基于核心素養(yǎng)下解題能力提升的策略研究

陳新傳

摘 ? 要：高三二輪復(fù)習(xí)為專題復(fù)習(xí)，是對學(xué)生一輪復(fù)習(xí)所學(xué)基本知識(shí)和方法的融會(huì)貫通，形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。二輪復(fù)習(xí)立足于提升學(xué)生的解題能力，力爭解題過關(guān);立足于提升學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)分析和解決綜合問題的能力。筆者以二輪復(fù)習(xí)“‘滑塊—木板模型”為例，從思維過程角度、動(dòng)力學(xué)角度、圖像角度、動(dòng)量角度和能量角度多重分析提升學(xué)生解題能力，最后談?wù)劰P者在二輪復(fù)習(xí)教學(xué)中的一點(diǎn)啟示。

關(guān)鍵詞：“滑塊—木板”模型;二輪復(fù)習(xí);核心素養(yǎng);解題能力

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0042-4

縱觀近年高考物理試題，“滑塊—木板”模型是命題人喜愛的問題之一，主要原因是過程多，物體多，綜合性強(qiáng)，難度大，涵蓋了動(dòng)力學(xué)問題、能量問題及動(dòng)量問題，可以很好地考查學(xué)生綜合分析問題的能力、解決問題的能力。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過一輪系統(tǒng)復(fù)習(xí)后，對“滑塊—木板”模型仍存在較多的疑點(diǎn)和痛點(diǎn)，體現(xiàn)在公式應(yīng)用不靈活，過程分析不清晰，時(shí)間、速度、位移、關(guān)系把握不準(zhǔn)，關(guān)鍵詞抓不住。因此，二輪復(fù)習(xí)要力爭提升學(xué)生的分析、應(yīng)用和解題能力，突破疑點(diǎn)和痛點(diǎn)，逐步強(qiáng)化應(yīng)試能力。

1 ? ?高考試題演變，引領(lǐng)備考方向（見表1）

2015—2019年高考中每隔一年會(huì)有考查“滑塊—木板”模型的題目。2015年I卷第24題是水平面上的板塊模型，考查了摩擦力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律等的綜合應(yīng)用;2015年II卷第25題是傾斜面上的板塊模型，考查了牛頓第二定律、物塊與木板相對運(yùn)動(dòng)等的綜合應(yīng)用;2017年III卷第25題是水平面上多物體運(yùn)動(dòng)的板塊模型，考查了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)等的綜合應(yīng)用;2019年III卷第20題是水平面上的板塊模型，考查了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和f-v、v-t圖像相結(jié)合。分析發(fā)現(xiàn)，目前考查的試題均涉及牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用，解題的關(guān)鍵在于分析滑塊與木板之間的相對運(yùn)動(dòng)，明確達(dá)到共同速度是臨界條件，然后才能分析滑塊與木板間的摩擦力、木板與地面間的摩擦力、滑塊對地的位移、木板對地的位移、滑塊對木板的相對位移，構(gòu)建物理情境，分析求解。

2 ? ?案例多重分析，悟通方法提升能力

（2017·新課標(biāo)Ⅲ卷） 如圖1，兩個(gè)滑塊A和B的質(zhì)量分別為mA=1 kg和mB=5 kg，放在靜止于水平地面上的木板的兩端，兩者與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ1=0.5;木板的質(zhì)量為m=4 kg，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=0.1。某時(shí)刻A、B兩滑塊開始相向滑動(dòng)，初速度大小均為v0=3 m/s。A、B相遇時(shí)，A與木板恰好相對靜止。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，取重力加速度大小g=10 m/s2。求：

（1）B與木板相對靜止時(shí)，木板的速度;

