聚焦學(xué)科素養(yǎng) 完善一輪復(fù)習(xí)

宋澤亮

2021年我省將首次實(shí)施新課改后的高考，舊教材、新高考、無考綱的情況需要我們?nèi)ッ鎸?duì)，而新的試卷結(jié)構(gòu)、分值構(gòu)成、試題形式也需要我們盡快適應(yīng)、熟悉和掌握。高考命題要求考查學(xué)生的“必備知識(shí)、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價(jià)值”，其中物理學(xué)科素養(yǎng)包括：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)以“必備知識(shí)”和“關(guān)鍵能力”為載體，而核心價(jià)值又體現(xiàn)在學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成上。下面我們就如何突出學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，對(duì)一輪復(fù)習(xí)進(jìn)行探討。

一、完善物理觀念，架構(gòu)知識(shí)單元網(wǎng)絡(luò)

兩年的高中學(xué)習(xí)讓我們的物理知識(shí)一點(diǎn)點(diǎn)豐富起來。從知道什么是力，到體驗(yàn)重力、彈力、摩擦力，再到理解電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、核力，相互作用觀在我們意識(shí)中逐步形成；從知道什么是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，到細(xì)分直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)，再到精準(zhǔn)解析勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)、變加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)觀在我們頭腦里逐步建立；從知道什么是能量，到認(rèn)知機(jī)械能、內(nèi)能、電能、核能，再到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，能量觀在我們思維深處逐漸豐富。在學(xué)習(xí)必備知識(shí)的同時(shí)，我們的物理觀念日臻完善。在一輪復(fù)習(xí)中，我們可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行“相互作用觀、運(yùn)動(dòng)觀、能量觀、物質(zhì)觀”四個(gè)方面的拆解，來架構(gòu)知識(shí)單元網(wǎng)絡(luò)，力爭(zhēng)做到知識(shí)的融會(huì)貫通。

以重力的概念為例：在初中我們學(xué)習(xí)了G=mg，學(xué)過g=9.8N/kg（物質(zhì)觀）；在高中必修1第二章自由落體中我們用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法測(cè)得g=9.8m/s2（運(yùn)動(dòng)觀）；在必修1第三章我們進(jìn)一步明確了重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的（相互作用觀）；在必修1第四章應(yīng)用牛頓第二定律得g=G/m，明確了重力加速度的含義，并分析了超重、失重現(xiàn)象（運(yùn)動(dòng)觀）；在必修1第五章我們學(xué)習(xí)了重力作用之下的拋體運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)觀）；在必修2第六章萬有引力定律中知道了重力是萬有引力的一個(gè)分力，忽略地球自轉(zhuǎn)，得到g=GM/R2，即重力加速度決定式（物質(zhì)觀）；在必修2第七章機(jī)械能學(xué)習(xí)了重力做功改變重力勢(shì)能（能量觀）。以重力為線索，將上述知識(shí)列表：

產(chǎn)生 大小 方向作用點(diǎn)作用效果初中 G=mg g=9.8N/kg 二力平衡第二章自由落體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法測(cè)g=9.8m/s2各地不同第三章重力由于地球的吸引而產(chǎn)生G=mg=9.8m/s2豎直向下重心多力平衡第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律g=G/m重力加速度含義、超重、失重第五章曲線運(yùn)動(dòng)重力作用之下的拋體運(yùn)動(dòng)第六章萬有引力定律重力是萬有引力的一個(gè)分力g=GM/R2 決定式萬有引力作用之下的天體運(yùn)動(dòng)第七章機(jī)械能重力功、重力勢(shì)能

重力部分的內(nèi)容如此豐富，但圍繞物理觀念建立起的這些內(nèi)容無非是力的幾個(gè)要素及作用效果而已。順此思路整合其他概念，就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的知識(shí)關(guān)聯(lián)架構(gòu)，會(huì)感覺課本突然變薄了。

二、訓(xùn)練科學(xué)思維，提升分析問題的能力

提到科學(xué)思維，就會(huì)想到歸納、演繹、辯證等，其實(shí)我們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)的過程中一直在進(jìn)行著推理、論證、質(zhì)疑、創(chuàng)新，不自覺地運(yùn)用著這些思維方式。

