當(dāng)前高考物理力學(xué)計(jì)算題教學(xué)模式研究

楊武濤

【摘要】新高考背景下，物理學(xué)科備受關(guān)注，無(wú)論是考試的模式還是考題的變化都要求物理學(xué)科教學(xué)都必須做出調(diào)整，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。力學(xué)計(jì)算題所謂物理高考中必考的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)力學(xué)計(jì)算也是物理學(xué)科的重要基礎(chǔ)知識(shí)和能力之一。為了能夠更好地展開(kāi)高考物理力學(xué)計(jì)算題教學(xué)，就需要從基礎(chǔ)概念教學(xué)、計(jì)算能力提升、思維方法和能力培養(yǎng)等方面入手，優(yōu)化高中物理教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】高中物理;力學(xué)計(jì)算題;教學(xué)模式;優(yōu)化策略

在高中物理學(xué)科當(dāng)中，力學(xué)計(jì)算既是高考中的重要考查內(nèi)容，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，進(jìn)行物理探究的基礎(chǔ)。強(qiáng)化對(duì)于學(xué)生物理力學(xué)計(jì)算的教學(xué)，對(duì)于提升學(xué)生的物理學(xué)科思維以及學(xué)科素養(yǎng)都有著重要意義。力學(xué)計(jì)算不僅需要學(xué)生對(duì)于物理概念知識(shí)有深刻的理解，對(duì)于物理思維方法有比較良好的運(yùn)用，同時(shí)對(duì)于學(xué)生的數(shù)學(xué)計(jì)算能力也有著很高的要求。為了能夠提升教學(xué)效果，作為高中物理教師在教學(xué)力學(xué)計(jì)算題目的時(shí)候就必須結(jié)合高考形勢(shì)，創(chuàng)新教學(xué)模式，切實(shí)滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，鍛煉提升學(xué)生的解題能力。

一、新高考模式下高考物理力學(xué)計(jì)算題分析

在高中物理學(xué)科當(dāng)中，力學(xué)方面主要涉及的內(nèi)容就是牛頓力學(xué)（受力分析，運(yùn)動(dòng)學(xué)）和能量與動(dòng)量（機(jī)械能守恒定律;動(dòng)能定理;能量守恒定律;動(dòng)量守恒定律;動(dòng)量定理）。而且在電磁學(xué)方面也會(huì)涉及到力學(xué)計(jì)算的內(nèi)容，例如電勢(shì)能、洛倫茲力、安培力等，從微觀的角度進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。總而言之，力學(xué)計(jì)算在高中物理學(xué)科教學(xué)當(dāng)中有著非常重要的地位，是學(xué)生必須熟練掌握的基礎(chǔ)能力之一。

在新高考當(dāng)中，考查方向不再單純以概念理解和知識(shí)掌握的角度進(jìn)行，而多是從實(shí)踐運(yùn)用的角度出發(fā)，綜合考查學(xué)生的知識(shí)能力、思維能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力。力學(xué)計(jì)算題除了比較典型的題型之外，也會(huì)從“動(dòng)態(tài)變化”的角度進(jìn)行考察，就是利用“受力系統(tǒng)”當(dāng)中在外力變化時(shí)，或者內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生的各種受力、做功、勢(shì)能等變化，引導(dǎo)學(xué)生利用自身的思維能力以及計(jì)算能力綜合進(jìn)行分析和計(jì)算。因此教師在教學(xué)的時(shí)候就要多從這些方面入手，以適應(yīng)新高考的出題模式。

