依托中考試題解析 培養(yǎng)科學思維能力

摘 要： 2022年常州中考物理試題中的地震波傳播問題有三種解法，不同解法對應(yīng)學生不同的思維水平。在中考試題解析教學中通過解題思路可視化、解題方法多樣化以及解題結(jié)果規(guī)律化等措施培養(yǎng)學生的思維能力，以達到減負增效的目的。

關(guān)鍵詞：課程標準；中考試題；科學思維能力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）7-0053-4

《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》對“階段性評價”與“學業(yè)水平考試”試題命制提出要求，即創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，考查學生在真實問題情境中提取變量、分析綜合、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力［1］。階段性考試與學業(yè)水平考試只能檢測學生的思維發(fā)展水平與學習效果，教學過程中最重要的是培養(yǎng)學生的思維能力，即引導(dǎo)學生想得對、說得出、答得準、做得好。在課堂教學中，教師要發(fā)揮學生的主體作用，同時要進行及時評價，保護學生學習的積極性，激發(fā)他們學習物理的興趣與動機。2022年常州市中考物理試卷第24題地震波傳播問題有多種解法，本文通過剖析習題課教學中學生對該題的解法，闡述在習題教學中如何突出學生主體地位，培養(yǎng)學生科學思維能力，并與各位同行交流互鑒。

1 中考試題真題及解法

2021年12月22日，常州發(fā)生4.2級地震，震源處同時產(chǎn)生并向各個方向發(fā)出p波和s波，如圖1。p波的傳播速度是7×103 m/s，s波的傳播速度是3.5×103 m/s，常州市地震局于當日21h46min07s探測到p波，于當日21h46min09s探測到s波，問：

（1）地震局距離震源有多遠？

（2）震源發(fā)生地震的時刻？

本題以地震波為背景，涉及長度、時間、時刻、速度等物理概念，重點考查物理量之間的關(guān)系以及對速度公式的應(yīng)用能力。基本思路是設(shè)定未知量，列方程求解。下面列出課堂交流研討過程中學生給出的三種解法。

解法一：設(shè)出時間物理量，根據(jù)路程關(guān)系列方程。

設(shè)p波到達地震局的時間為t，則s波到達地震局的時間為（t+2 s）。

vpt=vs（t+2 s），

即7×103 m/s·t=3.5×103 m/s·（t+2 s）

解得t=2 s

s=vpt=7×103 m/s×2 s=1.4×104 m

21h46min07s-2s=21h46min05s

解法二：設(shè)出距離物理量，根據(jù)時間關(guān)系列方程。

（1）設(shè)地震局距震源的距離為s，兩列波到達地震局的時間差

解得：s=1.4×104 m

解法三：根據(jù)相同時間內(nèi)，路程與速度成正比，vp=2vs，當p波到達地震局時，s波到達中間位置。即s波傳播后半程的時間也為2 s，因此傳播全程所用時間為4 s。

s=vsts=3.5×103 m/s×4 s=1.4×104 m

21h46min09s-4s=21h46min05s

三種解法對比，可以看出學生思維能力的差異。課堂統(tǒng)計表明，解法一學生最易理解，因為解題過程中方程兩邊是乘法，容易化簡，運算過程最為簡單。解法二中方程左邊的分母較大，運算過程中學生易出現(xiàn)錯誤，部分學生列出了方程，但是運算結(jié)果錯誤。解法三要求學生及時觀察出速度之間的關(guān)系，根據(jù)速度公式發(fā)現(xiàn)兩列波運動過程的差異，這種解法屬于解題中的高級技巧，要求學生具備扎實的基礎(chǔ)知識和較高的分析綜合能力。

2 習題教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的方法

《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》對科學思維的界定如下：“科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認知方式；是建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領(lǐng)域的具體運用……主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素”［1］?？茖W思維能力是智力的核心，在具體的問題中，科學思維能力強的學生表現(xiàn)在能夠及時畫出模型、理清關(guān)系、建立聯(lián)系，從而迅速、正確地解決問題。中考真題大多有較強的時代性、科學性、嚴謹性，在單元總結(jié)或復(fù)習備考階段，可通過中考真題解析教學，探索解題思路可視化、解題方法多樣化、解題結(jié)果規(guī)律化等方法，來培養(yǎng)學生的科學思維能力。

2.1 解題思路可視化

解題思路可視化指對于較為復(fù)雜的問題，通過思維導(dǎo)圖、流程圖等形式展現(xiàn)解題思路及思維走向［2］，畫出物理模型或者畫出相關(guān)圖像，通過化動為靜、化變?yōu)楹愕绒k法讓分析過程可視化。通過可視化的思維過程，提高解題質(zhì)量和效率，例如，解決電學問題中的動態(tài)電路問題時，涉及電路圖的分析以及規(guī)律的應(yīng)用，通常畫出初、末狀態(tài)電路圖，通過“識圖、看表、找關(guān)系”三個步驟解決具體問題［3］。

（2023年郴州中考）如圖2所示，電阻R1、R2為定值電阻，電源電壓保持不變，當開關(guān)S1閉合，S2接a時，電流表示數(shù)為I；當開關(guān)S1閉合，S2接b端時，電流表示數(shù)為2I，則未知電阻Rx的阻值是（ ）

本題解題思路流程圖如圖3所示。

以上流程圖將求解過程分步分解，從已知到未知，從電路圖形到電路規(guī)律，直觀地展示了開關(guān)在兩種狀態(tài)下的電路關(guān)系。摒棄一步到位的解題做法。堅持解題思維可視化練習，把相關(guān)過程及分析要點展示出來，形成完整的思維鏈條，既能鞏固基礎(chǔ)知識，又能提升思維能力。

