激勵學生命題，促成物理自覺，升華核心素養(yǎng)
——以“木板+滑塊”模型為例談新高考理念下的二輪專題復習

羅玉芹

（江蘇省淮陰中學，江蘇 淮安 223001）

自覺指自己有所認識而覺悟，自己感覺到，自己意識到，是內(nèi)在的自我發(fā)現(xiàn)的過程.物理自覺指的是學生在物理學習中，主動積極地通過知識建構(gòu)整合、遷移重組、質(zhì)疑創(chuàng)新、內(nèi)化物理觀念，形成對物理內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律的自我發(fā)現(xiàn)和自我領(lǐng)悟，從而提升自身解決實際問題的能力和素養(yǎng).

一輪復習注重的是夯實基礎(chǔ)，注重知識點的各個擊破，側(cè)重的是必備知識的梳理和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，學生往往“只見樹木不見森林”.二輪復習需要注重規(guī)律、方法和思維的整合，培養(yǎng)融合創(chuàng)新能力，側(cè)重學科素養(yǎng)和核心價值的培養(yǎng).因此，二輪復習更需要活化課堂，激勵學生參與試題命制與問題解決，培養(yǎng)高階思維，以促成學生物理自覺，升華學生物理核心素養(yǎng).要站在學生的視角，貼合學生的認知，打破知識體系的框架限制，搭設臺階，層層遞進，“低起點，高落點”的設計以主題為引領(lǐng)、以學生為主體的二輪復習專題.

下面以“木板+滑塊”模型為例，談談新高考理念下的高三物理二輪專題復習的實踐與思考.

1 預期目標

學生是學習真正的主人，學生只有全面參與問題的設計和解決，才能真正實現(xiàn)對物理規(guī)律的自我覺醒.從學生的視角進行課堂設計，鼓勵學生以基礎(chǔ)模型為載體，從基本情境入手，自主設計問題，并通過不斷升級題設條件，豐富試題的廣度和深度.學生自主命制試題，通過對信息量表達的規(guī)范和全面的思考，促成學生讀題解題時提取有效信息的獲取自覺；通過對題目中的因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的思考，促成學生解題時的邏輯思維自覺；通過對解決問題所需要調(diào)用的規(guī)律和方法的思考，深化對物理規(guī)律的內(nèi)涵和外延理解，全面促成物理自覺，升華核心素養(yǎng).

2 前課準備

每個學習小組結(jié)合已有認知，編制3道以“板塊”模型為情境載體的試題，問題難易要有梯度，其中至少有一題是開放性試題.

教師收集和篩選學生命制的試題，按照由簡單到復雜，由特殊到一般的認知規(guī)律逐次設計活動流程，課堂上以學生自主命制的問題為活動主線，通過由淺入深、由特殊到一般，逐步探究和總結(jié)，在問題設置和問題解決中形成系統(tǒng)的認知.

3 活動流程

以學生命制的試題為主線，通過“激活規(guī)律，提煉方法”“遷移情境，建構(gòu)模型”“聚焦節(jié)點，融合過程”3個環(huán)節(jié)，逐步推進，建構(gòu)“板塊”模型大概念，培育學生解決物理問題的大思維，引領(lǐng)學生達成物理自覺.

3.1 激活規(guī)律，提煉方法

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映.［1］教師激發(fā)學生通過自主命制和解決問題，加深對物理規(guī)律的內(nèi)涵和外延全面深入的理解，加深對物理方法使用條件、優(yōu)劣勢的剖析，引領(lǐng)學生選擇合理的規(guī)律和合適的方法靈活處理問題.

圖1

學生命題1：如圖1所示，質(zhì)量為M的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動摩擦因數(shù)為μ，若滑塊恰好不會從木板上滑落，求：

（1）滑塊最終速度大??；

（2）木板的長度.

試題品評：這是一道學習探究情境的基礎(chǔ)問題，題設條件“光滑”、“恰好”，簡化了問題情境，突破口明確，適用于選取多種物理規(guī)律和方法解題，有利于規(guī)律激活和方法提煉，適合作為討論問題的母題呈現(xiàn).

