高考物理復習專題設計的思考
2007-12-31 00:00:00許冬保潮興兵
物理教學探討 2007年15期
物理學科在經過高三第一輪全面復習之后，學生比較系統地掌握了《考試大綱》規定的知識內容，達到了相應的能力水平。為了使廣大學生能適應高考試題的要求，具備一定的分析綜合能力，本文就復習專題的設計談談筆者個人的認識。
1 物理復習專題設計的原則
①科學性原則，即體現學科特點，遵循教育心理學原理、符合邏輯學的方法，這是傳統的備教材、備教法、備學生的三個基本程序的體現。物理學有哪些特點呢？它是一門以實驗為基礎的科學；是一門嚴密的理論科學；是一門定量的精密科學；也是一門帶有方法論性質的科學。因此，在專題設計時要充分考慮專題所涵蓋的知識體系、邏輯結構以及物理方法的運用。同時要考慮第一輪復習中學生所暴露的問題及學生已有的認知結構來設計專題。復習的過程也要遵循皮亞杰的關于圖式、同化、順應、平衡的四個認知過程。專題復習就是要解決新的認知平衡問題。如果將專題復習課堂視為一個開放系統，則按照耗散結構理論，復習中只有充分開放，才能使學生從無序走向有序，從而形成穩定的結構。按照遺忘規律設計，熱學、光學、原子物理學及實驗的復習由于識記的內容偏多，所以應放在所有專題的后面。
②系統性原則，即在教科書和《考試大綱》的范圍內，不局限知識單元，而是考慮知識的體系和結構，從學科思想和方法上進行歸納，幫助學生構建新的物理框架。這不是知識的堆積，而是知識的綜合，更是思想的綜合。設計的重點應放在系統掌握知識的內在聯系上，放在掌握分析問題的方法和解決問題的能力上。例如，能的轉化和守恒定律貫穿于物理學的始終，是研究自然科學的重要思想方法。能量守恒的具體形式在力、熱、電、光、原各知識單元中均有呈現，作為一個專題進行復習，能使學生進一步理解有關知識，更重要的是培養學生一種獨立的思考和解決問題的習慣或能力。
③最優化原則，專題設計的方案具有多樣性，根據知識結構可以設計為大的專題，也可以設計為小的專題。如力和運動的關系，在力學和電磁學中均有廣泛的應用。應用在力學范圍就有力與直線運動的關系以及力與曲線運動的關系；應用在電磁學范圍有帶電粒子在電場中的運動，帶電粒子在磁場中的運動，電磁感應現象中的桿類問題等等。顯然這樣的專題太大，可以設計為如力與直線運動、力與曲線運動、帶電粒子在復合場中的運動、電磁感應現象中的力學問題等四個小專題。總之復習時間有限，應當努力追求復習效益的最大化。
④可行性原則，專題設計要考慮學生的實際，選擇教輔書上的專題應在復習課時保證的前提下，注意專題的時效性、針對性和可操作性。
2 物理復習專題設計的依據
專題設計是通過對高考研究所獲取的信息為依據。高考研究包括《考試大綱》的研究和近幾年高考試題的研究。《考試大綱》是國家考試中心制定的帶有法定性的文件，是命題的依據。《考試大綱》每年均有少部分調整或變動，只要比較新大綱和老大綱就能了解哪些地方作了調整或變動。教師需要考慮的是大綱調整的意圖是什么？為什么作這樣的調整？在試題的設計上怎樣體現？還有《考試大綱》題型示例的研究，例如2007年較2006年在題型示例中增加了6道小題，研究后發現增加的目的是強調試題的基礎性、應用性和實踐性，體現新課程的理念。
每年的高考試題，既保持穩定，又不斷創新；既重視基礎，又考查能力；既關注教材，又聯系實際。近年的高考試題，特別是全國試卷，是最規范的，也最有規律。考試中心近三年共編制了9份理科綜合試卷，其中2004年4套，2005年3套，2006年2套．幾乎不變的命題組成員，其命題風格和思路也基本穩定。受到《考試大綱》的約束，命題范圍狹窄，物理學科的題量有限，這就為我們分析研究高考，提供了空間。此外，專題設計時必須分析學生在進入學習過程前所具有的一般特征，必須確定學生的初始狀態，注意學生的認知結構和學習者的準備狀況。
3 設計示例-帶電粒子在復合場中的運動
復習專題設計的內容一般包括三個部分，即知識梳理、例題精析、訓練板塊。知識梳理是對知識的綜合，例題精析是對思想的綜合，訓練板塊是對專題的反饋。因此例題的選擇尤為重要．限于篇幅，設計示例只列出標題或主要知識點，例題只選兩道，訓練板塊略去。
3.1 復合場
3.1.1 概念：同時存在電場、磁場和重力場的區域或其中的兩個場的區域，均稱為復合場。廣義地說，解題過程中凡涉及兩個場或三個場的分析的問題，均屬于復合場的問題。
3.1.2 三種場力的特點
3.1.3 關于微觀粒子和普通帶電微粒重力取舍的原則
3.2 帶電粒子在復合場中的運動性質
3.2.1 帶電粒子在復合場中無約束情況下的運動性質
（1）帶電微粒在三種場共存區域中做直線運動。當其速度始終平行于磁場時，不受洛倫茲力，因此可能做勻速運動也可能做勻變速運動；當其速度垂直于磁場時，只能做勻速運動。
