高考考生科學思維關(guān)鍵要素水平診斷與分析
——以2019 年高考（天津卷）理科綜合物理部分為例

魏 欣 高 杰

一、問題提出

教育部頒布的 《普通高中物理課程標準（2017版）》凝練了學科核心素養(yǎng)，物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面。

其中，“科學思維”是物理核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，是對物理知識、方法、能力等的整合與提升，要求學生不僅要理解和掌握物理知識， 而且能應用所學習的大量具體知識解決問題?？梢哉f，解決物理問題的過程是以“物理觀念”為基礎(chǔ)，以“科學思維”為路徑來展開的。

“科學思維”主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。 其中，模型建構(gòu)和科學推理在物理學習過程中占據(jù)了重要的地位。 模型建構(gòu)作為一種認識手段和思維方式， 是指學生根據(jù)問題和情境， 在對客觀事物進行抽象和概括的基礎(chǔ)上構(gòu)建易于研究、 能夠反映事物本質(zhì)特征和共同屬性的理想模型、理想過程、理想實驗等。 高中階段的模型建構(gòu)表現(xiàn)在能夠分析模型所涉及的各個要素及其結(jié)構(gòu)，使用模型解釋物理現(xiàn)象和過程，闡明物理概念和原理， 在真實的情境中具有構(gòu)建模型的意識和能力等。物理學習中的科學推理，不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類比推理，而且包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類等思維方式，還包括控制變量及組合推理、概率推理、相關(guān)推理、因果推理等推理形式。 高中階段的學生應當能夠正確理解和應用上述科學思維方法， 從定性和定量兩個方面進行科學推理，找出規(guī)律，形成結(jié)論，并能解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。

《普通高中物理課程標準（2017 版）》在各模塊的教學要求中，也強調(diào)了解模型建構(gòu)和科學推理的必要性；強調(diào)認識模型的特征，通過分析、抽象、概括等方法建構(gòu)模型，通過科學推理分析物理問題，得出結(jié)論。與此要求相一致， 高考同樣強調(diào)了對科學思維能力的考查，2019 年高考（天津卷）理科綜合物理部分（以下簡稱天津物理卷）的試題突出考查了科學思維素養(yǎng)。

表1 2019 年天津物理卷學科素養(yǎng)劃分

對科學思維素養(yǎng)的考查能夠有效地考查考生分析問題和解決問題的能力， 在一定程度上也可以考察考生的創(chuàng)新能力。

物理問題的解決過程， 通常由兩部分組成：首先，對審題中發(fā)現(xiàn)的各種信息進行分析、判斷，抽象出物理對象的本質(zhì)特征，建立完整清晰的物理圖景；然后，應用概念、規(guī)律展開對模型對象、過程和相互關(guān)系的推理，實現(xiàn)對問題的解決。 可見，在解決物理問題的過程中， 模型建構(gòu)和科學推理這兩個要素至關(guān)重要， 對學生在解決問題過程中科學思維的這兩個要素的發(fā)展水平進行分析和研究， 對了解學生的物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平至關(guān)重要。

在教學中落實對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)， 需要以核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況為觀察點來對學生的學業(yè)水平進行評價，促進在教學中落實核心素養(yǎng)教育。模型建構(gòu)是物理學科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵要素，因此，本研究以2019年天津物理卷實測數(shù)據(jù)和抽樣題卡為素材， 依據(jù)考生的作答情況， 分析天津市高中學生科學思維素養(yǎng)中模型建構(gòu)和科學推理要素的發(fā)展狀況， 力求為教學中提升科學思維素養(yǎng)提供有效的策略， 為在教學中發(fā)展科學思維、落實核心素養(yǎng)提供幫助。

由于目前高考物理試題基本上是收斂式的試題，正確解答問題的可能思路是有限的，解決這些問題所需的素材及其相互關(guān)系也是明確的。因此，通過考生在具體試題上的作答表現(xiàn)， 可以在一定程度上還原考生解決問題的思維過程， 通過分析找出考生在模型建構(gòu)和科學推理上的優(yōu)勢和不足， 進而提出改進教學的策略。