2.2 解題方法多樣化

一些涉及物理規(guī)律應(yīng)用的問題一般不只有一種解法，不同解法對應(yīng)不同的思維水平，反映出學生對同一問題的不同理解層次以及對相關(guān)知識的不同掌握深度。學生在解題時為了提高速度，一般缺少一題多解的意識，需要老師挑選典型問題，引導(dǎo)學生深思，通過追問、啟發(fā)或者直接示范，引導(dǎo)學生通過一題多解學會發(fā)散思維，提高思維能力。

（2021年安徽中考）利用地震波中縱波和橫波的傳播速度不同可以監(jiān)測震源的位置。圖4所示兩條直線分別表示這兩種波從震源開始傳播的距離（s）與所用時間（t）的關(guān)系，若測得這兩種波先后到達某監(jiān)測站的時間間隔為10 s，則震源到該監(jiān)測站的距離為（）

A. 25 km B. 50 km

C. 75 km D. 100 km

本題的常規(guī)解法是計算出縱波與橫波的速度，學生最容易想到的是通過時間關(guān)系列方程求出距離。學生學會基本解法之后，教師要及時引導(dǎo)學生思考，能否直接由圖像看出震源到監(jiān)測站的距離？此時，學生會再次仔細看圖像以及橫坐標及縱坐標中的數(shù)據(jù)。不難發(fā)現(xiàn)，當距離為75 km時，縱波傳播了15 s，橫波傳播了25 s，時間差正好為10 s。相比之下，第二種解法更為快捷，但是只能適用于圖像過方格交點的情況，不能生搬硬套。

2.3 解題結(jié)果規(guī)律化

在教學檢測及學業(yè)水平考試中，不變的是知識點，變化的是題目的背景材料及已知條件，但

（2022年仙桃中考）小紅參加了學校組織的遠足活動，全程6 km，她行走前一半路程的平均速度是6 km/h，行走后一半路程的平均速度是4 km/h，則她通過全程的平均速度是（ ）

A. 4 km/h B. 4.8 km/h

C. 5 km/h D. 6 km/h

如果學生的答題結(jié)果為5 km/h，說明學生不理解平均速度的概念，把平均速度認為是速度的平均值，這時的教學重點應(yīng)轉(zhuǎn)入對平均速度概念的學習。本題基本解法是求出前、后半程的時間，最后由總路程與總時間之比求出平均速度，結(jié)果為4.8 km/h。

在學習過基本解法之后，教師引導(dǎo)學生思考以下問題：如果不知道全程的路程，能否求出全程的平均速度？此時畫出如圖5示意圖，已知AB=BC，AB段平均速度為v1，BC段平均速度為v2，引導(dǎo)學生用v1和v2表示全程的平均速度v。

設(shè)AC段長度為s。

（2022年蘇州中考）做凸透鏡成像實驗時，將光具座上的蠟燭、凸透鏡、光屏按如圖6放置，光屏上呈現(xiàn)清晰的像。下列說法正確的是（）

A. 屏上像是倒立放大的

B. 該凸透鏡的焦距可能是8 cm

C. 先向右移動光屏，再移動凸透鏡到某位置一定能在光屏上看到清晰的像

D. 只將蠟燭向左移動一段距離，放上遠視眼鏡可在光屏上再次看到清晰的像

在學習凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用時，學生經(jīng)常遇到判斷凸透鏡焦距范圍的問題。如何快速判斷凸透鏡焦距的范圍？常規(guī)的方法是根據(jù)u>2f時成縮小的實像及f<v<2f，或者f<u<2f時成放大實像及v>2f，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)列不等式組進行求解。在一次習題講解中，學生通過幾個類似的問題歸納出求解凸透鏡成實像時，根據(jù)物距和像距求解焦距范圍的簡便方法。取u、v、0.5u、0.5v四個數(shù)據(jù)中較小的兩個數(shù)，凸透鏡焦距就在最小的兩個數(shù)之間。這與用不等式組求解的結(jié)果完全一致。即物距、像距各取半，四個數(shù)據(jù)排排看。取出兩個最小值，焦距就在其之間。在后續(xù)的學習中，學生遇到類似的問題就直接使用這個簡便方法，節(jié)約了時間，提高了效率。但是，該方法只適合求解凸

義務(wù)教育物理課程以提升全體學生核心素養(yǎng)為宗旨，科學思維是物理學科核心素養(yǎng)的重中之重，是物理觀念、科學探究、科學態(tài)度與責任的基礎(chǔ)與內(nèi)核［4］。物理教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的內(nèi)容與方法有很多，比如概念教學、實驗教學、實踐活動等。在習題教學中，從著眼于發(fā)展學生科學思維能力的角度選擇優(yōu)質(zhì)試題，通過解題思路可視化、解題方法多樣化、解題結(jié)果規(guī)律化等措施引導(dǎo)學生主動思考，講解展示，教師對不同類型的解題思維方式進行總結(jié)和歸納，再舉一反三，趁熱打鐵，提高知識遷移能力和運用能力［5］。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：4，47.

［2］李悅，張勇.思維可視化在中考物理復(fù)習中的應(yīng)用——以電學復(fù)習為例［J］.物理之友，2022（6）：39-40，58.

［3］張亮.“動態(tài)電路”中考試題的分類與解析——以2020年中考物理真題為例［J］.物理教學，2021，43（1）：51-54，50.

［4］陳振，蔣煒波.科學思維內(nèi)涵特點的綜述與思考［J］.中學物理，2023（11）：5-10.

［5］孫興花.物理教學課中培養(yǎng)學生科學思維能力的研究［J］.數(shù)理天地，2023（14）：72-74.