基于高考試題的作業(yè)設(shè)計與思考
——以2021年全國乙卷第24題為例

云南 張保雷 婁忠平

物理作業(yè)是高中物理學(xué)習(xí)的重要載體，在幫助學(xué)生強化物理知識、達成教學(xué)目標、提高科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)科能力及學(xué)科核心素養(yǎng)等方面具有重要的作用。一線教師在進行物理教學(xué)和備考的過程中，應(yīng)盡量讓學(xué)生的物理知識結(jié)構(gòu)化，并形成良好的知識體系，讓學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識解決各種實際問題。如何實現(xiàn)上述作業(yè)目標，值得高中教育者思考。然而有些教師在進行物理教學(xué)和備考時布置的物理作業(yè)大多依賴教輔資料、高考試題和模擬試題，其中高考試題是公認的質(zhì)量最高的試題，但是高考試題的選拔功能決定了高考試題有梯度、有難度，不少高考試題與作業(yè)的理念相悖。以高考試題為引領(lǐng)，進行作業(yè)設(shè)計，是直接、可靠、易操作的作業(yè)設(shè)計方法。下面筆者在對2021年全國高考乙卷理綜第24題深入分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計符合學(xué)生認知、滿足不同階段和不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的作業(yè)，供高中物理教師參考。

1 試題與評析

【試題】一籃球質(zhì)量為m=0.60 kg，一運動員使其從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止自由落下，反彈高度為h2=1.2 m。若使籃球從距地面h3=1.5 m的高度由靜止下落，并在開始下落的同時向下拍球、球落地后反彈的高度也為1.5 m。假設(shè)運動員拍球時對球的作用力為恒力，作用時間為t=0.20 s；該籃球每次與地面碰撞前后的動能的比值不變。重力加速度大小取g=10 m/s2，不計空氣阻力。求：

(1)運動員拍球過程中對籃球所做的功；

(2)運動員拍球時對籃球的作用力的大小。

【答案】(1)W=4.5 J (2)F=9 N

【評析】本題以打籃球的基本動作為情境，考查牛頓運動定律、運動學(xué)公式、功能關(guān)系等物理主干知識，旨在考查考生獲取信息、綜合分析處理信息、建立物理模型、類比推理等關(guān)鍵能力。從學(xué)科素養(yǎng)的角度，既有對運動觀和能量轉(zhuǎn)化與守恒的考查，又有對模型建構(gòu)、科學(xué)推理的考查，同時還有引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身體健康、加強身體鍛煉、積極參加體育運動的價值引領(lǐng)。該題是一道既體現(xiàn)基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性，又兼具創(chuàng)新性和區(qū)分度的高考優(yōu)秀試題，可見一道高考試題需要承載多項“任務(wù)”。一道試題可能有知識的交叉，能力的復(fù)合以及素養(yǎng)的融合，但是如果直接將此類試題作為所有學(xué)生的作業(yè)就不合適了。為使學(xué)生最終能達到解答高考試題的要求，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計作業(yè)，具體舉例如下。

2 作業(yè)設(shè)計

2021年全國高考乙卷理綜第24題是以自由落體運動模型為基礎(chǔ)，可以使用多種方法解答，其中勻變速直線運動規(guī)律和功能關(guān)系是兩條常用的解答途徑，但是無論選擇何種路徑解答，畫出模型圖，把試題情境轉(zhuǎn)化成需要的過程都是解題的關(guān)鍵。在高一階段，學(xué)生學(xué)習(xí)自由落體運動后可以完成作業(yè)1，學(xué)習(xí)了功與能后可以完成作業(yè)2，作業(yè)1、2既可以鞏固基礎(chǔ)知識，又可以培養(yǎng)學(xué)生把實際情境轉(zhuǎn)化成物理模型的能力。具體如下：

【作業(yè)1·高一上學(xué)期】一運動員將一籃球從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止釋放，重力加速度大小取g=10 m/s2，不計空氣阻力。畫出該過程的簡圖，求：

(1)籃球下落的時間；

(2)籃球撞地前瞬間的速度大小。

圖1

(2)由自由落體運動規(guī)律v=gt，代入數(shù)據(jù)得籃球撞地前瞬間的速度大小為v=6 m/s，對籃球從靜止下落到地面過程由速度和位移的關(guān)系式v2=2gh1，代入數(shù)據(jù)得v=6 m/s。

【答案】(1)t=0.6 s (2)v=6 m/s

【作業(yè)2·高一下學(xué)習(xí)功能后】一籃球質(zhì)量為m=0.60 kg，一運動員使其從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止自由落下，反彈高度為h2=1.2 m。與地面作用時間可忽略，重力加速度大小取g=10 m/s，不計空氣阻力。畫出該過程的簡圖，分別用運動學(xué)和能量轉(zhuǎn)化與守恒，計算籃球撞地前后的速度大小和動能變化。