二、診斷與分析方法

1. 考生水平的劃分及臨界分數(shù)的確定

為更加準確、 客觀地分析和評價不同水平考生的科學思維發(fā)展水平，更加明確問題的成因，本研究沿襲近年來高考評價工作的成功經(jīng)驗， 將考生物理學習水平劃分為精通、熟練、基本、基本以下四個水平，按照安戈夫法確定各水平組的臨界分數(shù)。

表2 近四年考生水平表現(xiàn)的臨界分數(shù)

本文將基本水平以下的考生記為G1 組， 基本水平的考生記為G2 組， 熟練水平的考生記為G3組，精通水平的考生記為G4 組，全體考生記為G5組。 為便于教師對同一水平考生進行縱向的平行比較， 圖1 列出了四年來各水平組考生在全體考生中所占的比例。

圖1 各水平組考生在整體中所占比例

綜上所述，各水平組的劃分依據(jù)是考生在物理試卷上的整體表現(xiàn)， 一定程度上反映了考生的物理學業(yè)水平。 通過對比每道試題不同水平考生的得分率數(shù)據(jù)， 對不同水平組考生試題作答情況進行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)不同水平考生的思維差異所在，從而更加準確地判斷考生在模型建構(gòu)、 科學推理要素上存在的問題。

2. 質(zhì)的分析

數(shù)據(jù)是定量的結(jié)果， 形成結(jié)果的過程和原因是千差萬別的， 單純從數(shù)據(jù)很難得出全面、 客觀的結(jié)論。 因此，除了對數(shù)據(jù)進行定量的分析，項目組還在全市范圍內(nèi)進行了問卷調(diào)查， 針對答題感受和作答過程進行了具體的詢問，共收集考生問卷932 份，教師問卷201 份， 并在兩所學校中組織了考生和教師座談會， 詳細整理了教師對試題的看法和考生答題的感受， 特別是通過開放性的問題對考生作答每道試題的思維過程做了詳細記錄。 這些定性的結(jié)果為數(shù)據(jù)的定量分析提供了強有力的支撐， 使得出的結(jié)論更加全面、準確，更貼近考生的真實情況。

3. 縱向分析

除了對2019 年天津物理卷的試題進行分析，還從近年的天津物理卷中選取了突出考查科學思維的題目，與2019 年天津物理卷的試題結(jié)合起來進行分析， 并將在作答過程中考生所呈現(xiàn)出的思維過程加以提煉，找出其中的共性特征，并進行分類，使分析結(jié)果更加準確、客觀，以幫助教師在教學中有針對性地傳承經(jīng)驗、解決問題。

三、診斷和分析結(jié)果

2019 年天津物理卷的第4 題、 第10 題和第11題均突出考查了科學思維素養(yǎng)， 下面根據(jù)考生作答的實測數(shù)據(jù)，結(jié)合往年相關(guān)試題，對考生的科學思維發(fā)展水平進行分析。

例1：2019 年天津物理卷第4 題

4. 筆記本電腦機身和顯示屏對應部位分別有磁體和霍爾元件。當顯示屏開啟時磁體遠離霍爾元件，電腦正常工作；當顯示屏閉合時磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進入休眠狀態(tài)。 如圖所示，一塊寬為a、長為c 矩形半導體霍爾元件，元件內(nèi)的導電粒子是電荷量為e 的自由電子，通入方向向右的電流時，電子的定向移動速度為v。 當顯示屏閉合時元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強磁場中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅。 則元件的（ ）

