高考試題對(duì)物理探究能力考查的方法與啟示

孫福如 徐善勇

(江蘇省如東縣豐利中學(xué)，江蘇 南通 226408)

細(xì)細(xì)品讀2018年江蘇高考物理卷，不難發(fā)現(xiàn)其一直延續(xù)江蘇的命題特點(diǎn)：立足基礎(chǔ)，陳題新出，突出能力，注重探究，關(guān)注素養(yǎng)。除部分試題直接考查學(xué)生的基本知識(shí)外，大部分試題考查學(xué)生對(duì)知識(shí)、方法的掌握，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、方法去探究新問(wèn)題的能力。本文對(duì)2018年江蘇高考物理第9題加以分析，挖掘試題的內(nèi)涵，體會(huì)命題者的意圖，探討江蘇高考物理是如何考查學(xué)生的探究能力的，今后應(yīng)該如何實(shí)施習(xí)題的探究教學(xué)。

1 試題分析

圖1

A. 剛進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)加速度方向豎直向下

B. 穿過(guò)磁場(chǎng)Ⅰ的時(shí)間大于在兩磁場(chǎng)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間

C. 穿過(guò)兩磁場(chǎng)產(chǎn)生的總熱量為4mgd

(1) 試題的命制思路分析

此題的素材來(lái)源于教材中的導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，以金屬桿在磁場(chǎng)中的導(dǎo)軌上由靜止開(kāi)始滑動(dòng)這一常見(jiàn)模型為基礎(chǔ)，對(duì)磁場(chǎng)的區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改造。從知識(shí)看，著重考查考生對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中關(guān)于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的掌握情況。本題從已知條件“進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ時(shí)的速度相等”入手，對(duì)金屬桿進(jìn)行受力分析，可知它在兩磁場(chǎng)間做勻加速運(yùn)動(dòng)，從而可判斷出金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中做減速運(yùn)動(dòng)，即可判斷選項(xiàng)A是否正確。B選項(xiàng)要求考生能知道金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，需要結(jié)合位移相等才能判斷，這對(duì)部分考生來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。從進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ到進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理，可判斷選項(xiàng)C是否正確。D選項(xiàng)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)又是一個(gè)難點(diǎn)，根據(jù)金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)開(kāi)始減速運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出此時(shí)速度條件，進(jìn)而計(jì)算出h應(yīng)滿足的條件，再加以判斷。

(2) 考查目標(biāo)分析

本題在較復(fù)雜的物理情境下，主要考查法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、安培力大小的計(jì)算、安培力方向的判斷、受力分析、牛頓第二定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等知識(shí)，考查考生靈活運(yùn)用圖像這個(gè)數(shù)學(xué)工具去解決問(wèn)題的能力，綜合考查了考生的理解能力、推理能力和綜合分析能力，以及根據(jù)物理規(guī)律正確建立物理模型的方法、科學(xué)探究的方法、圖像分析的方法、物理規(guī)律選用的方法和能量守恒的思想等。

2 探究過(guò)程及解析

中學(xué)生的科學(xué)探究是指學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、形成科學(xué)概念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動(dòng)，針對(duì)任務(wù)復(fù)雜新穎的情況，會(huì)對(duì)信息進(jìn)行獲取、分析、判斷和選擇，能探尋解決問(wèn)題所運(yùn)用的物理規(guī)律、過(guò)程和思想方法及數(shù)學(xué)工具，能挖掘其中的隱含條件，能正確、合理使用證據(jù)表達(dá)自己的觀點(diǎn)，解題過(guò)程其實(shí)也是科學(xué)探究中的理論探究過(guò)程，是從已知條件不斷提出問(wèn)題、猜想結(jié)果、運(yùn)算探究、得出結(jié)論的過(guò)程。

本題從題目所給的信息“從進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ到進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ的過(guò)程中速度相等”開(kāi)始研究。

問(wèn)題1：金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ和進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ速度相等說(shuō)明了什么？

理論探究：金屬桿在兩磁場(chǎng)之間運(yùn)動(dòng)時(shí)僅受重力，所以做勻加速運(yùn)動(dòng)，從而可得金屬桿出磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)的速度小于進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ時(shí)的速度。

探究結(jié)果：金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中做向下的減速運(yùn)動(dòng)，加速度應(yīng)該向上，可知A選項(xiàng)錯(cuò)誤。

問(wèn)題2：金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中做怎樣的減速運(yùn)動(dòng)？

探究結(jié)果：金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)。

問(wèn)題3：怎樣將運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短與已知條件聯(lián)系起來(lái)？

