位移-時(shí)間圖像中的教學(xué)探討

劉娟

摘? ?要：高考試題特別突出基礎(chǔ)性，注重貼近教材和實(shí)際，使不同能力的學(xué)生都有獲得感。日常教學(xué)中也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的落實(shí)，重視科學(xué)思維和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。2020—2021學(xué)年度武漢市部分學(xué)校高三起點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)物理試卷中考查了一道有關(guān)位移-時(shí)間圖像的題a目，此道題的高錯(cuò)誤率引發(fā)了一個(gè)值得思考的問題，怎樣才能有效進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)？文章分析了此題的多種解法及學(xué)生的各種錯(cuò)因，以此挖掘日常學(xué)習(xí)中存在的問題，并延伸到對(duì)物理基礎(chǔ)教學(xué)的思考。最后，嘗試提出了加強(qiáng)基礎(chǔ)教學(xué)的幾點(diǎn)建議：教師一定要帶領(lǐng)學(xué)生好好研讀教材，引導(dǎo)學(xué)生打好基礎(chǔ)，促進(jìn)課堂回歸教材。

關(guān)鍵詞：位移-時(shí)間圖像;新課程;新教材;基礎(chǔ)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）8-0064-3

新課改新教材下的物理高考正在以“一核四層四翼”的評(píng)價(jià)體系為依托，緊緊圍繞“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”這一核心思想，高考試題亮點(diǎn)多、特點(diǎn)鮮明[1]，但本文特別關(guān)注其兩大要點(diǎn)：注重基礎(chǔ)和重視圖像。將物理規(guī)律、狀態(tài)和過程利用圖像來呈現(xiàn)，增加了試題信息的廣度，要求學(xué)生能夠從中獲取信息，建立文字與圖像等不同信息之間的聯(lián)系，從而將圖像與正確的物理圖景對(duì)應(yīng)起來，利用圖像分析問題，利用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，考查學(xué)生信息的整理加工、邏輯推理等能力。在歷年的高考中，對(duì)圖像的考查從未降低過要求，很多題目都是圍繞圖像展開，甚至很難找到一張沒有物理圖像的物理試卷。

圖像對(duì)解決物理問題是非常關(guān)鍵的，必須要練就過硬的識(shí)圖、看圖、解圖的本領(lǐng)。但是，我們的學(xué)生達(dá)到了高考圖像題需要的能力高度嗎？沒有。實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)學(xué)生對(duì)此類問題表現(xiàn)得無所適從，甚至很多學(xué)生怕圖像題目[2]。教學(xué)中如何突破圖像問題呢？研究發(fā)現(xiàn)，做好圖像部分的基礎(chǔ)教學(xué)才是解決這個(gè)問題的最關(guān)鍵的一環(huán)，打好基礎(chǔ)，才能拓展能力，達(dá)到高考要求[3]。下面以2020—2021學(xué)年度武漢市部分學(xué)校高三起點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)物理試卷中的第15題為例來分析。試卷由武漢市教育科學(xué)研究院命制，第15題主要考查位移-時(shí)間圖像，具體題目如下：

題目：（9月起點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)第15題）如圖1是傳感器記錄的某物體在恒定外力作用下沿x軸運(yùn)動(dòng)的x-t圖像，已知圖像為一條拋物線，求物體運(yùn)動(dòng)的初速度和加速度。

此題的解法一，也就是參考答案如下：

由題意，物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。0～1 s內(nèi)，有

0～5 s內(nèi)，有

解得：

v0=10 m/s（3）

a=-2 m/s2（4）

“-”表明加速度方向與初速度方向相反。

評(píng)分參考：（1）（2）（4）式各2分，（3）式1分。其他解法，結(jié)果正確，同樣給分。

本題雖然以圖像的方式呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，但題干條件、圖形數(shù)據(jù)中都給出了很多條件，就是為了讓學(xué)生明白運(yùn)動(dòng)情境，能用各種方法解答出此題。老師們都會(huì)覺得這應(yīng)該是一道“簡單的基礎(chǔ)題”，而且本題的解題方法很多。

解法二：類比豎直上拋運(yùn)動(dòng)，抓住5 s后的圖像分析，t=5 s是速度為零。由對(duì)稱性可知，再過4 s將再次到達(dá)位移為零處，即從第5 s開始利用逆向思維得出初速度為零。4 s后勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移為16 m，運(yùn)用x=at2/2，得出加速度大小a=2 m/s2，將方向考慮進(jìn)去，就可得出正確答案。同樣0～5 s，加速度恒定，5 s時(shí)間速度減為零，依據(jù)v=v0+at，不管是按照運(yùn)動(dòng)正向做，還是逆向思考，初速度都可以求出。