A. 前表面的電勢比后表面的低

B. 前、后表面間的電壓U 與v 無關(guān)

C. 前、后表面間的電壓U 與c 成正比

表3 2019 年不同水平組考生第4 題選項分析表

本題為選擇題中得分最低的一道題。 從整體來看，差異主要出現(xiàn)在G2 和G3 水平組之間；從錯選情況來看，錯選B 的比例最高。 三個錯誤選項中，A選項主要是對電子受洛侖茲力后偏轉(zhuǎn)導致前后表面電勢出現(xiàn)的高低差異判斷有誤；B 選項主要是沒有通過對粒子的受力進行分析推導出電壓U 的決定因素；C 選項主要是推導錯誤造成的。 從模型建構(gòu)的角度看，錯選B 選項是因為沒有正確進行模型建構(gòu)，錯選C 選項是因為在科學推理的過程中出現(xiàn)錯誤。 通過對考生進行訪談發(fā)現(xiàn)， 考生在解答本題時的主要困難在于：一是受題干中背景材料文字的干擾，未能將霍爾效應與帶電粒子在磁場及電場中的運動相對應，未能應用物理規(guī)律解決問題，故錯選B；二是知道霍爾效應具體現(xiàn)象及其基本原理， 但在推導過程中出現(xiàn)對細節(jié)問題的處理錯誤，因此錯選C；三是在判斷粒子偏轉(zhuǎn)方向時將電子定向移動與正電荷反向移動等效，造成電勢高低判斷錯誤，致使錯選A。

仔細分析不同水平組的錯選情況可以看出，G1和G2 兩個水平組錯選B 的比例最高， 而G3 和G4水平組錯選A 的比例最高。這說明對G1 和G2 組考生來說，理解霍爾效應現(xiàn)象中帶電粒子在磁場、電場中的運動是難點；而對G3 和G4 組的考生來說，難點在于無法區(qū)分電子和正電荷受洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)這兩種情況的不同， 對于這兩種情況到底在哪一層面上“等效”理解得不清晰，因此導致推理出現(xiàn)錯誤。

由此可見， 能否從物理學的視角分析霍爾效應現(xiàn)象是本題的關(guān)鍵，G3 和G4 組考生對此比較容易完成，對于G1 和G2 水平組考生則是難點。 本題還需要通過進一步的分析和推理來完成對細節(jié)問題的清晰化，就必須要更加準確地進行比較和鑒別，需要更高層次的能力，這也是G3 和G4 水平組考生應該努力解決的問題。

例2：2019 年天津物理卷第10 題

10. 完全由我國自行設(shè)計、建造的國產(chǎn)新型航空母艦已完成多次海試，并取得成功。航母上的艦載機采用滑躍式起飛， 故甲板是由水平甲板和上翹甲板兩部分構(gòu)成，如圖1 所示。為了便于研究艦載機的起飛過程，假設(shè)上翹甲板BC 是與水平甲板AB 相切的一段圓弧，示意如圖2，AB 長L1=150 m，BC 水平投影L2=63 m， 圖中C 點切線方向與水平方向的夾角θ=12°（sin12°≈0.21）。 若艦載機從A 點由靜止開始做勻加速直線運動，經(jīng)t=6 s 到達B 點進入BC。已知飛行員的質(zhì)量m=60 kg，g=10 m/s2，求

（1）艦載機水平運動的過程中，飛行員受到的水平力所做功W；

（2）艦載機剛進入BC 時，飛行員受到豎直向上的壓力FN多大。

圖1

圖2

圖2 G1、G2 水平組第10 題典型錯誤示例

這道力學計算題考查了艦載機起飛過程中的力學規(guī)律， 屬于勻變速直線運動模型和豎直面圓周運動模型。 在本題中，這兩個模型的構(gòu)建并非難點，雖然是一道與實際問題聯(lián)系的題目， 但是在題目中已經(jīng)明確指出艦載機前半段的運動是“由靜止開始做勻加速直線運動”，而后半段的豎直方向圓周運動也是考生非常熟悉的。