圖2

【答案】籃球撞地前后動能減少了3.6 J。

【點評】“作業(yè)1、2”旨在復(fù)習(xí)和鞏固學(xué)生對自由落體運動、豎直上拋運動規(guī)律和能量守恒定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生把生活情境轉(zhuǎn)化為物理模型的能力、推理能力和逆向思維能力。這些基礎(chǔ)知識和關(guān)鍵能力是解答復(fù)雜直線運動問題的基礎(chǔ)，并在鞏固基礎(chǔ)的同時，為學(xué)生能夠解決復(fù)雜問題，做好知識、方法、能力和心理的準備。

在學(xué)生掌握了基本知識和基本方法后，下一步的教學(xué)重點就是要進一步培養(yǎng)和提升學(xué)生的推理能力、分析綜合能力等學(xué)科能力和模型建構(gòu)、科學(xué)推理等學(xué)科素養(yǎng)，為此筆者設(shè)計了作業(yè)3、4、5、6、7。

(1)與地面第一次碰撞后籃球上升的最大高度；

(2)籃球停止前運動的總路程。

【答案】(1)1.35 m (2)12.6 m

【點評】“作業(yè)3”解法多樣，可以引導(dǎo)學(xué)生重點關(guān)注利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的方式解答。同時需要學(xué)生進行數(shù)學(xué)歸納，發(fā)現(xiàn)每次與地面碰撞時籃球運動的規(guī)律。用數(shù)列的知識解答，旨在培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和利用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力，開闊學(xué)生視野，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

(1)運動員拍球過程中對籃球所做的功；

(2)若運動員在拍球時，對球的作用力為恒力，求作用力大小與作用距離之間的關(guān)系。

(1)運動員拍球過程中對籃球作用力的沖量；

(2)若運動員拍球時對球的作用力為恒力，求作用力大小與作用時間之間的關(guān)系。

【點評】“作業(yè)4、5”是為了讓學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識的同時，從不同角度對同一物理過程進行分析，體會同一過程的不同問題需要選用不同的物理知識和物理方法來解答。

(1)運動員拍球的作用力的大??；

(2)請用v-t圖像描述籃球下落的過程。

圖3

【答案】(1)9 N (2)見解析

【點評】物理圖像是形象、直觀描述物理過程的重要方法，學(xué)生如果能正確地作出籃球下落的v-t圖像，那么就說明學(xué)生對該物理過程已經(jīng)有了深入正確地理解，相關(guān)問題也就迎刃而解了?！白鳂I(yè)4、5、6”旨在讓學(xué)生分別從牛頓運動定律、功和能、沖量和動量三個方向解決物理問題，讓學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識的同時，從不同角度對物理問題進行建模分析，培養(yǎng)思維的靈敏度和視野的寬度。有了以上作業(yè)的鋪墊，學(xué)生將會對該物理過程有深入的認識和理解，并具備了相關(guān)的解題能力，繼而再嘗試解答2021年全國高考乙卷理綜第24題就相對容易了。

【作業(yè)7·一輪或二輪復(fù)習(xí)】2021年全國高考乙卷理綜24題(略)。

對學(xué)有余力的學(xué)生，為其提供進一步學(xué)習(xí)的方向或提供具有挑戰(zhàn)性的作業(yè)也是老師的責(zé)任，為此筆者設(shè)計了作業(yè)8。

【作業(yè)8·二輪或三輪復(fù)習(xí)】在2021年全國高考乙卷理綜24題的基礎(chǔ)上追問。

(3)請你思考后，查找資料，回答：籃球在碰撞地面的過程中，為什么每次與地面碰撞前后的動能的比值不變，機械能損失有什么規(guī)律？

【點評】作業(yè)8為挑戰(zhàn)性作業(yè)，即使學(xué)生不能按要求完成作業(yè)，在學(xué)生經(jīng)歷了思考，查找資料后，也能讓學(xué)生對碰撞有更深入的思考和認識，還能促使學(xué)生的知識更加結(jié)構(gòu)化、思維更加活躍、眼界更加開闊，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)推理能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的科學(xué)態(tài)度。

3 結(jié)束語

深度學(xué)習(xí)是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實，并將它們?nèi)谌朐械恼J知結(jié)構(gòu)中，且能夠?qū)⒁延械闹R遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)不是一蹴而就，需要在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上逐漸逼近深度學(xué)習(xí)，筆者認為在長期的高考備考過程中，基于高考試題，設(shè)計有梯度的作業(yè)是充分利用高考試題，達到教學(xué)目的、提升作業(yè)質(zhì)量和促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效方法之一。