例如，課本利用歸納的方法，比對(duì)汽車、火車的加速性能引出加速度，很有趣；用演繹思維，借平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解答打排球問題，很形象；法拉第運(yùn)用辯證思維發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)規(guī)律，很典范。高中兩年的積累已經(jīng)可以讓我們從方法論的角度去分析問題，有意識(shí)地運(yùn)用科學(xué)思維的方法分析問題，使我們的復(fù)習(xí)達(dá)到舉一反三、事半功倍的效果。

在解決具體問題時(shí)，我們?cè)诳茖W(xué)思維的基礎(chǔ)上總結(jié)出了一些特定條件下使用的具體方法，例如“假設(shè)法”“極值法”“微元法”“等效法”等，注重方法的積累，后續(xù)用時(shí)方見從容。閱讀下面題目，尋找思維方法。

例1. 某同學(xué)通過以下步驟測(cè)出了從一定高度落下的排球?qū)Φ孛娴臎_擊力：將一張白紙鋪在水平地面上，把排球在水里弄濕，然后讓排球從規(guī)定的高度自由落下，并在白紙上留下球的水印。再將印有水印的白紙鋪在臺(tái)秤上，將球放在紙上的水印中心，緩慢地向下壓球，使排球與紙接觸部分逐漸發(fā)生形變直至剛好遮住水印，此時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)即為沖擊力最大值。下列物理學(xué)習(xí)或研究中用到的方法與該同學(xué)的方法相同的是 ( )

A.建立“合力與分力”的概念

B.建立“點(diǎn)電荷”的概念

C.建立“瞬時(shí)速度”的概念

D.研究加速度與合力、質(zhì)量的關(guān)系

分析：答案A。應(yīng)用了等效替代的方法。

例2.如圖所示，在光滑的水平面上有一質(zhì)量為M、傾角為θ的光滑斜面體，它的斜面上有一質(zhì)量為m的物塊沿斜面下滑。關(guān)于物塊下滑過程中對(duì)斜面壓力大小的解答，有如下四個(gè)表達(dá)式。要判斷這四個(gè)表達(dá)式是否合理，你可以不必進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，而根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)和物理方法進(jìn)行分析。根據(jù)你的判斷，下述表達(dá)式中可能正確的是（ ）

分析：答案為D。若θ=90°，很容易可以看出壓力為零，故排除選項(xiàng)A、B；若M很小，當(dāng)M

三、導(dǎo)引科學(xué)探究，助力情景深度解讀

提醒大家要特別關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)，我們一般仍舊將其拆解為目的、器材、原理、步驟、結(jié)論、誤差分析六個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)題目也針對(duì)這六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行重組設(shè)計(jì)。新課標(biāo)科學(xué)探究的內(nèi)涵是十分豐富的，通常有“問題、證據(jù)、解釋、交流”四個(gè)環(huán)節(jié)，它不只是演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)，探尋未知世界規(guī)律的過程都是科學(xué)探究。例如開普勒利用恩師第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)得出開普勒三定律的過程就是科學(xué)探究的經(jīng)典案例。

在學(xué)習(xí)的過程中，我們遇到的題目情景好多是陌生的、抽象的，甚至難以想象的，要想理解其物理內(nèi)涵，需要借助于科學(xué)探究的方法打開思路，用創(chuàng)造力去設(shè)計(jì)模仿題目中的情景，使自己如臨其境。

例3. 一質(zhì)量為m的木塊靜止在傾角為α的斜面上，如圖。現(xiàn)用平行于斜面底邊的大小為F的力推木塊，使木塊勻速運(yùn)動(dòng)起來，則木塊與斜面間的摩擦力是

A.F B. μmgcosα

分析：答案為D。我們只需要拿起一本書，放上一塊橡皮，用力推一下，答案一目了然，這就是科學(xué)探究。這個(gè)問題典型的錯(cuò)誤是想當(dāng)然地選A?？茖W(xué)探究中我們自己的手、臂、腿、腳，還有書本、橡皮、鉛筆、硬幣等都是器材。利用已有的物理常識(shí)，能幫我們解決很多疑難問題。

