考場(chǎng)構(gòu)建“模型” 思維探究“設(shè)計(jì)”

摘 要：通過(guò)透析2021年中考物理命題最新動(dòng)態(tài)，對(duì)一道壓軸題的微觀思維探究過(guò)程展開(kāi)分析與思考，讓筆者感受到 “教的邏輯”與“學(xué)的邏輯”急需轉(zhuǎn)變，未來(lái)教學(xué)將是進(jìn)階性的.教師在日常教學(xué)中常采用“真實(shí)情境”導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)置“系列任務(wù)”和“問(wèn)題嵌入”，通過(guò)一系列學(xué)生“自主探究”活動(dòng)實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)可能代表著未來(lái)的一種學(xué)習(xí)方式.

關(guān)鍵詞：中考物理;思維探究;杠桿;項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）24-0055-03

基金項(xiàng)目：蕪湖市2019年安徽省重點(diǎn)課題“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的中學(xué)物理深度教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JKZ19004）.

作者簡(jiǎn)介：滕元斌（1970-），男，安徽蕪湖人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理課堂教學(xué)、中考研究.

1 試題呈現(xiàn)

2021年安徽省中考物理試卷第23題是一道思維探究題（如圖1所示）：在研究物理問(wèn)題時(shí)，常需要突出研究對(duì)象的主要因素，忽略次要因素，將其簡(jiǎn)化為物理模型.

如圖1甲所示，一質(zhì)量分布均勻的杠桿，忽略厚度和寬度，長(zhǎng)度不可忽略，用細(xì)線將它從中點(diǎn)懸起，杠桿能在水平位置平衡.將它繞懸點(diǎn)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后（如圖乙所示）釋放，為研究其能否平衡，可將它看成等長(zhǎng)的兩部分，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出這兩部分各自所受重力的示意圖和力臂，并用杠桿平衡條件證明杠桿在該位置仍能平衡.

如圖丙所示，一質(zhì)量分布均勻的長(zhǎng)方形木板，忽略厚度，長(zhǎng)度和寬度不可忽略，用細(xì)線將它從AB邊的中點(diǎn)懸起，杠桿能在水平位置平衡.將它繞懸點(diǎn)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后（如圖丁所示）釋放，木板在該位置能否平衡？寫出你的判斷依據(jù).

本試卷一改歷年安徽省物理中考試題計(jì)算與推導(dǎo)題的總體設(shè)計(jì)，推導(dǎo)題作為初高中物理銜接的重大體現(xiàn)，一直是安徽省中考題的必考題型，而它的分值一直是4分或5分，相對(duì)比較穩(wěn)定;且一般是相對(duì)比較容易過(guò)渡的公式推導(dǎo)或情境問(wèn)題解答.而今年一改常態(tài)，作為最后一題，有推導(dǎo)、計(jì)算、說(shuō)理與運(yùn)用，分值在總分下降的前提下還提高至8分，顯然，設(shè)計(jì)者已將它設(shè)置成壓軸題.從甲圖到丁圖的思維進(jìn)階，是一種必須沉浸其中后方能較全面地完成思考探究的“項(xiàng)目”研究.從某種意義上說(shuō)，它是升級(jí)版的考場(chǎng)科學(xué)探究活動(dòng).

2 思路剖析

2.1 設(shè)計(jì)意圖

表面上看它只是考查學(xué)生杠桿模型與杠桿的平衡條件，但實(shí)際上它同時(shí)兼顧學(xué)生日常思維探究的考查、物理知識(shí)的綜合運(yùn)用、生活化問(wèn)題的思考研究、重力知識(shí)、數(shù)學(xué)中全等和解三角形等知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用.在一定程度上考查學(xué)生科學(xué)思維的深度學(xué)習(xí)，通過(guò)考后統(tǒng)計(jì)分析，筆者認(rèn)為本試題的難度偏高，區(qū)分度較好，是一道力求讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)探究（一個(gè)項(xiàng)目）與充分發(fā)揮學(xué)習(xí)用具功能（一物多用）等能力的優(yōu)秀試題.

2.2 思路一

第（1）小題的回答難度不大，正確率較高，答案是：杠桿在該位置仍能平衡.杠桿兩部分各自所受重力的示意圖和力臂如圖2所示，設(shè)杠桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng)， 所受重力為G，杠桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度為θ.