圖2

理論探究：根據(jù)速度條件和金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ中與兩磁場(chǎng)間運(yùn)動(dòng)的位移相等，設(shè)進(jìn)磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)的速度為v0，出磁場(chǎng)時(shí)速度為v1，可畫出v-t圖像如圖2所示，v-t圖像下面的“面積”表示位移的大小，結(jié)果是B選項(xiàng)正確。

問(wèn)題4：如何計(jì)算桿穿過(guò)磁場(chǎng)中產(chǎn)生的熱量？

理論探究：考慮到電流是變化的，熱量只能用功和能的關(guān)系處理。桿從進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ到進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：2mgd-W安=0，此過(guò)程中克服安培力做功2mgd，即桿穿過(guò)磁場(chǎng)Ⅰ產(chǎn)生的熱量為2mgd。由于桿穿過(guò)磁場(chǎng)Ⅱ的情況與穿過(guò)Ⅰ的情況相同，所以總熱量為4mgd，C選項(xiàng)正確。

問(wèn)題5：如何將桿距磁場(chǎng)Ⅰ上邊界的下落高度h與已知條件掛上鉤？

評(píng)析：本題利用學(xué)生熟悉的簡(jiǎn)單裝置，編制出的新穎試題將知識(shí)的理解、思想方法的熟練掌握有機(jī)地揉合在一起，考查了學(xué)生分析問(wèn)題的能力以及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力等，很好地體現(xiàn)了新課程倡導(dǎo)的探究性學(xué)習(xí)要求。如果考生能根據(jù)題目的條件提出問(wèn)題，進(jìn)行猜想、科學(xué)推理，通過(guò)探究能將新的陌生問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的問(wèn)題，將復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的問(wèn)題，用敏銳的眼光去觀察，用探究的方法去分析，用精煉的語(yǔ)言去表達(dá)，問(wèn)題就能迎刃而解。

3 對(duì)物理習(xí)題教學(xué)的啟示

在新課改初期，剛接受探究性學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)時(shí)，許多物理老師將科學(xué)探究狹義理解為實(shí)驗(yàn)探究，其實(shí)物理的科學(xué)探究應(yīng)該包括新知識(shí)形成時(shí)的實(shí)驗(yàn)探究和理論探究，還有鞏固新知識(shí)、應(yīng)用新知識(shí)、運(yùn)用新方法時(shí)的習(xí)題探究，解題過(guò)程中的探究即為理論探究。在物理習(xí)題教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，筆者認(rèn)為必須做到以下幾點(diǎn)。

(1) 構(gòu)建知識(shí)體系，深化知識(shí)內(nèi)涵

學(xué)習(xí)者只有具有一定的學(xué)科知識(shí)和技能，才能理解特定任務(wù)情境，明確問(wèn)題、形成假設(shè)、解決問(wèn)題?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：物理教學(xué)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念、規(guī)律和基本思想的理解和掌握，并注意了解它們的來(lái)龍去脈。在教學(xué)中，讓學(xué)生體驗(yàn)概念的形成過(guò)程，充分理解這些概念的內(nèi)涵與外延；讓學(xué)生探尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，深刻理解物理規(guī)律，領(lǐng)悟規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中所用巧妙的方法，感受科學(xué)家探究規(guī)律過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的恒心與毅力；讓學(xué)生親歷物理問(wèn)題的解決過(guò)程，能從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，確定研究對(duì)象、分析物理過(guò)程、建立物理模型、選擇物理規(guī)律、建立方程并求解討論，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。物理學(xué)中有豐富多彩的思想方法，只有掌握它們，才能清楚地認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系，進(jìn)而提出創(chuàng)造性的見(jiàn)解。如理想模型、理想實(shí)驗(yàn)、尋找守恒量等，教師應(yīng)將這些方法滲透于平時(shí)的教學(xué)中，內(nèi)化為學(xué)生自己的方法。

(2) 鼓勵(lì)自主探究，增強(qiáng)探究意識(shí)

建構(gòu)主義理論告訴我們：只有把知識(shí)的根扎在學(xué)生自己的經(jīng)驗(yàn)里，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的建構(gòu)。學(xué)生利用自己的經(jīng)驗(yàn)去感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展的過(guò)程，通過(guò)課堂教學(xué)活動(dòng)養(yǎng)成自主探究的習(xí)慣?！邦}”讓學(xué)生“審”，“路”讓學(xué)生“走”，“話”讓學(xué)生“說(shuō)”，“疑”讓學(xué)生“問(wèn)”，“錯(cuò)”讓學(xué)生“糾”，激發(fā)學(xué)生的靈感火花，對(duì)一些獨(dú)到的解法應(yīng)及時(shí)鼓勵(lì)和表?yè)P(yáng)。引導(dǎo)學(xué)生用新的觀點(diǎn)、新的方法從知識(shí)之間的聯(lián)系和矛盾上審視問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)生的探究意識(shí)，讓探究的種子找到沃土。