（2）A、B開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者之間的距離。

2.1 ? ?從思維過程角度分析

解決物理問題過程要有科學(xué)思維過程，即要逐字逐句科學(xué)審題，“文字表述”—“物理情境”—“物理問題”—“數(shù)學(xué)問題”—“物理問題”，突出核心素養(yǎng)。題目以A、B兩滑塊和木板為研究對象，分別畫出A、B兩滑塊和木板的受力示意圖，分析從初始狀態(tài)“A、B兩滑塊相向滑動(dòng)”到最終狀態(tài)“A、B相遇時(shí)，A與木板恰好相對靜止”的過程中三者的運(yùn)動(dòng)情況，找到運(yùn)動(dòng)特征，深入挖掘隱含條件。要特別注意中間過程的細(xì)節(jié)，謹(jǐn)防發(fā)生跳躍性思維。

2.2 ? ?從動(dòng)力學(xué)角度分析

需要弄清楚三個(gè)問題：

（1）在分析A、B兩滑塊和木板所受摩擦力時(shí)，需要弄清楚“相對運(yùn)動(dòng)”情況，即滑塊A相對木板向左運(yùn)動(dòng)，滑塊B相對木板向右運(yùn)動(dòng)。比較木板所受A、B兩滑塊和地面摩擦力的大小，可知木板在地面上滑動(dòng)的方向。

（2）如何分析A、B兩滑塊和木板的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)呢？分析可知，A、B兩滑塊做勻減速運(yùn)動(dòng)，木板做勻加速運(yùn)動(dòng)，滑塊B與木板會(huì)達(dá)到共同速度。此后，滑塊B與木板保持相對靜止一起向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，滑塊A繼續(xù)做勻減速運(yùn)動(dòng)，最終A、B兩滑塊和木板會(huì)達(dá)到共同速度。

（3）如何理解“相對靜止”呢？在搞不清楚滑塊B與木板是相對靜止還是相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，先假設(shè)二者保持相對靜止。若B與木板整體勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大于最大靜摩擦力產(chǎn)生的加速度，二者仍有相對運(yùn)動(dòng);若小于，則保持相對靜止。

在弄清楚以上三點(diǎn)后，對研究對象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分析，受力示意圖及運(yùn)動(dòng)過程圖如圖2、3所示，尋找位移關(guān)系列方程求解。圖2為滑塊B與木板共速前A、B兩滑塊和木板的受力示意圖。圖3為滑塊B與木板共速后滑塊A和滑塊B與木板整體的受力示意圖。

2.3 ? ?從圖像角度分析

物理解題能力，表現(xiàn)在科學(xué)審題、準(zhǔn)確運(yùn)算和清晰畫出運(yùn)動(dòng)圖像。在多物體發(fā)生相對滑動(dòng)的“滑塊—木板”問題中，借助v-t圖像定性分析（圖4），往往比利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程定量分析要快捷、方便許多。利用v-t圖像可以從“點(diǎn)”“線”“斜率”“截距”和“面積”等方面尋找解題的突破口，通過圖像“面積”很直觀地將物體間的相對位移展現(xiàn)出來，使得問題情境一目了然。當(dāng)然，這需要多做題、多體會(huì)才能很好地掌握。

2.4 ? ?從動(dòng)量角度分析

動(dòng)量守恒定律適用于兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成的系統(tǒng)，因木板與地面之間存在摩擦力，很容易判斷A、B兩滑塊和木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒。題目可以利用動(dòng)量定理求解滑塊B與木板保持相對靜止和A、B兩滑塊與木板保持相對靜止時(shí)的速度和時(shí)間，比用牛頓運(yùn)動(dòng)定律要簡單。由于A、B兩滑塊相向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用動(dòng)量定理解題時(shí)要選好正方向。

2.5 ? ?從能量角度分析

題目還可研究系統(tǒng)因摩擦增加的熱能。

在摩擦生熱問題中，有一個(gè)二級結(jié)論Q=f·s ，很多學(xué)生把摩擦力的功與摩擦生熱相混淆，在寫動(dòng)能定理或能量守恒方程時(shí)，到底代入相對位移還是對地位移，學(xué)生就會(huì)很隨意，或者很迷茫。系統(tǒng)因摩擦增加的熱能來自三部分——滑塊A與木板、滑塊B與木板、木板與地面，Q =f ·s ，Q =f ·s ，Q =f ·s ，Q =Q +Q +Q ，借助v-t圖像求解相對位移，系統(tǒng)因摩擦增加的熱能也就解出來了。