物理自覺：題設關(guān)鍵詞“光滑”說明木板和地面之間沒有摩擦力，“恰好”說明滑塊滑至木板右端時與木板的速度相同，由于系統(tǒng)所受合外力為零，根據(jù)動量守恒定律可輕松求得滑塊最終速度；根據(jù)牛頓運動定律和運動學公式亦可成功求解.滑塊對木板的相對位移大小等于木板的長度，可依據(jù)運動學公式求解位移之差，可依據(jù)vt圖像求解，可依據(jù)能量守恒定律求解，可依據(jù)相對運動公式求解，學生嘗試用不同規(guī)律和方法解題，通過和其他同學的思維碰撞，體會動力學觀點、能量觀點和動量觀點處理具體問題的優(yōu)越性，激活學生對規(guī)律的理解，嘗試用多種方法解題，有效訓練學生解決問題的思維，喚醒學生的物理自覺.

學生命題2：如圖1所示，質(zhì)量為M、長為L的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動摩擦因數(shù)為μ.試分析板塊可能的運動情況和可以求解的物理量.

試題品評：這是一道開放式情境問題，對學生思考物理問題的全面性提出更高要求，有利于學生對滑塊是否會從木板上滑落這個關(guān)鍵節(jié)點的理解，有利于學生綜合分析能力的提升.

物理自覺：學生通過由具體的問題求解到全面思考該模型下的各種可能運動情形，對基本的板塊模型形成一個相對系統(tǒng)的認知，對滑塊位移、木板位移、它們之間的相對位移以及滑塊動能、木板動能、系統(tǒng)內(nèi)能之間的關(guān)系有了準確的認知，深刻認識到受力分析是處理板塊模型的核心環(huán)節(jié)，摩擦力突變是分析相對運動情形的關(guān)鍵節(jié)點，總結(jié)處理“板塊”問題的思路和方法，形成由現(xiàn)象分析到本質(zhì)思考、由感性認識到理性思維的物理自覺.

學生命題3：如圖1所示，質(zhì)量為M的足夠長木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動摩擦因數(shù)為μ.若僅改變上述題設條件中的一個，試分析如何增加滑塊在足夠長木板上的運動位移及增加它們之間因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能.

試題品評：這是一道進階式情境問題，順應學生的認知和思維發(fā)展，學生通過自主思考、小組合作討論，展示解題心得、剖析錯解原因，進一步提煉出解決問題的具體思路和方法，有利于培養(yǎng)學生全方位、多角度分析問題解決問題的能力.

解法1展示：圖像法定性探究相對位移大?。▓D2中虛線均為條件改變后的情況）.

圖2

解法2展示：公式法定量求解相對位移大小

公式法定量求解產(chǎn)生的內(nèi)能

物理自覺：圖像法在比較相對位移大小時，更直觀、形象、快捷，優(yōu)勢明顯；若采用圖像法求解產(chǎn)生的內(nèi)能，研究ΔE僅隨M或v0變化時，形象快捷準確；在研究ΔE僅隨m或μ的變化時，因為涉及到變化趨勢相反的兩個變量，不能得出結(jié)論，此時用公式法求解產(chǎn)生的內(nèi)能優(yōu)勢很明顯.認識到圖像法和公式法在解決問題時各有優(yōu)勢，相輔相成又相得益彰，拓展了思維的深度、厚度和廣度，提升了思維的深刻性、靈活性和敏捷性，形成處理問題時先嘗試用多種方法解題、再對多種方法進行比較和擇優(yōu)的物理自覺.

3.2 遷移情境，建構(gòu)模型

情境遷移能力屬于高階思維能力，對學生的關(guān)鍵能力和學科素養(yǎng)要求高.教師需要給學生以恰當?shù)囊I(lǐng)，需要精心設計情境變換，呈現(xiàn)給學生看似形態(tài)各異的、跨度很大的不同情境，引領(lǐng)學生通過分析和比較，透過情境找出它們的本質(zhì)聯(lián)結(jié)，形成“板塊”模型大概念，促成思維提升.