二、當(dāng)前高考物理力學(xué)計(jì)算題教學(xué)模式優(yōu)化策略

（一）細(xì)化物理知識(shí)呈現(xiàn)過(guò)程，深化學(xué)生物理概念理解

物理學(xué)科的計(jì)算題目和數(shù)學(xué)學(xué)科的計(jì)算題目有很大的不同，數(shù)學(xué)更加偏向邏輯方面的推理，而物理則是基于現(xiàn)實(shí)情況分析的總結(jié)歸納，最后找到規(guī)律，并用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行表達(dá)或者計(jì)算。力學(xué)計(jì)算題的這種特點(diǎn)更為突出，在實(shí)際解題過(guò)程中，計(jì)算的過(guò)程以及公式并不是最難的地方，反而是依據(jù)物理概念分析推導(dǎo)出各種物理?xiàng)l件、力學(xué)關(guān)系以及數(shù)學(xué)關(guān)系是解題的關(guān)鍵。這就要求學(xué)生對(duì)于物理概念有更加深刻的理解，能夠從復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)行正確的受力分析，找到正確的計(jì)算路徑。為了實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目的，教師就要細(xì)化物理知識(shí)概念的教學(xué)過(guò)程，從最基礎(chǔ)的概念層面強(qiáng)化課堂教學(xué)。例如在教學(xué)力的合成和分解的時(shí)候，不僅要通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生真切直觀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用勾股定理計(jì)算對(duì)于力的方向和大小方面的合成分解有更加深刻的理解。也要從三角函數(shù)計(jì)算的角度進(jìn)行數(shù)學(xué)方面的計(jì)算教學(xué)，以此強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于力學(xué)模型的構(gòu)建能力以及思維能力。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程不僅僅是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和理解知識(shí)的過(guò)程，更是培養(yǎng)學(xué)生物理思維的過(guò)程。尤其是在概念方面的教學(xué)上，往往都需要一定的思維方法和邏輯推理能力，學(xué)生只是通過(guò)文本進(jìn)行學(xué)習(xí)很難對(duì)物理概念和現(xiàn)象有更加直觀和深刻的認(rèn)知，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)細(xì)化物理知識(shí)的展現(xiàn)過(guò)程，才能夠讓學(xué)生更加深入體會(huì)其中的邏輯思維，才能夠深入理解物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、總結(jié)、驗(yàn)證以及再歸納的整個(gè)過(guò)程。

（二）通過(guò)物理模型構(gòu)建分析，提升學(xué)生的思維能力

在力學(xué)計(jì)算題目當(dāng)中，學(xué)生的思維能力是非常重要的，尤其是在運(yùn)用一些力的相互作用、摩擦力的計(jì)算以及系統(tǒng)中力學(xué)分析計(jì)算方面。教師可以通過(guò)經(jīng)典的力學(xué)模型強(qiáng)化學(xué)生的思維能力，從思維方法教學(xué)的角度展開(kāi)知識(shí)的教學(xué)。例如：

這是2021年高考物理真題，學(xué)生需要分析這個(gè)力學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中的各種作用力，就需要具備一定的整體和局部思維能力，能夠?qū)A球、物塊和墻壁從整體和局部的角度進(jìn)行研究分析，從作用力和反作用力以及力的合成分解角度進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于問(wèn)題（1）來(lái)說(shuō)，首先要分析墻對(duì)A的摩擦力是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力，通過(guò)整個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的分析，可以計(jì)算A受到墻面的最大靜摩擦力，然后和自身的重力進(jìn)行比較，以此判斷A所受摩擦力的類型，然后再進(jìn)行下一步的計(jì)算。這個(gè)過(guò)程中，需要分析A對(duì)墻面的壓力，就需要從力學(xué)模型的角度分析整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的各種作用力。教師可以通過(guò)這些題目重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生力學(xué)模型的構(gòu)建與分析，以此培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

