象進(jìn)行表達(dá)、分析物理問(wèn)題。在解答物理習(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)理型原創(chuàng)習(xí)題設(shè)計(jì)

(1)小環(huán)a滑至斜面時(shí)的速度大?。?/p>

(2)小環(huán)a與斜面碰撞后沿斜面方向的分速度？

【試題分析】本題綜合了曲線運(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)能定理求環(huán)滑至斜面的速度大??；由函數(shù)導(dǎo)數(shù)求出速度與水平方向的夾角，而后利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解求環(huán)與斜面碰撞后的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)理結(jié)合型物理習(xí)題。

【數(shù)理習(xí)題設(shè)計(jì)2】在光滑的水平面內(nèi)建立如圖6所示的直角坐標(biāo)系，長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑細(xì)桿AB的兩個(gè)端點(diǎn)A、B被分別約束在x軸和y軸上運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)讓A沿x軸正方向以速度v0勻速運(yùn)動(dòng)。已知P點(diǎn)為桿的中點(diǎn)，桿AB與x軸的夾角為θ。則下列說(shuō)法正確的是 ( )

A．P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線

B．P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧的一部分

C．P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度大小v=v0tanθ

【試題分析】本題設(shè)計(jì)的隱含信息是由數(shù)學(xué)方法分析動(dòng)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)軌跡的函數(shù)方程，由方程判斷P點(diǎn)的速度方向與桿AB夾角的變化規(guī)律，從而找出P點(diǎn)速度與A點(diǎn)速度的關(guān)系，是一道新穎的數(shù)理結(jié)合型習(xí)題。

習(xí)題的訓(xùn)練是課程教學(xué)的動(dòng)態(tài)延伸，一套科學(xué)、合理、優(yōu)化的物理習(xí)題可以最大限度地反映學(xué)生的認(rèn)知水平，科學(xué)的檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)展獨(dú)特的個(gè)體個(gè)性。教師可以有效利用各種技術(shù)手段，多思考、多創(chuàng)新，用各種新穎試題去吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力得以充分的發(fā)揮，從而積極地推動(dòng)習(xí)題教學(xué)的發(fā)展與變革。