遷移問題情境1：如圖3所示，子彈打木塊.這可視為一對摩擦力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中子彈相當于上述命題情境中的滑塊、木塊相當于該情境中的木板.

圖3

遷移問題情境2：如圖4所示，滑塊沖上光滑圓弧槽.這可視為一對彈力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中圓弧槽相當于上述命題情境中的木板.

圖4

遷移問題情境3：如圖5所示，電磁感應現(xiàn)象中的雙棒問題.這可視為一對安培力關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，a棒相當于上述命題情境中的滑塊，b棒相當于該情境中的木板.

圖5

遷移問題情境4：如圖6所示，足夠長的輕質(zhì)薄板靜置于光滑水平面，物塊M靜止于薄木板的右端，物塊m以水平速度v0滑上薄板，m、M與薄板之間的滑動摩擦力滿足μmg＜μMg時.

圖6

這可視為一對摩擦關(guān)聯(lián)的“板塊”模型，其中M和輕質(zhì)薄板的組合體相當于上述命題情境中的長木板.

物理自覺：通過對板塊模型的遷移，強化對板塊模型的建構(gòu)，在具體問題情境中運用等效觀點培育學生的科學思維，提升學生的學科核心素養(yǎng).總結(jié)出“板塊”模型的實質(zhì)就是“一對大小相等，方向相反的作用力”關(guān)聯(lián)的實物模型，從相互作用觀點、運動觀點和能量觀點促進學生的認知升華、思維遷移和素養(yǎng)養(yǎng)成，有效提升綜合分析能力、模型建構(gòu)能力、信息重新整合的創(chuàng)新能力.

3.3 聚焦節(jié)點，融合過程

通過對相關(guān)物體的受力分析、運動過程分析以及對摩擦力突變的關(guān)鍵節(jié)點的判斷，先將實際復雜的運動過程分解為多個子過程，分別確定各個子過程的運動性質(zhì)，再將各個子過程有機融合，有效銜接，全程綜合考慮，提升分析、解決復雜問題的能力.

學生命題4：如圖7所示，質(zhì)量為M、長為L的木板靜置于光滑水平面上，質(zhì)量為m的小滑塊以水平速度v0滑上木板，滑塊與木板間動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ2，試分析滑塊和木板可能有哪幾種運動情況.

圖7

試題品評：這是一道開放式情境問題，與學生命題3情境不同之處是木板和地面之間不光滑，對學生的綜合分析能力提出了更高的要求.首先需要判斷“木板是否能夠滑動”，若木板能滑動，還需進一步判斷與滑塊“是否能夠共速”以及“共速后能否一直保持相對靜止”兩個關(guān)鍵節(jié)點，對關(guān)鍵節(jié)點的突破有利于提升學生的抽象思維.如圖8所示，為滑塊和木板可能的4種運動情形.

圖8

物理自覺：通過對滑塊和木板受力分析可知，它們存在以下多種可能的運動：起始時木板是否會滑動；物塊是否會從木板上滑落；共速后是否能夠保持相對靜止.木板是否滑動，取決于滑塊給木板的摩擦力和地面給木板的摩擦力大小的比較；滑塊是否滑落，取決于木板長度是否足夠長或滑塊到達木板右端前是否共速；共速后是否保持相對靜止一起做減速運動，取決于動摩擦因數(shù)μ1、μ2大小的比較，且領(lǐng)悟到：木板一旦能被滑塊帶動［滿足條件：μ1mg＞μ2（m+M）g］，它們?nèi)裟苓_到共速，共速后就一定保持相對靜止（滿足條件：μ1＞μ2）一起做減速運動.綜上分析，判斷“板塊”的可能運動情形，應在“起始、滑落和共速”這幾個關(guān)鍵節(jié)點的突破上下功夫，此類復雜過程問題便可迎刃而解.