(3) 分析具體實(shí)例，提升探究能力

物理教學(xué)要關(guān)注學(xué)生內(nèi)化物理觀念，體驗(yàn)和感悟物理價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、探究性和創(chuàng)造性，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)創(chuàng)造。在物理習(xí)題教學(xué)中，我們利用具體實(shí)例主要運(yùn)用創(chuàng)設(shè)問(wèn)題策略、設(shè)疑促思策略、主動(dòng)探究策略、交往互動(dòng)策略和反饋矯正策略等，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

首先，注重設(shè)計(jì)問(wèn)題。問(wèn)題具有引發(fā)學(xué)生思維、引領(lǐng)探究活動(dòng)的功能，是學(xué)生課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的載體。問(wèn)題可以把知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)與學(xué)生的思維過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，使知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，能使學(xué)生主動(dòng)探究、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，認(rèn)識(shí)物理本質(zhì)。在物理習(xí)題教學(xué)中，教師應(yīng)該為學(xué)生提供較為豐富的探究素材，引導(dǎo)和幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，注意問(wèn)題的整體性、層次性和探究性，問(wèn)題設(shè)計(jì)要體現(xiàn)低起點(diǎn)、小坡度、密臺(tái)階的特點(diǎn)，將大題化小，化難為易，以符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生在問(wèn)題串的引導(dǎo)下自主探究，環(huán)環(huán)相扣，絲絲入微，再加上教師適時(shí)、適宜、適度的點(diǎn)撥，學(xué)生在自主探究與合作交流中去發(fā)現(xiàn)、歸納、形成經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生的探索與發(fā)現(xiàn)的能力。

第二，加強(qiáng)探究方法指導(dǎo)，我國(guó)著名教育家陶行知曾指出：“我以為好的先生不是教書，不是教學(xué)生，乃是教學(xué)生學(xué)”，說(shuō)明了方法指導(dǎo)的重要性。學(xué)生剛開(kāi)始接觸探究方法時(shí)，可能會(huì)感到手足無(wú)措，原因還是欠缺物理思想方法和探究經(jīng)驗(yàn)，所以在探究過(guò)程中教師的指導(dǎo)、幫助不可忽視。一方面，教師要關(guān)注探究過(guò)程的整體走向，密切注意學(xué)生思維的脈絡(luò)，適時(shí)加以引導(dǎo)，使探究活動(dòng)不會(huì)天馬行空，偏離目標(biāo)。另一方面，教師要指導(dǎo)學(xué)生探究方法的學(xué)習(xí)，如在解題過(guò)程中，從已知和未知中找出解題途徑是關(guān)鍵的一步，解題途徑包括：從已知到未知的綜合法、從未知到已知的分析法和從已知、未知兩頭向中間包抄的分析綜合法。通過(guò)方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生在解題過(guò)程中有“路”可走。

第三，加強(qiáng)學(xué)生反思能力的培養(yǎng)。杜威認(rèn)為反思活動(dòng)是“一種得以產(chǎn)生思維活動(dòng)的懷疑、猶豫、困惑、心靈困難狀態(tài)，和一種為了發(fā)現(xiàn)解決這種懷疑，消除和清除這種困惑而進(jìn)行的探索、搜集和探究的行為”。建構(gòu)主義認(rèn)為：學(xué)習(xí)并非學(xué)生對(duì)于教師所授予知識(shí)的被動(dòng)接受，而是依據(jù)其已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)所做的主動(dòng)建構(gòu)。而這種主動(dòng)建構(gòu)必須要對(duì)問(wèn)題有深入的認(rèn)識(shí)，必須有一個(gè)比較、反思的過(guò)程。反思是對(duì)解題活動(dòng)的深層次的再思考，它不僅僅是對(duì)物理解題學(xué)習(xí)的一般性回顧或重復(fù)，更是深究物理解題活動(dòng)中涉及的知識(shí)、方法、思路、策略等，具有較強(qiáng)的科學(xué)探究的性質(zhì)，有助于拓寬解題思路，發(fā)展學(xué)生的探究能力。

4 結(jié)語(yǔ)

在日常的教學(xué)中抓好習(xí)題的探究性教學(xué)，可以深化知識(shí)的內(nèi)涵，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，踐行課程改革理念，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性發(fā)揮得淋漓盡致，讓他們?cè)谥R(shí)的海洋里暢游。只要我們教師不斷地引導(dǎo)學(xué)生，加強(qiáng)對(duì)典型的例題、習(xí)題的探究分析，形成習(xí)慣，定能取得成效。