解法三：純數(shù)學(xué)函數(shù)解法，直接根據(jù)圖像寫出拋物線的數(shù)學(xué)函數(shù)方程，設(shè)x=at2+bt+c，代入函數(shù)值（0，-9）（1，0）和（5，16），解得a=-1，b=10，c=-9，即數(shù)學(xué)函數(shù)方程為x=-t2+10t-9。然后往位移-時(shí)間公式方向（x=v0t+■at2）變形，找到對(duì)應(yīng)物理量的值即可。

此題雖然不算難題，但是做法靈活多變，充分考查了數(shù)學(xué)函數(shù)在物理中的理解與運(yùn)用，并注重物理基礎(chǔ)，對(duì)基本公式、基本概念的考查很透徹。解法一從物理概念出發(fā)，準(zhǔn)確把握?qǐng)D像中的物理含義，加以分析與計(jì)算準(zhǔn)確得出結(jié)果，做法中規(guī)中矩，思路嚴(yán)謹(jǐn)，符合物理常規(guī)思路;解法二則靈活有技巧，體現(xiàn)對(duì)物理模型的熟練程度，并具備很好的知識(shí)模型遷移能力，對(duì)運(yùn)動(dòng)中逆向思維和對(duì)稱思維深有體會(huì)，這個(gè)解法計(jì)算簡單，過程簡潔，但對(duì)學(xué)生的要求較高，能力較強(qiáng)的學(xué)生可能會(huì)這樣做;解法三，數(shù)學(xué)功底深厚，能準(zhǔn)確從物理問題中摳出數(shù)學(xué)問題，最后又能將數(shù)學(xué)結(jié)果和物理問題相結(jié)合，也體現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)物理量和物理公式理解到位。綜合來看，良好的數(shù)學(xué)能力、扎實(shí)的物理基礎(chǔ)和較好的分析處理問題的能力是完成本題甚至是學(xué)好物理的關(guān)鍵。

那么，學(xué)生得分情況如何呢？學(xué)生普遍能得分，真的體現(xiàn)了這道題的基礎(chǔ)性，但得分不高，距離滿分有差距。改卷過程中發(fā)現(xiàn)，主要失分的原因是對(duì)圖像的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)不到位，日常學(xué)習(xí)中對(duì)縱坐標(biāo)x的含義的理解未求甚解，對(duì)x-t圖像的基本含義學(xué)習(xí)囫圇吞棗，簡單認(rèn)為x就是位移，而直接代入數(shù)學(xué)坐標(biāo)（0，-9）（1，0）和（5，16）等進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際上縱坐標(biāo)最準(zhǔn)確的含義應(yīng)該是位置坐標(biāo)。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤呢？難道是教材沒講清楚？那首先讓我們一起來看看人教版高中物理新教材必修一第16頁對(duì)此知識(shí)點(diǎn)的原文講解，教材很清楚地講解了這個(gè)知識(shí)點(diǎn)：在直角坐標(biāo)系中選時(shí)刻t為橫軸，選位置x為縱軸，其上的圖線就是位置-時(shí)間圖像，通過它能直觀地看出物體在任何時(shí)刻的位置（圖2）。特別說明了：如果將物體運(yùn)動(dòng)的初始位置選作位置坐標(biāo)原點(diǎn)O，則位置與位移大小相等（x=Δx），位置-時(shí)間圖像就成為位移-時(shí)間圖像，又稱x-t圖像。從x-t圖像可以直觀地看出物體在不同時(shí)間內(nèi)的位移[4]。

教材內(nèi)容對(duì)此知識(shí)點(diǎn)講解得非常透徹，再加上實(shí)踐應(yīng)該自主總結(jié)出當(dāng)函數(shù)圖像縱軸的起點(diǎn)從原點(diǎn)開始時(shí)，即物體的初位置能從零點(diǎn)出發(fā)時(shí)，縱坐標(biāo)才可以當(dāng)作位移處理。學(xué)生之所以做錯(cuò)，是因?yàn)椴恢匾暯滩?，未吃透教材中的知識(shí)點(diǎn)，或者覺得這個(gè)知識(shí)點(diǎn)簡單，沒有深入理解，導(dǎo)致做題過程中對(duì)題目中的變化處理不當(dāng)[5]。

這個(gè)題目出錯(cuò)的原因還有以下幾點(diǎn)：

（1）數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算能力弱，無法算出正確結(jié)果;

（2）t2前面的系數(shù)對(duì)應(yīng)物理公式中的a，不經(jīng)過思考，以為直接就是a，少算了個(gè)2倍;