3 ? ?教學(xué)啟示

高三二輪復(fù)習(xí)階段是解決學(xué)生一輪復(fù)習(xí)遺留的疑點(diǎn)和難點(diǎn)，是提升能力的關(guān)鍵時(shí)期。二輪復(fù)習(xí)源于一輪，高于一輪。教師要匯總一輪復(fù)習(xí)測試、課堂、練習(xí)等學(xué)生存在的問題作為二輪復(fù)習(xí)的落腳點(diǎn)，整合知識(shí)和方法，整合問題和能力;注意把知識(shí)點(diǎn)連成線，把線串成面，幫助學(xué)生形成知識(shí)體系，將學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)和方法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的解題能力，學(xué)會(huì)分析物理問題，構(gòu)建物理情境，解剖物理問題，提升解題能力。

3.1 ? ?重視構(gòu)建分析和解決物理問題的思維過程

學(xué)生分析物理問題和解決物理問題的能力，表現(xiàn)在能夠正確分析物理過程，有正確的思維程序。物理考試提出理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力5種關(guān)鍵能力[1]。筆者認(rèn)為，正確的思維程序，恰恰是這5種關(guān)鍵能力的必要過程。做到科學(xué)審題、精確析題、規(guī)范答題，就是要求學(xué)生在分析和解決物理問題的過程中?！白x一讀”“畫一畫”“寫一寫”“算一算”。“讀一讀”即讀題，逐字逐句細(xì)致審題，清楚各物理過程的細(xì)節(jié)、內(nèi)在聯(lián)系、制約關(guān)系;“畫一畫”即畫圖，邊讀邊畫，畫出受力示意圖、運(yùn)動(dòng)過程圖、運(yùn)動(dòng)軌跡圖、能量轉(zhuǎn)化圖、思維導(dǎo)圖等，展示題目的物理情境、物理模型，使物理過程更加直觀、清晰;“寫一寫”即寫公式，邊畫邊寫，根據(jù)原理和實(shí)際情境找出規(guī)律，寫公式，列方程;“算一算”即計(jì)算，邊寫邊算，分析數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確計(jì)算。

3.2 ? ?重視應(yīng)用解決物理問題的思維方法

學(xué)習(xí)物理就要解題，解題就要講究思維方法。物理難學(xué)，題目難解，不是知識(shí)結(jié)構(gòu)的問題，往往是思維方法使用不當(dāng)所致?？茖W(xué)的思維方法，是用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對待物理問題。教師在二輪復(fù)習(xí)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的思維方法，把學(xué)生解決物理問題的過程上升到思維層次，提升學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法分析問題、解決問題的能力。分析和解決問題，就是對研究對象、物理狀態(tài)或物理過程化整為零處理，拆分物體，拆分過程，拆分模型，劃分狀態(tài)（即初始狀態(tài)、中間狀態(tài)、臨界狀態(tài)和最終狀態(tài)），區(qū)分條件（即已知條件、臨界條件、隱含條件），拆題解題。

例題 （2011年新課標(biāo)）如圖5，在光滑水平面上有一質(zhì)量為m1的足夠長的木板，其上疊放一質(zhì)量為m2的木塊。假定木塊和木板之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等?，F(xiàn)給木塊施加一隨時(shí)間t增大的水平力F=kt（k是常數(shù)），木板和木塊加速度的大小分別為a1和a2，下列反映a1和a2變化的圖線中正確的是（ ? ? ? ? ）

分析：木塊和木板之間相對靜止時(shí)，所受的摩擦力為靜摩擦力。在達(dá)到最大靜摩擦力前，木塊和木板以相同的加速度運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律a= ， = 。木塊和木板相對運(yùn)動(dòng)時(shí)， a = 恒定不變， =0;a2= -μg， = > 。所以，正確答案是A選項(xiàng)。