（2）帶電微粒在三種場共同作用下做勻速圓周運動。必然是電場力和重力平衡，而洛倫茲力充當向心力。
（3）當帶電粒子所受合外力的大小、方向均在不斷變化時，粒子將做非勻變速曲線運動。
3.2.2 帶電粒子在復合場中有約束情況下的運動性質
3.2.3 帶電粒子在交替場中的運動性質
3.3 帶電粒子在復合場中運動的分析方法
帶電粒子在復合場中運動的分析方法和力學問題的分析方法基本相同，不同之處是增加了電場力和洛倫茲力。要知道電場力和洛倫茲力的特點，靈活運用力的觀點、能量的觀點處理有關問題。
3.4 帶電粒子在復合場中運動的實際應用
3.4.1 速度選擇器（濾速器）：利用相互正交的勻強磁場和勻強電場選擇具有一定速度粒子的器件。
3.4.2 磁流體發電：利用等離子體噴射入磁場，在磁場中的兩塊金屬板上聚集電荷，產生電壓的一種新型發電技術。
3.4.3 質譜儀：測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具。
3.4.4 電磁流量計：測量液體流量的儀器。
3.4.5 回旋加速器：一種高能粒子加速器。
例1 有人設想用如圖1所示的裝置來選擇密度相同、大小不同的球狀納米粒子。粒子在電離室中電離后帶正電，電量與其表面積成正比。電離后，粒子緩慢通過小孔O1進入極板間電壓為U的水平加速電場區域I，再通過小孔O2射入相互正交的恒定勻強電場、磁場區域Ⅱ，其中磁場的磁感應強度大小為B，方向如圖1。收集室的小孔O3與O1、O2在同一條水平線上。半徑為r0的粒子，其質量為m0、電量為q0，剛好能沿O1O3直線射入收集室．不計納米粒子重力。
（1）試求圖中區域Ⅱ的電場強度；
（2）試求半徑為r的粒子通過O2時的速率；
（3）討論半徑r≠r0的粒子剛進入區域Ⅱ時向哪個極板偏轉。
命題目的 帶電粒子在復合場中的實際應用，突出了理論和實際的聯系。高中物理新課程標準特別強調物理學與技術的結合，新教材力求展示物理學的應用性、實踐性以及對經濟、社會的影響。因此聯系生產、生活、社會、科技為背景的命題思想將會更加凸現和強化。
思路分析 (1)設半徑為r0的粒子加速后的速度為v0，則
評析 新情景的問題，要求考生有較強的應變能力、建模能力和遷移能力。本題實際上就是考查對速度選擇器的原理的理解。教材上出現的如質譜議、回旋加速器、磁流體發電機、電磁流量計、速度選擇器等，要真正理解它們的工作原理。
例2 半導體材料硅中摻砷后成為N型半導體，它的自由電子的濃度大大增加，導電能力也大大增加．一塊N型半導體的樣品的體積為a×b×c，A′、C、A、C′為其四個側面，如圖2所示。已知半導體樣品單位體積中參與定向運動的自由電子數為n，電阻率為ρ，電子的電荷量為e。將半導體樣品放在勻強磁場中，磁場方向沿z軸正方向，并沿x方向通有電流I。求：
（1）半導體A′A兩個側面之間的電壓是多少？
（2）若測得CC′兩面的電勢差為U，勻強磁場的磁感應強度是多少？
命題目的 本題是根據大學教材中霍耳效應的內容設計的。霍耳效應為研究半導體載流子濃度的變化提供了重要的方法。近年來霍耳效應已在科學技術的許多領域（如測量技術、電子技術、自動化技術等）中開始得到應用。主要用途有以下幾方面：測量磁場；測量直流或交流電路中的電流和功率；轉換信號等。作為新技術的應用，以此材料為背景命題，試題情景新穎，要求考生具有較強的獲取信息并處理信息的能力，能聯系中學實際構建模型，運用學過的知識解決新的問題。考生的這種素質，是高校選拔人才的需要，也是進一步學習大學課程的需要。
思路分析 （1）電流流經半導體材料沿x方向的電阻為 R=ρcab
由歐姆定律，知加在A、A′的電壓為
評析 中學教材沒有介紹霍耳效應，但可用洛倫茲力來解釋。解答所用的物理模型是帶電粒子在電場和磁場中的受力平衡。考查的知識點是考試大綱所要求的。從試題的立意設計看，中學復習中采用的題海戰術不適用高校的選拔性考試；從試題的知識要求看，關注生活、社會、科技，夯實基礎，理解知識的形成過程，掌握學科體系和知識結構，理論聯系實際，是提高復習效益的有效途徑。從試題的能力要求上看，理解能力是其它能力的基礎，獲取信息并處理信息的能力、構建物理模型的能力、遷移能力等是考生解決新情景試題必須具備的能力。根據學生情況可適當拓展提出新的問題：如何測量磁感應強度？
總之，在高考物理專題復習時，綜合不僅是知識的綜合，更應該要有思想上的綜合。從知識綜合升華到思想綜合，進而形成學科智慧，這就是專題復習的三維目標。
參考文獻：
［1］石中英等編 教學設計．北京：教育科學出版社，2001.9
［2］周中權等編 物理教學論．江西：江西教育出版社，1989.9
(欄目編輯陳 潔)
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