例4.如圖所示，演員正在進(jìn)行雜技表演。由圖可估算出他將一只雞蛋拋出的過程中對(duì)雞蛋所做的功最接近于 ( )

A.0.3J B.3J C.30J D.300J

分析：答案為A。由生活經(jīng)驗(yàn)可知，8個(gè)雞蛋的質(zhì)量大約0.5 kg，一個(gè)雞蛋的質(zhì)量約為0.0625 kg，一般成人肘關(guān)節(jié)到下巴頦的豎直距離約為0.5 m；因此，雞蛋上拋的高度約為0.5 m，由功能關(guān)系可知，拋出雞蛋的過程中人對(duì)雞蛋做的功約為0.3125J。

四、關(guān)注科技實(shí)例，賦能解題建模水準(zhǔn)

學(xué)科素養(yǎng)的第四個(gè)維度是“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，科學(xué)態(tài)度的第一要素是尊重事實(shí)。而物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程、物理發(fā)展前沿、生產(chǎn)生活實(shí)際等都需要我們關(guān)注，進(jìn)而為解題建模積累豐富的感性材料，這也是一輪復(fù)習(xí)中需要的慢功夫。2020年全國(guó)Ⅰ卷的14題是行車安全氣囊問題，16題是蕩秋千問題，24題以我國(guó)自主研制的運(yùn)-20重型運(yùn)輸機(jī)為背景；2020年山東卷的7題以我國(guó)在2020年7月23日火星探測(cè)任務(wù)“天問1號(hào)”探測(cè)器的發(fā)射為背景，13題以2020年5月我國(guó)進(jìn)行珠穆朗瑪峰的高度測(cè)量為背景，15題考查中醫(yī)拔罐的物理原理，16題以冬奧會(huì)單板滑雪U型池比賽為背景……將2020年各地高考題做一對(duì)比就會(huì)大發(fā)感慨：高三這一年既要讀圣賢書也要知天下事。

這類物理題目都需要我們從事實(shí)描述中忽略次要因素，抓住主要因素進(jìn)行理想化建模，且描述時(shí)除了物理概念之外，還經(jīng)常涉及一些行業(yè)術(shù)語(yǔ)。比如“加速度”是物理概念，而“加速性能”則是行業(yè)術(shù)語(yǔ)；“電阻器”是物理概念，而“負(fù)載”則是行業(yè)術(shù)語(yǔ)，對(duì)術(shù)語(yǔ)的正確理解有時(shí)會(huì)成為建模的關(guān)鍵，要注意積累。例如下面的問題。

例5.通常一次閃電過程歷時(shí)約0.2～0.3s，它由若干個(gè)相繼發(fā)生的閃擊構(gòu)成。每個(gè)閃擊持續(xù)時(shí)間僅40～80μs，電荷轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在第一個(gè)閃擊過程中。在某一次閃電前云地之間的電勢(shì)差約為1.0×109V，云地間距離約為lkm；第一個(gè)閃擊過程中云地間轉(zhuǎn)移的電荷量約為6C，閃擊持續(xù)時(shí)間約為60μs。假定閃電前云地間的電場(chǎng)是均勻的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，下列判斷正確的是 ( )

A.閃電電流的瞬時(shí)值可達(dá)到1×105A

B.整個(gè)閃電過程的平均功率約為l×1014W

C.閃電前云地間的電場(chǎng)強(qiáng)度約為l×106V/m

D. 整個(gè)閃電過程向外釋放的能量約為6×106J

分析：答案為A、C。這個(gè)問題如果理解了術(shù)語(yǔ)“閃擊”是云層和大地之間的放電現(xiàn)象，就能迅速建立起電容器放電的模型，也就找到了對(duì)應(yīng)的電容器電勢(shì)差為1.0×109V、電容器極板間距離約為l km、電容器的帶電量為6C，代入公式，問題便可迎刃而解。

學(xué)科素養(yǎng)是適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。希望廣大師生有意識(shí)地聚焦學(xué)科素養(yǎng)，使其成為一輪復(fù)習(xí)的一條暗線，使備考復(fù)習(xí)有法可依、有章可循，使一輪復(fù)習(xí)達(dá)到應(yīng)有的效果。