表4 2019 年不同水平組考生第10 題得分分析表

從答題情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計（表4）可以看出，得分率差距最大的情況出現(xiàn)在G1 和G2 兩個水平組。 具體來看，第一問的差距主要是G1 和G2 組，第二問除了G1 和G2 組，G2 和G3 組也出現(xiàn)了較大的差距。從考生訪談情況可以發(fā)現(xiàn)， 考生在第一問上的主要問題是誤認為水平力是牽引力， 導致未能做出正確計算。 從數(shù)據(jù)上看， 犯此類錯誤的考生主要出現(xiàn)在G1 組，這部分考生的審題能力差、概念不清等是導致錯誤的原因。 考生在第二問上的主要的問題則是對圓弧軌道半徑的求解感到困難。

圖2 是考生答題樣本題卡中G1 和G2 兩個水平組的典型錯誤。從圖中可以看出，G1 組和G2 組考生在求解圓弧軌道半徑時均出現(xiàn)困難，區(qū)別在于G2 組考生盡管求解圓弧半徑出現(xiàn)困難，但模型主體依然清晰，而G1 組考生盡管已經(jīng)構(gòu)建了豎直圓周運動模型，但在求解圓弧半徑的數(shù)學推理過程中出現(xiàn)錯誤?？梢?，本題模型構(gòu)建水平的差異是得分率差異的重要原因之一。

例3：2019 年天津物理卷第11 題

11. 如圖所示，固定在水平面上間距為l 的兩條平行光滑金屬導軌，垂直于導軌放置的兩根金屬棒,MN 和PQ 長度也為l、電阻均為R，兩棒與導軌始終接觸良好。 MN 兩端通過開關(guān)S 與電阻R 為的單匝金屬線圈相連，線圈內(nèi)存在豎直向下均勻增加的磁場， 磁通量變化率為常量k。 圖中虛線右側(cè)有垂直于導軌平面向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B。 PQ 的質(zhì)量為m，金屬導軌足夠長，電阻忽略不計。

（1）閉合S，若使PQ 保持靜止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；

（2）斷開S，PQ 在上述恒力作用下，由靜止開始到速度大小為v 的加速過程中流過PQ 的電荷量為q，求該過程安培力做的功W。

表5 2019 年不同水平組考生第11 題得分分析表

本題考查了電磁感應現(xiàn)象中的多個知識點，對考生的能力提出了較高的要求。從數(shù)據(jù)可以看出，兩問當中，第一問的得分率低于第二問，尤其是G2 組和G3 組的考生。 而教師普遍認為，兩問求解所涉及的物理規(guī)律第二問要比第一問更為復雜， 但第一問更容易錯。分析樣本題卡考生的作答可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)錯誤的主要原因包括： 一是考生平時對動生電動勢比較熟悉， 面對題目沒有認真分析就使用了動生電動勢的有關(guān)規(guī)律進行求解；二是求解PQ 導體棒受到的安培力時對電流的計算發(fā)生錯誤， 因為沒有畫出等效電路圖，因此沒有意識到通過PQ 導體棒的電流是并聯(lián)電路的支路電流， 相當多的考生甚至直接套用了平時常用的安培力表達式

出現(xiàn)這樣的問題，看似是由解題習慣造成的，即考生缺乏畫等效電路圖的意識， 實際上恰恰說明學生缺乏正確分析問題的思維方法， 沒有對電路組成進行分析，就套用平時所熟悉的規(guī)律，反映出考生科學分析與綜合能力的欠缺，僅憑借主觀感覺來解題，導致出現(xiàn)錯誤。同時也說明，考生在學習中對規(guī)律采用機械記憶的方法，導致只知道結(jié)論，缺乏一定的分析方法。由此可見，科學推理的教學也需要指導學生對推理過程不斷體驗和領(lǐng)悟， 才能使推理的基本方法內(nèi)化成為科學思維素養(yǎng)，真正提升思維能力。