（3）解題過程不規(guī)范，對(duì)于數(shù)學(xué)內(nèi)容較多的題目不知道該如何規(guī)范答題，特別是答題卡上解答五花八門，很多人根本搞不清物理方法，就只能用數(shù)學(xué)解析式法做，最后寫的直接像數(shù)學(xué)題的解題過程，全程數(shù)學(xué)計(jì)算而導(dǎo)致丟分;物理試題做的沒有物理味道，物理基本素養(yǎng)不過關(guān)。

基礎(chǔ)題就應(yīng)該思路清晰明確，要體現(xiàn)出基本的物理核心素養(yǎng)。針對(duì)這道題所發(fā)現(xiàn)的問題，特別值得我們?nèi)シ治觯趺慈ヂ鋵?shí)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)？怎么提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？以下幾點(diǎn)僅供參考：

（1）重視學(xué)科基礎(chǔ)，緊扣考綱、教材

從2020年9月開始使用的這一套人教版高中物理新教材從版面設(shè)計(jì)到內(nèi)容，從邏輯推理到編排，從例題到課后習(xí)題，對(duì)舊教材有很大的調(diào)整。從實(shí)際一線教學(xué)來看，這些編排非常合理，邏輯性、適用性甚至觀賞性都大大提高。就本題所設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，在舊教材同等位置沒有對(duì)x-t圖的講解，新教材不僅將此知識(shí)點(diǎn)單獨(dú)列出，而且講解清晰、透徹、有條理，重視教材的教師和學(xué)生在此就可獲益，可以很好地理解x-t圖像并正確作答。

另外，從歷年高考題來看，部分高考試題素材直接來源于教材，逐年貼近中學(xué)教學(xué)實(shí)際。如2020年高考理科綜合全國Ⅰ卷第14題，討論行駛中的汽車如果發(fā)生劇烈碰撞，車內(nèi)的安全氣囊會(huì)被彈出并瞬間充滿氣體，若碰撞后汽車的速度在很短時(shí)間內(nèi)減小為零，關(guān)于安全氣囊在此過程中的作用，這道題就改編自教材中的例題，突出考查學(xué)生對(duì)核心物理概念和規(guī)律的理解與應(yīng)用。再如2020年高考理科綜合全國Ⅲ卷第14題，以課堂演示實(shí)驗(yàn)為情境，要求學(xué)生判斷電源接通瞬間金屬圓環(huán)的運(yùn)動(dòng)方向，考查內(nèi)容涉及楞次定律等基本知識(shí)。這些高考試題突出基礎(chǔ)內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)基本物理概念和基本規(guī)律的考查，旨在引導(dǎo)教學(xué)注重教材、注重基礎(chǔ)，夯實(shí)物理學(xué)習(xí)能力[6]。所以，教師一定要帶領(lǐng)學(xué)生好好研讀課本教材。

（2）加強(qiáng)關(guān)鍵能力，促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科的育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[7]。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。教學(xué)過程中要幫助學(xué)生形成物理觀念、建立模型、熟練掌握方法，形成關(guān)鍵能力。

（3）精講重點(diǎn)、難點(diǎn)，精練提高效率

既要關(guān)注知識(shí)的覆蓋面，還要注重各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的融會(huì)貫通，要加強(qiáng)對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，這樣對(duì)能力的提升才有幫助。針對(duì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，要將陳題和創(chuàng)新題交替使用，用經(jīng)典試題鞏固經(jīng)典思路，用創(chuàng)新題拓展思維方法[8]，訓(xùn)練從審題到建模，再到列方程求解的全過程，還可以使用錯(cuò)題和高考真題為主，查漏補(bǔ)缺，提高解題速度。注意問題的發(fā)散，即“一題多問”“一題多變”“多題歸一”。

（4）重視規(guī)范答題，減少意外失分

要重視學(xué)生規(guī)范答題、分析方法等的習(xí)慣訓(xùn)練。高考對(duì)物理計(jì)算題更加強(qiáng)調(diào)推理和解題過程的依據(jù)，其目的在于考查學(xué)生的思維過程、邏輯推理和文字表達(dá)能力。解題的規(guī)范化能促使學(xué)生在有理有據(jù)分析問題的良好習(xí)慣中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。因此，要利用好每一次單科測(cè)試，閱卷尺度從嚴(yán)，對(duì)一些個(gè)別學(xué)生、個(gè)別錯(cuò)誤甚至做到面批面改，一定要求學(xué)生將規(guī)范答題落實(shí)到位。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 羅琬華）