優(yōu)化習題設計 培養(yǎng)科學思維
——以板塊模型為例

曾長興

華中師范大學龍崗附屬中學，廣東 深圳 518172

1導言

習題教學是高三物理復習的一個 “實踐性”環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)學生科學思維及規(guī)范答題的關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學中，習題課常常變成“講題”和“做題”課，其模式為學生做題并校對答案，然后教師針對學生不懂的知識進行評講。這樣的教學雖然能夠達到對知識與技能的訓練，但是學生能力卻得不到針對性的培養(yǎng)?？茖W思維是高中生的必備品格和關鍵能力，如何在高三物理習題教學中落實科學思維能力的培養(yǎng)是一線物理教師關注的熱點問題。

本文結合二輪復習中的板塊模型，通過分析高考真題、巧設開放問題、強化過程分析、解決實際問題等環(huán)節(jié)，探討基于科學思維培養(yǎng)的高三物理習題教學策略。

2 設計思路分析

2．1 設計思想

板塊模型是一種常見的、經(jīng)典的題型，是高考對力與運動、功和能等力學規(guī)律進行綜合考查的常用手段，至少涉及兩個物體，一般包括多個過程，物理情境變化空間大，問題處理相對復雜，處理好該問題對整個高中物理學習都有很好的促進和幫助作用。從物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的角度來看，教師應優(yōu)化習題設計，設計開放性問題，創(chuàng)設生活情境，通過“讀題”建構模型、“畫圖”科學推理、“寫式”科學論證、“計算”質(zhì)疑創(chuàng)新等解題過程，有目的、有計劃、有針對性地對學生實施科學思維訓練。

2．2 教學目標

高三物理習題教學，既要讓學生構建學科知識網(wǎng)絡，更要讓學生具備物理學科特色的關鍵能力與必備品格。板塊模型是高三物理復習中要突破的一個難點，也是培養(yǎng)學生科學思維能力的重要載體。根據(jù)高中物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，本節(jié)課的教學目標及素養(yǎng)分析如表1所示。

表1 教學目標及素養(yǎng)分析

3 教學過程

高三第二輪復習，不僅是為了讓學生應對考試，更應該讓學生具備廣闊的物理思維，能夠靈活運用所學知識解決生活中的實際問題。筆者設計了思維深度逐層遞進的4個教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生應用物理知識和原理解決實際問題的能力。

環(huán)節(jié)一：走進高考，自主建構

板塊模型在高考試題中屢屢出現(xiàn)，是最經(jīng)典、最基本的模型之一，近四年高考真題及考查角度如表2所示。

表2 近四年高考真題及考查角度

設計說明：采用圖形表述引導學生形成知識網(wǎng)絡，并自主構建物理模型；同時表述中只涉及高考真題圖形，沒有具體已知量和未知量，簡化了“文字信息”轉(zhuǎn)化為“物理情境”的過程，需要學生通過高考真題的對比，能夠主動發(fā)現(xiàn)問題、探究問題，熟悉常見模型，激發(fā)學生參與課堂的興趣。

教學反思：學生在一輪復習中做了大量的練習，接觸了很多高考題，但把同類屬性的試題放在一起，從不同試題中找出共性問題，對學生進行模型建構具有重要意義。學生構建板塊模型后，能否將物理模型內(nèi)化為物理意識，選擇恰當?shù)奈锢硪?guī)律解決具體問題呢？筆者進一步設計了開放性問題，滲透科學思維。

環(huán)節(jié)二：巧設問題，方法滲透

練習1：如圖1，一小物塊P以一定速度v0滑上靜止在光滑水平面的木板P1，經(jīng)過時間t，物塊恰好滑至木板的最右端與木板相對靜止。已知：P質(zhì)量為m，P1質(zhì)量為M，長度為L；物塊、木板間的動摩擦因數(shù)為μ，水平面光滑。根據(jù)已知條件，請有條理、完整地列出相關的物理規(guī)律，并思考各規(guī)律的適用條件。

圖1 練習1示意圖

設計說明：巧設開放性問題，探索如何結合已知條件對實際問題進行求解，培養(yǎng)學生的分析、推理、綜合能力。筆者通過“讀題”“畫圖”“列式”“計算”等解題過程讓學生掌握物理規(guī)律，滲透物理方法，具體思路如圖2。

圖2 解題思路

教學反思：知識和方法是學生內(nèi)化、反思后領悟出來的，讓學生自主經(jīng)歷物理規(guī)律的形成過程，是發(fā)展科學思維能力的重要途徑。傳統(tǒng)習題教學中，教師總是過分重視邏輯推理和解題技巧，學生學到的是一堆脫離實際的公式。筆者通過一道開放性問題，引導學生從不同角度、不同方位進行思考，不僅改變了學生的思維方式，同時提供了更多機會讓學生對所學知識進行歸納、整理，有效突出學生學習的主體地位。