突出考查模型建構(gòu)和科學推理素養(yǎng)的試題在歷年的高考物理試卷中均有高頻出現(xiàn)， 而這兩方面一直是考生的薄弱所在。

例4：2016 年天津物理卷第11 題

如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強電場，電場強度大小為E=N/C，同時存在著水平方向的勻強磁場，其方向與電場方向垂直，磁感應強度大小B=0.5T。 有一帶正電的小球，質(zhì)量m=1.0×10-6kg，電荷量q=2×10-6C，正以速度v 在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運動，當經(jīng)過P 點時撤掉磁場（不考慮磁場消失引起的電磁感應現(xiàn)象）取g=10 m/s2，求

（1）小球做勻速直線運動的速度v 的大小和方向；

（2）從撤掉磁場到小球再次穿過P 點所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t。

表6 2016 年不同水平組考生第11 題得分分析表

該題目的問題情境是帶電粒子在重力場、電場、磁場疊加的區(qū)域中的運動， 重點對勻速直線運動及類平拋兩種運動中力與運動的關(guān)系進行了考查。 值得注意的是，在第一問中，題目給出了“勻速直線運動”這一運動模型，而第二問中，并沒有給出撤去磁場后小球的運動模型， 需要考生根據(jù)小球的速度與合外力的關(guān)系進行分析推理，自行構(gòu)建模型，這無疑對考生提出了更高的要求。 從考生作答數(shù)據(jù)可以看出，G3 組和G4 組相比，第二問得分的差異要遠大于第一問得分。這是因為，第二問的類平拋并不是考生常見的沿水平豎直兩個方向進行分解， 這就更需要抓住平拋運動的基本特征， 即初速度方向與合外力方向垂直這一核心要素進行模型的構(gòu)建， 這對于習慣套路化思維的考生無疑是很困難的。由此可見，模型建構(gòu)不是單純的對概念和規(guī)律的理解和運用，而是將分析綜合、抽象概括、推理論證等科學思維方法內(nèi)化的體現(xiàn)，是較高水平的學科素養(yǎng)。

通過對上述幾道試題的分析可以看出， 考生在模型建構(gòu)和科學推理上出現(xiàn)問題的主要原因有以下兩個方面：

1. 構(gòu)建模型方面，模型意識淡薄，構(gòu)建模型的能力不足。平時學習時，由于接觸到的應用性的生活事例較少，學生在學習新知識時，缺少該環(huán)節(jié)的思維訓練，不能很好地從實際問題中抽象出物理問題，頭腦中不知道應該如何聯(lián)想該物理現(xiàn)象所處的物理情境、運動狀態(tài)以及所具有的重要物理特征。由于對模型的內(nèi)涵理解不清楚， 缺乏將具體問題轉(zhuǎn)化為相應模型的基本方法和路徑， 仍然習慣于憑借主觀感覺來構(gòu)建模型， 或者把一個陌生的物理問題不加分析地歸結(jié)到某個熟悉的物理模型。

2. 科學推理方面， 在運用有關(guān)規(guī)律進行分析推理的過程中， 由于沒有掌握進行科學推理的程序性知識，因此在推理的過程中出現(xiàn)分析問題不全面、規(guī)律之間相混淆、 或因本身對模型的基本特征和規(guī)律不清晰導致推理的過程出現(xiàn)錯誤。

四、思考與建議

近年來，高考（天津卷）物理試題突出了對核心素養(yǎng)的考查，試題貼近考生生活和社會實際，考查考生的基礎(chǔ)知識、基本能力和學科素養(yǎng)，體現(xiàn)了素質(zhì)教育和新課程改革的要求。 有些學生由于處于機械化的學習狀態(tài)，對試題中呈現(xiàn)的新問題、新情境不夠適應，不能靈活運用所學知識解決實際問題。 對此，教師應當在教學中重視核心素養(yǎng)的培養(yǎng)， 使物理學習從套路化的強化訓練轉(zhuǎn)變?yōu)榛谒仞B(yǎng)的品格與能力的培養(yǎng)，以適應課程改革的要求，也為學生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。結(jié)合前面的分析，在教學中可從以下幾個方面來促進模型建構(gòu)能力的提高。