3.3 ? ?重視整合和比較，實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知升級

所謂“認(rèn)知”，就是人腦認(rèn)識(shí)、加工和存儲(chǔ)信息的過程。學(xué)生的認(rèn)知能力是在持續(xù)的學(xué)習(xí)、練習(xí)和實(shí)踐中反復(fù)鍛煉升級的。實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知升級，需要找對認(rèn)知升級的路子，找到有效的復(fù)習(xí)方法，體現(xiàn)二輪復(fù)習(xí)課堂教學(xué)的有效性。在復(fù)習(xí)過程中，教師應(yīng)重視整合核心知識(shí)，構(gòu)建主干知識(shí)網(wǎng)絡(luò);整合基本方法，突出靈活應(yīng)用;整合突出問題，強(qiáng)化處理思路;通過比較不同問題與相似、相近問題之間的聯(lián)系和區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生分析規(guī)律的差異，實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知升級，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。

例如，關(guān)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)主要考查“R、U和I”的測量，解決電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是弄清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康模锤墒裁矗?、?shí)驗(yàn)器材（即有什么）、實(shí)驗(yàn)原理（即根據(jù)什么）、實(shí)驗(yàn)步驟（即怎么做）和注意事項(xiàng)（即注意什么）。

例如，關(guān)于電磁感應(yīng)的理解。電磁感應(yīng)的前提是磁通量變化Δφ≠0，功能是產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，本質(zhì)上是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，效果上是阻礙原磁場磁通量的變化。從產(chǎn)生的方式上可分為互感和自感，從產(chǎn)生原因上可分為感生電動(dòng)勢E=n =nS· 和動(dòng)生電動(dòng)勢E=n =nB· ，從運(yùn)動(dòng)方向上可分為平動(dòng)切割E=Blv和轉(zhuǎn)動(dòng)切割E= BL2ω。

3.4 ? ?重視問題拓展和延伸，激活學(xué)生思維

多角度設(shè)置問題，變換設(shè)問方式，變換不同物理情境，改變試題呈現(xiàn)方式等，可以拓寬學(xué)生的思路，激活學(xué)生的思維，提升學(xué)生的思維認(rèn)知能力。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的4個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)中，“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”是關(guān)鍵能力[2]，應(yīng)該是思維認(rèn)知能力的具體化。二輪復(fù)習(xí)教師通過變式訓(xùn)練和拓展訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注問題的拓展和延伸方式，開闊學(xué)生的思路，激活學(xué)生思維。

例題 （2018·全國Ⅰ卷·18）如圖6，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R;bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)。重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為（）

為拓展學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，此題可設(shè)置梯度問題拆分思維難度：（1）小球在bc兩點(diǎn)的速度分別為多大？（2）小球在離開軌道前對軌道壓力最大在什么位置？多大？（3）小球離開軌道后做什么運(yùn)動(dòng)？（4）小球離開軌道后在最高點(diǎn)的速度為多大？（5）小球離開軌道后在最高點(diǎn)與地面的高度為多大？（6）小球離開軌道后下落至與c等高時(shí)距離為多遠(yuǎn)？（7）小球離開軌道后下落至與c等高時(shí)速度為多大？（8）題目還可以怎樣設(shè)置問題？如此，通過變換設(shè)置題目問題的方式“借題發(fā)揮”，一題多問，一題多變，多題歸一，讓學(xué)生掌握較復(fù)雜計(jì)算題的一般思考過程，充分激活學(xué)生思維，拓寬學(xué)生思路，提升學(xué)生分析、理解和解決問題的能力。

4 ? ?結(jié)束語

總之，教師要優(yōu)化二輪復(fù)習(xí)的思路，認(rèn)真研讀考綱，精心研究考題，提升復(fù)習(xí)的科學(xué)性、針對性和有效性。教學(xué)中滲透科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力、分析問題的能力和解決綜合問題的能力，提升解題素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程力，李勇.基于高考評價(jià)體系的物理科考試內(nèi)容改革實(shí)施路徑[J].中國考試，2019（12）：41.

[2]胡衛(wèi)平.物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與表現(xiàn)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017，46（15）：1-3.

（欄目編輯 ? ?陳 ?潔）