（三）利用物理計(jì)算專題訓(xùn)練，提升學(xué)生的計(jì)算能力

計(jì)算能力也是學(xué)生解答力學(xué)計(jì)算題目當(dāng)中非?；A(chǔ)也是非常重要的能力。學(xué)生的計(jì)算能力不僅關(guān)系到解題過(guò)程中，尋找思路的過(guò)程，同時(shí)對(duì)于學(xué)生解題的速度以及準(zhǔn)確率都有很大的影響。如上例當(dāng)中，就需要學(xué)生利用三角函數(shù)的計(jì)算通過(guò)圓球的質(zhì)量得出圓球?qū)τ贏的壓力，進(jìn)而得到A對(duì)于墻面的壓力。這個(gè)計(jì)算的過(guò)程中，不僅需要學(xué)生進(jìn)行計(jì)算模型的構(gòu)建，畫(huà)出合適的“三角”進(jìn)行力學(xué)分解方面的計(jì)算，還需要學(xué)生熟練掌握三角函數(shù)的計(jì)算過(guò)程以及一些特殊角的三角函數(shù)值。在物理學(xué)科當(dāng)中，數(shù)學(xué)計(jì)算占據(jù)很重要的位置，尤其是在力學(xué)計(jì)算題目當(dāng)中，力的分解合成以及各種計(jì)算都需要數(shù)學(xué)計(jì)算模型輔助。如果學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)計(jì)算知識(shí)基礎(chǔ)不夠，對(duì)于物理計(jì)算題來(lái)說(shuō)也是很大的問(wèn)題。在考試過(guò)程當(dāng)中，計(jì)算能力也是提升學(xué)生物理成績(jī)的重要手段。在物理學(xué)科的高考當(dāng)中，雖然數(shù)學(xué)計(jì)算過(guò)程往往不會(huì)太復(fù)雜，但是依然占據(jù)很大一塊內(nèi)容，如果學(xué)生的計(jì)算能力提升，不僅有利于學(xué)生在讀題審題的過(guò)程中，利用數(shù)學(xué)手段快速找到解題的思路，在實(shí)際的解答過(guò)程中，也能夠更好更快地計(jì)算出正確的答案。而且在考試的時(shí)候，學(xué)生一般都會(huì)比較緊張，計(jì)算能力突出，也能夠讓學(xué)生快速進(jìn)行解答和檢查，避免學(xué)生因?yàn)闀r(shí)間緊張計(jì)算倉(cāng)促白白丟分。教師可以通過(guò)類似的專題訓(xùn)練過(guò)程，強(qiáng)化對(duì)于學(xué)生的計(jì)算能力教學(xué)。

（四）強(qiáng)化物理守恒思維教學(xué)，提升學(xué)生的解題能力

在高中物理學(xué)科力學(xué)計(jì)算試題當(dāng)中，守恒思維方法是非常重要的物理思維方法，在很多題目當(dāng)中都有體現(xiàn)，尤其是在一些動(dòng)量守恒、能量守恒等問(wèn)題計(jì)算當(dāng)中，更是核心的解題思路之一。從近些年高考物理試題的出題趨勢(shì)來(lái)看，力學(xué)計(jì)算題當(dāng)中，系統(tǒng)的復(fù)雜性更為突出，計(jì)算過(guò)程和思維方法考查成為重點(diǎn)。守恒思想的運(yùn)用不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解這些復(fù)雜的力學(xué)模型系統(tǒng)，更是能夠幫助學(xué)生找到題目中隱藏的物理?xiàng)l件從而找到合適的解題思路。物理學(xué)科的試題和其他學(xué)科試題有一個(gè)很大的不同就是，非常重視思維方法的運(yùn)用，同時(shí)也非常重視學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。在很多物理試題當(dāng)中，很多條件并不是直接給出的，而是學(xué)生通過(guò)掌握的物理規(guī)律結(jié)合題目中的條件自己進(jìn)行推導(dǎo)出來(lái)的。這就要求學(xué)生不僅要有很靈活的知識(shí)遷移運(yùn)用能力，同時(shí)也要求學(xué)生有一定的思維能力。守恒思維作為物理學(xué)科中非常重要的一個(gè)思維方法，在泛用性和出現(xiàn)頻率方面都是非常突出的。教師在教學(xué)力學(xué)計(jì)算題的時(shí)候，一定要著重強(qiáng)調(diào)這種思維方法的教學(xué)。例如：小剛站在靜止的小車(chē)之上，將靜止的木箱用力向右推，木箱被推之后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度為v，現(xiàn)在已知地面光滑平整，小剛、小車(chē)以及木箱的質(zhì)量都相同為m，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，木箱被豎直墻壁彈了回來(lái)，并且在木箱和墻壁碰撞的整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械能的損失，木箱被彈回之后被小剛接住。

請(qǐng)問(wèn)：

（1）小剛推出木箱后，小剛和小車(chē)的速度v1;

（2）小剛在接住木箱之后，三者一起的速度v2.