1. 創(chuàng)設(shè)多樣真實問題情境，提升構(gòu)建模型能力

運用物理知識解決實際問題能力的高低， 往往取決于學生將情境與知識相聯(lián)系的水平， 即能否把實際情境轉(zhuǎn)化為物理問題。例如，是否能把情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理過程？ 是否能把情境的故事情節(jié)轉(zhuǎn)化為某種物理現(xiàn)象？ 是否能把關(guān)于情境的描述轉(zhuǎn)化為物理狀態(tài)？ 是否能把問題已知的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相應的物理量？ 是否能把情境中需要完成的工作轉(zhuǎn)化為相應的物理要求？ 我們常說某個問題很“活”，其“活”的本質(zhì)之一就在于情境和物理問題的轉(zhuǎn)化。因此，在學習物理知識、解決物理問題時，要從解題向解決問題轉(zhuǎn)變， 使學生能主動地將所學的物理模型與實際問題發(fā)生聯(lián)系， 讓學生對實際問題的抽象與概括經(jīng)歷“概括共同屬性、抽象本質(zhì)特征”的思維加工過程，真正提升學生的模型建構(gòu)能力。

試比較下列兩題。

試題A： 用輕質(zhì)細線懸掛于車廂頂部的小球與車廂相對靜止一起向左加速運動， 已知細線與豎直方向的夾角為θ， 重力加速度為g，求車廂運動的加速度a。

試題B：某人想測量地鐵啟動過程中的加速度。他把一根細繩的下端綁著一支圓珠筆， 細繩的上端用電工膠布臨時固定在地鐵的豎直扶手上。 在地鐵起動后的某段加速過程中，細繩偏離了豎直方向，他用手機拍攝了當時情景的照片， 拍攝方向跟地鐵前進方向垂直。 根據(jù)這張照片估算此時地鐵的加速度是多少？ 加速度方向指向照片的哪個方向？ 請寫明測量步驟、數(shù)據(jù)、計算過程和結(jié)果。

比較一下這兩道試題就可以發(fā)現(xiàn)， 試題A 是已經(jīng)構(gòu)建好的理想模型，學生解決這類問題，只需要直接運用這一模型所對應的規(guī)律求解即可， 且題設(shè)條件明確，思維過程相對單一。試題B 呈現(xiàn)的則完全是現(xiàn)實情景，所給的題設(shè)條件不確定，學生要解決這樣的問題，首先需要經(jīng)過抽象概括、比較鑒別等思維過程，將現(xiàn)實情景轉(zhuǎn)化成試題A 中的理論模型，然后需要根據(jù)現(xiàn)實條件， 尋找能夠從照片中獲得的條件信息，之后才能開始運用規(guī)律解決問題。 因此，在教學中經(jīng)常使用如試題B 的題目，有助于學生通過抽象、概括、比較、鑒別等思維過程對現(xiàn)象進行加工，提煉出現(xiàn)象的本質(zhì)特征，提升模型構(gòu)建能力。

2. 進行整體教學，提升分析和鑒別能力

在教學中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)， 學生對熟悉的物理情景能夠正確分析，但對于不熟悉的情景則束手無策，只能通過主觀感受進行判斷。出現(xiàn)這種情況，一是學生缺乏模型建構(gòu)的意識， 二是學生缺乏模型建構(gòu)的方法， 三是知識的碎片化導致難以實現(xiàn)物理模型的綜合應用。要解決這種問題，需要在教學中重視整體教學，幫助學生構(gòu)建物理模型，并抓住各種模型的本質(zhì)要素。