解法1：基于對(duì)杠桿平衡條件的認(rèn)識(shí)，分析得出杠桿兩邊可看成兩部分，質(zhì)量均勻，兩側(cè)等重（力相等），中點(diǎn)懸起（支點(diǎn)），兩側(cè)力臂相等，因此G1×L1=G2×L2，再進(jìn)一步聯(lián)想到平時(shí)的探究實(shí)驗(yàn)，將它繞懸點(diǎn)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后（如圖1乙所示）釋放，此時(shí)力與力臂還是相等的，因此G1×L1=G2×L2 ，所以杠桿在該位置仍能平衡.

解法2：利用數(shù)學(xué)知識(shí)全等三角形對(duì)應(yīng)邊相等，如圖2所示，可以直接利用數(shù)學(xué)知識(shí)，易證△AOO1≌△BOO2，因?yàn)镺O1=OO2=12L，所以L1=L2，G1=G2 =G2，所以可得G1×L1=G2×L2，所以杠桿在該位置仍能平衡.

解法3：由圖2可知（利用數(shù)學(xué)知識(shí)，三角函數(shù)知識(shí)）：

L1=L2 =14L·cosθ，G1=G2 =G2.可得G1×L1=G2×L2，所以杠桿在該位置仍能平衡.

評(píng)析：解法1、解法2、解法3在思路上有明顯層級(jí)之分，與學(xué)生的思維方式密切相關(guān)，解法1更符合初中學(xué)生的思維模式，而從命題建模思想出發(fā)，命題人最想得到的是解法3，而本題若只有第一小題，那么上述同學(xué)的不同解法區(qū)分基本無(wú)效.好在本題設(shè)計(jì)成思維探究題，接下來(lái)學(xué)生還要面對(duì)第2小題的挑戰(zhàn)，所以在進(jìn)行進(jìn)一步深入思考之后，又會(huì)有許多同學(xué)在下一步解題中重復(fù)上述思路.可見(jiàn)解法1考查學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)與邏輯思維能力的綜合運(yùn)用，而解法2與解法3的出現(xiàn)則是數(shù)學(xué)建模思想的運(yùn)用，簡(jiǎn)化問(wèn)題數(shù)學(xué)化，更顯簡(jiǎn)捷.從學(xué)生思維“項(xiàng)目化”不斷進(jìn)階的探究而言，最終讓學(xué)生明白杠桿平衡不一定在水平方向.

2.3 思路二

第（2）小題是在第（1）小題的思路之下，進(jìn)一步拓展，并與實(shí)際寬度不可忽略相聯(lián)系，答案要求學(xué)生只要“能利用杠桿平衡條件或力的平衡條件簡(jiǎn)要表述不能平衡的原因即可，對(duì)重心位置、力臂大小、力的大小等判斷過(guò)程不做要求”，而筆者認(rèn)為學(xué)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)很有必要.繼第（1）小題的解答之后，學(xué)生可以運(yùn)用前面的物理量進(jìn)行推理或解答，最終得出：不能平衡.

解法1：（杠桿平衡條件法）將木板看成左右相同的兩部分，各自所受重力和力臂如圖3所示，設(shè)木板所受重力為G，由圖可知L1

解法2：（二力的平衡法）木板轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后釋放，其受力情況如圖4所示.

此時(shí)木板的重心已偏向右側(cè)（如圖4所示），可知木板受到的拉力F和重力G不在一條直線上，不滿足二力平衡的條件，所以木板在該位置不能平衡.木板會(huì)繞O點(diǎn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到最終在水平位置保持平衡.

解法3：（整體杠桿法）如圖5所示，將木板看成一個(gè)整體，此時(shí)重心在幾何中心，由圖可知重力的方向與支點(diǎn)不在一條直線上.

對(duì)于一個(gè)杠桿而言，只有一個(gè)力，且它的力臂不為零，所以杠桿不能平衡.

評(píng)析：從學(xué)生視角看，解法1更符合初中學(xué)生的思維模式，而從命題人的建模思想出發(fā)，最想得到的是學(xué)生思維的進(jìn)階——發(fā)散思維，充分利用題意保持平衡，也就是靜止?fàn)顟B(tài).這樣能夠得出解法2和解法3，可見(jiàn)解法1考查學(xué)生思維能力的綜合運(yùn)用，而解法2與解法3的出現(xiàn)則是物理建模的進(jìn)一步推廣，讓學(xué)生在充分運(yùn)用題意之下，發(fā)散出思維的火花，相對(duì)而言，解法更直接、更簡(jiǎn)潔明了.