學生命題5：如圖9所示，空間有一垂直紙面向外的磁感應強度B=0.5T的勻強磁場，質(zhì)量M=0.2kg的足夠長絕緣木板靜止在光滑水平面上，在木板左端放置質(zhì)量m=0.1kg、電荷量q=+0.2C的滑塊，滑塊與絕緣木板之間動摩擦因數(shù)μ=0.5，滑塊受到的最大靜摩擦力可認為等于滑動摩擦力；現(xiàn)對木板施加方向水平向左、大小為0.6N的恒力F，取g=10m/s2.則滑塊

圖9

（A）先做加速度減小的加速運動，最后做勻速直線運動.

（B）一直做加速度為2m/s2的勻加速運動，直到滑塊飛離木板為止.

（C）速度為6m/s時，滑塊開始減速.

（D）最終做速度為10m/s的勻速運動.

試題品評：這是一道力電情境綜合題，加入了洛倫茲力的作用，知識跨度大，能力要求高，適合考查學生的思維遷移和學以致用能力，有利于形成處理“板塊”類問題的綜合思路，有利于提升學生綜合分析能力，有利于高階思維的培養(yǎng)，這正是物理二輪復習需要達成的目標.

物理自覺：因滑塊與絕緣木板之間動摩擦因數(shù)μ=0.5，可判斷出滑塊隨木板一起作加速運動的加速度a≤μg=5m/s2.用假設法、整體法推得滑塊速度較?。此俣葀＜6m/s）時能隨木板一起作加速度a1=2m/s2的勻加速運動.滑塊運動過程中速度增加引起所受洛倫茲力的增加、滑塊和木板之間彈力的減少，從而引起摩擦力的減少；當滑塊的加速度a2＜2m/s2時不能保證滑塊隨木板一起作加速運動，即滑塊速度v=6m/s時它們開始相對滑動；當滑塊速度v=10m/s時，滑塊所受洛倫茲力和其重力平衡，以后滑塊做勻速直線運動，木板做加速度a3=3m/s2的勻加速運動.

處理運動過程較為復雜的問題時，需要從兩大“分析”——受力分析、運動過程分析入手，結(jié)合各種性質(zhì)力的特點，抓住運動狀態(tài)關(guān)鍵節(jié)點，分步研究運動過程，確定運動過程在不同階段的運動性質(zhì)，各個擊破、層層推進、先分后總，逐步解決問題，養(yǎng)成先分析后綜合的物理自覺.

3.4 導圖引領(lǐng)，升華認知

教師和學生一起總結(jié)概括，共同完成思維導圖.

課堂總結(jié)以高度濃縮的思維可視化導圖形式呈現(xiàn)，如圖10所示.通過整體架構(gòu)，“既見樹木又見森林”，思路清晰，有助于學生對“板塊”模型形成全方位、多角度的系統(tǒng)認知，提高解決問題能力，深入內(nèi)化物理觀念，提升科學思維品質(zhì)，形成物理大概念大思路，促成物理自覺.

圖10 思維可視化導圖

4 實踐感悟

學習進階的思想認為，學習是一種不斷積累發(fā)展的過程，學生對核心概念的理解、物理規(guī)律的掌握和運動情景的建立不是一蹴而就的，而是需要經(jīng)過許多個不同的中間水平，而在一定的時間范圍內(nèi)，依靠恰當?shù)慕虒W策略，學生對這核心概念、物理規(guī)律的理解和運用，便會不斷發(fā)展，逐漸成熟.［2］

學生是學習真正的主人，學生通過全面參與問題的設計和解決，通過積極主動參與知識與模型的重組、整合、建構(gòu)、完善等思維的碰撞，到方法的選擇、評估和優(yōu)化，真正實現(xiàn)自我覺醒和能力提升.教師通過活化課堂，真實從學生的視角進行課堂設計，聚焦學生的思維難點和盲點，通過多種手段激勵和引導學生積極參與、主動體驗、碰撞修正，實現(xiàn)學生的物理自覺.把培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)真正落實在教育教學的每一個環(huán)節(jié)，有效達成學科育人目的.