例如，在必修2 的課程標準中，曲線運動一章要求學生“能對常見的機械運動進行分類”。這個目標，體現(xiàn)了對模型構(gòu)建這一要素的要求。 要達成這一目標， 需要在學生熟悉了各種機械運動的特點和規(guī)律后， 讓學生自主對機械運動進行分類。 在教學實踐中，有的學生對完成這一任務無從下手，很多學生不知如何分類，只是將學過的運動機械地進行羅列。這說明學生不能抓住各種機械運動中的關(guān)鍵物理量，以致無法進行分類。而讓學生學會對運動進行分類，一定要讓學生體驗分類的過程， 教給學生進行分類的方法，這一過程也是模型建構(gòu)的過程，學生從中學會的不僅是如何將機械運動進行分類， 更是如何通過分析運動的本質(zhì)特點建構(gòu)運動模型。

3. 多角度分析物理現(xiàn)象，提升分析問題的層次

學生進行科學推理的的水平低， 有的時候是因為認識問題的水平有限，習慣從單一角度分析問題，不能全面分析現(xiàn)象。例如，高考中曾出現(xiàn)過這樣一道試題：

例5：2010 年天津物理卷第11 題

如圖所示，質(zhì)量m1=0.1 kg，電阻R1=0.3 Ω，長度l=0.4 m 的導體棒ab 橫放在U 型金屬框架上。 框架質(zhì)量m2=0.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，相距0.4 m 的MM’、NN’相互平行，電阻不計且足夠長。 電阻R2=0.1 Ω 的MN 垂直于MM’。 整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.5 T。 垂直于ab 施加F=2 N 的水平恒力，ab 從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM’、NN’保持良好接觸，當ab 運動到某處時， 框架開始運動。設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g 取10 m/s2。

（1）求框架開始運動時ab 速度v 的大?。?/p>

（2）從ab 開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1 J，求該過程ab 位移x 的大小。

很多考生在作答本題的第一問時， 不知道該從哪里入手進行分析， 有的考生則完全不理解為什么框架會運動， 這樣也就談不上正確分析框架的受力進而解決問題。之所以會出現(xiàn)這種情況，是由于在平時的教學中，絕大多數(shù)題目都是分析導體棒受力，而默認框架是固定的，學生也就認為只有導體棒才受到安培力，這種固化的思維，導致學生無法進行研究對象的轉(zhuǎn)換， 這樣死板僵化的分析處于較低水平。 因此在教學中，需要對物理現(xiàn)象進行多角度的分析，例如上述現(xiàn)象中，既要分析導體棒的受力，也要分析框架的受力，既要分析框架MN 邊的受力，也要分析MM’、NN’邊的受力。這樣，一是能夠幫助學生開拓思維視角，形成從不同角度分析問題的意識，進而提高科學推理的能力， 二是使學生對物理現(xiàn)象形成完整的認識，從而對物理現(xiàn)象的本質(zhì)屬性有更為清晰的認識。

4. 抓住問題本質(zhì)，避免套路化思維

長期以來，由于課時緊、任務重，加之過度追求教學的短期效果， 使得一部分教師將某些結(jié)論當做方法教給學生， 甚至不給出這些結(jié)論的適用條件就將這些規(guī)律總結(jié)成口訣要求學生記住。 學生只是記住了這些結(jié)論性的知識， 并不清楚這些規(guī)律的得出過程，因此在解決問題時造成機械套用。例如，有些教師將楞次定律的推廣含義總結(jié)為“增縮減括，來拒去留”，學生使用這樣的口訣解決一些普通問題確實簡單、快捷，但是，這個口訣并不適用所有的情況。

例如，a、b、c 三個金屬圓環(huán)按如圖所示的位置放于同一平面內(nèi)，b 中通有逐漸增大的電流， 此時，圓環(huán)a 有收縮的趨勢，而圓環(huán)c 卻是擴張的趨勢。 對于這樣的情景，需要讓學生抓住物理問題的本質(zhì)特征，即“阻礙磁通量的變化”，而不是簡單記住結(jié)論。只有透過表面特點抓住模型的本質(zhì)特征，并理解推理過程所依據(jù)的原理，才能在復雜的變式中正確進行推理，一步步使過程的圖景不斷清晰，最終解決問題。