這道題目是典型的動(dòng)量守恒題目，如果學(xué)生從受力或者速度的角度進(jìn)行計(jì)算，會(huì)非常復(fù)雜而且計(jì)算的過(guò)程也非常冗長(zhǎng)，會(huì)涉及到很多學(xué)生并沒(méi)有接觸過(guò)的數(shù)學(xué)計(jì)算方法。尤其是在受力計(jì)算和速度計(jì)算的時(shí)候，很容易因?yàn)榉治鲥e(cuò)誤導(dǎo)致最后結(jié)果出錯(cuò)。但是如果利用守恒的思想進(jìn)行解答就會(huì)非常簡(jiǎn)單。守恒思想當(dāng)中并不在乎整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而重點(diǎn)在于最初的狀態(tài)和最終狀態(tài)的分析。在最初的狀態(tài)中小剛、小車(chē)和木箱作為一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)都是靜止的，動(dòng)量為0，在小剛推動(dòng)箱子之后，到箱子撞擊豎直墻壁之前，系統(tǒng)并沒(méi)有收到外力的作用，所以雖然小剛和小車(chē)在一起，箱子被推走了，但是根據(jù)動(dòng)量守恒定律，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的，總動(dòng)量仍然為0。根據(jù)這一點(diǎn)就能夠反推系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部分之間的數(shù)量關(guān)系，也就是如果取一個(gè)方向?yàn)檎?，小?chē)和小剛的動(dòng)量和箱子撞擊墻壁之間的動(dòng)量之和為0.以此能夠順利計(jì)算出小剛的速度。

（五）強(qiáng)化整體和局部的思維教學(xué)，提升學(xué)生思維

在力學(xué)計(jì)算試題當(dāng)中，整體和局部的分析也是重中之重，是學(xué)生必須要掌握的思維能力之一。尤其是比較復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中，往往是通過(guò)受力分析、守恒定律等進(jìn)行局部之間的受力和做功以及動(dòng)量、動(dòng)能變化的分析，并從整體的角度找到局部變化之間的數(shù)量關(guān)系。例如上題問(wèn)題（2）當(dāng)中則是系統(tǒng)受力和動(dòng)量變化中動(dòng)量守恒的變化?？梢韵葘⑿偤托≤?chē)看做一個(gè)整體，在接住箱子的時(shí)候，相當(dāng)于收到了一個(gè)外力，并且系統(tǒng)質(zhì)量增加，但是根據(jù)動(dòng)量守恒，分別計(jì)算小剛、小車(chē)以及木箱的動(dòng)量，和三者成為一個(gè)系統(tǒng)之后的動(dòng)量是相同的。這就需要學(xué)生能夠運(yùn)用局部和整體分析的思路，正確看待小剛、小車(chē)以及木箱之間的動(dòng)量關(guān)系，以及系統(tǒng)整體的變化情況，通過(guò)整體的變化，分析局部之間的變化關(guān)系。

結(jié)束語(yǔ)

新高考形式當(dāng)力學(xué)計(jì)算知識(shí)內(nèi)容是考查的一個(gè)重點(diǎn)，教師在教學(xué)的時(shí)候就要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求以及高考出題的形式進(jìn)行教學(xué)模式調(diào)整，抓住強(qiáng)化概念教學(xué)、模型構(gòu)建能力、思維能力以及計(jì)算能力的教學(xué)重點(diǎn)，有效展開(kāi)力學(xué)計(jì)算題的教學(xué)，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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