3 教學(xué)啟示

通過(guò)對(duì)中考“壓軸題”的解法分析，筆者發(fā)現(xiàn)試題在繼承歷年中考推導(dǎo)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展科學(xué)思維與核心素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)推理進(jìn)行全新的考查，同時(shí)注重將物理模型的運(yùn)用過(guò)渡到基礎(chǔ)知識(shí)、思維能力的綜合考查.而從數(shù)學(xué)、語(yǔ)文角度的學(xué)科整合又讓我們看到學(xué)生考場(chǎng)思維探究的作用和意義.這種考查方式更類似于目前比較流行的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式.

3.1 “教的邏輯”轉(zhuǎn)變——情境性

透析目前中學(xué)物理日常教學(xué)的諸多實(shí)踐，在落實(shí)物理模型教學(xué)與學(xué)生能力發(fā)展教學(xué)上，現(xiàn)實(shí)與理想依然存在一定差距，通過(guò)對(duì)2021年安徽中考?jí)狠S題23題解法與考查要求的分析可見(jiàn)，教師在今后的物理教學(xué)中一定要注重體現(xiàn)建?；顒?dòng)的過(guò)程性.讓學(xué)生充分融入活動(dòng)過(guò)程中，比如當(dāng)前較熱門的“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”的系列活動(dòng)、系列任務(wù)、系列問(wèn)題……等過(guò)程，就能讓學(xué)生在教師引導(dǎo)下的自主、合作、研討及交流中，更充分地體驗(yàn)建模過(guò)程的情境性（真實(shí)情境）.因而作為教的主導(dǎo)者，教師必須轉(zhuǎn)變“教的邏輯”：“教”的“目的”是為了學(xué)生更好的“學(xué)”，教的最高境界是“不教”，從而能達(dá)到落實(shí)核心素養(yǎng)的目的.

3.2 “學(xué)的邏輯”轉(zhuǎn)變——進(jìn)階性

壓軸題象征中考的選拔性特征，它要求學(xué)生在考場(chǎng)一定時(shí)間內(nèi)，充分體驗(yàn)知識(shí)與能力的內(nèi)化、拓展過(guò)程，使學(xué)生日常學(xué)習(xí)中深層次的思維過(guò)程得以體現(xiàn)、得到評(píng)估，這實(shí)際上是一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從間斷到連續(xù)的推理認(rèn)知發(fā)展的過(guò)程，未來(lái)的物理學(xué)習(xí)更趨向于思維的進(jìn)階.學(xué)生一味機(jī)械式的記憶，實(shí)際上已無(wú)法適應(yīng)這樣的考查過(guò)程.學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程要轉(zhuǎn)變，達(dá)到思維越開(kāi)放，答案越接近命題的目的.

當(dāng)前項(xiàng)目式大單元設(shè)計(jì)背景下的教學(xué)實(shí)踐，體現(xiàn)當(dāng)下活動(dòng)設(shè)計(jì)的基本模式：學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案、小組交流與研討、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)、學(xué)生自主評(píng)估、主題研討、撰寫學(xué)習(xí)心得體會(huì)、制作學(xué)具或“產(chǎn)品”、歸納系列解題方法與策略等全新學(xué)習(xí)形式，讓更多學(xué)生在“學(xué)的邏輯”上得以轉(zhuǎn)變，最大限度地提升學(xué)習(xí)效率、學(xué)生個(gè)人能力與群體層次，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的真正轉(zhuǎn)變，它讓學(xué)習(xí)水平的層次像一個(gè)個(gè)“臺(tái)階”具有一定的梯度，學(xué)習(xí)的方式不斷得以進(jìn)階——從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從間斷到連續(xù).

總之，根據(jù)當(dāng)前的物理教學(xué)實(shí)際，學(xué)生的認(rèn)知水平大多停留在記憶、再現(xiàn)這一淺層學(xué)習(xí)狀態(tài)，思維得不到提升，能力得不到發(fā)展，課堂也是低效的.在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中通過(guò)中考?jí)狠S題的深入思考，讓我們明確，在今后的物理課堂教學(xué)中，教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”的觀念均要緊跟時(shí)代（特別是中考）的步伐.當(dāng)前大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們：教師在日常教學(xué)中常采用“真實(shí)情境”導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)置“系列任務(wù)”和“問(wèn)題嵌入”，通過(guò)一系列學(xué)生“自主探究”活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)可能代表著未來(lái)的一種學(xué)習(xí)方式.在這種的教學(xué)過(guò)程中，教師的教學(xué)行為和目的不是單純地讓學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的記憶性遷移，而是要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、交流、合作探究來(lái)解決開(kāi)放性問(wèn)題并完成學(xué)科知識(shí)的建構(gòu).

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（收稿日期：2021-07-14）