環(huán)節(jié)三：方法遷移，能力提升

練習2：如圖3所示，一質(zhì)量為3m、厚度h＝0.05 m的木板C，靜止在粗糙水平地面上。在木板C上靜放一質(zhì)量為2m的彈性小物塊B；B所處位置的右側光滑，長L1＝0.22 m；左側粗糙，長L2＝0.32 m；B與其左側的動摩擦因數(shù)μ1＝0.9；豎直固定、半徑R＝0.45 m的光滑圓弧軌道，其最低點與木板C右端等高相切?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m的彈性小物塊A，從軌道最高點由靜止下滑。已知C與地面間的動摩擦因數(shù)μ2＝0.25，小物塊A、B可看為質(zhì)點，重力加速度g取10 m/s2。求：

（1）A剛滑上C時的速度大??；

（2）A、B碰后瞬間的速度大小；

（3）試分析判斷，小物塊A是否會滑離木板C；如果會，求小物塊A落地瞬間與木板C右端的水平距離。

圖3 練習2示意圖

設計說明：本題設定學生熟悉的物理情境——板塊模型，但是通過過程的變化、研究對象的增加、物理條件的變化等形成較為復雜的物理過程。第3問設定的開放性問題，需要判斷或討論，體現(xiàn)了試題的應用性和綜合性。解題步驟主要以學生思考為主，按照學生的思路進行分析。

步驟一：讀題。獲取信息有B、C靜止，A沿光滑圓弧下滑， 已知 h＝0.05 m、L1＝0.22 m、L2＝0.32 m、R＝0.45 m、μ1＝0.9、μ2＝0.25。 解讀信息知本題為板塊模型，考查受力分析、動能定理、彈性碰撞、運動學規(guī)律、牛頓第二定律、平拋運動規(guī)律等。

步驟二：畫圖。學生對物體進行受力分析和過程拆分，并畫出運動情景圖（圖略）。

過程2：A以v0向左勻速運動，直至與B發(fā)生彈性碰撞，C處于靜止狀態(tài)。

過程3：B滑上C的左側，由于C不會向右運動，A向右勻速運動，可判斷A會從C的右端飛出，離開C后做平拋運動。

步驟三：列式。學生根據(jù)運動過程，運用數(shù)學方法列出物理原始表達式。

步驟四：計算。通過計算可知，（1）B、C恰好共速時，判斷A恰好滑至C的右端、B仍在C上；（2）判斷B、C一起向左減速，A向右做平拋運動；（3）判斷 B、C 停下后，A 再落地。

教學反思：把一個復雜的過程分解為幾個簡單的物理過程是令人激動的時刻，是一個人物理素養(yǎng)的標志。本題以力學中的核心知識為主線，通過過程拆分，尋找解決問題的途徑，對重要思想方法進行遷移。同時，課堂上的簡明分析和規(guī)范表達可以培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。

環(huán)節(jié)四：聯(lián)系生活，學以致用

1．根據(jù)板塊模型及解題思路，你能夠聯(lián)想起生活中哪些與其相似的模型？

2．結合本節(jié)課的內(nèi)容說一說自己的感受，總結板塊模型的解題策略。

根據(jù)學生的聯(lián)想呈現(xiàn)生活中的板塊模型，如表3所示。

表3 生活中的板塊模型

設計說明：避險車道、泥石流問題、生活中的圓盤和桌布等情境與學生實際生活聯(lián)系緊密。試題呈現(xiàn)的是復雜的實際問題，要從物理學的視角獲取信息，對實際問題進行簡化提煉，建構物理模型，從而將實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題進行解決。

教學反思：高中物理教學的最終目的是讓學生從“解題”轉(zhuǎn)變到“解決問題”。在習題教學中創(chuàng)設真實而有價值的問題情境，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，這正是高中物理教學的核心價值。學生對本課內(nèi)容進行歸納、總結，既是他們對知識方法的思考過程，更是他們對科學思維的整合、領悟和內(nèi)化的過程。

4 結束語

核心素養(yǎng)最應該聚焦的是科學思維，習題教學則是發(fā)展科學思維的重要途徑。高三第二輪復習最根本的目的是使高中階段所學的知識融會貫通，培養(yǎng)學生應用所學物理知識、原理解決實際問題的能力?；谂囵B(yǎng)科學思維的視角，優(yōu)化習題教學使其更符合物理學科特點，有利于學生更全面、更系統(tǒng)地掌握物理知識，有利于落實核心素養(yǎng)發(fā)展的目標。