突出史實之根 落實回歸之效—— 淺析考前物理學史復習

孫鵬偉

（西安交通大學第二附屬中學 陜西 西安 710061）

來自由陜西省招生委員會辦公室編寫的《2012年陜西省普通高等學校招生考試統計年報》中“2012年陜西省普通高校招生考試物理試題分析表”一組統計數據，如表1所示.

表1 物理試題分析表

表中所列為2012年高考全國新課標卷第14題陜西省考生答卷情況的統計結果，原題如下：

【題目】伽利略根據小球在斜面上運動的實驗和理想實驗，提出了慣性的概念，從而奠定了牛頓力學的基礎.早期物理學家關于慣性有下列說法，其中正確的是

A.物體抵抗運動狀態變化的性質是慣性

B.沒有力的作用，物體只能處于靜止狀態

C.行星在圓周軌道上保持勻速率運動的性質是慣性

D.運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續以同一速度沿同一直線運動

滿分6分的試題，2012年高考考生答卷平均分只有0.53分，難度系數為0.09，一道完全源于課本物理學史識記內容的試題，居然成為考卷難度系數最大的試題之一.早期物理學家對于慣性的認識，教材分別從伽利略的理想斜面實驗，到笛卡兒的補充完善，再到牛頓的高度抽象概括，都得到“運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續以同一速度沿同一直線運動”的結論，但選擇D選項的考生只有50.9%；在人教版必修1第69頁的“思考與討論”欄目中原文：“物體抵抗運動狀態變化的‘本領’與什么因素有關？請大家通過實例進行分析”，但選擇A選項的只有16.2%.高考命題專家的“守望”與一線教師的“堅守”反差之大可謂讓人“震驚”！

高考試題“源于教材，高于教材”是命題者的守望，考前復習回歸課本，尋“源”求真，返璞歸真，應是物理教師矢志不渝的堅守.高考命題專家們多年的守望和淡定一直在告誡我們：漠視課本必將付出慘痛的教訓和終生的遺憾.回歸課本，從回歸物理學史做起.

1 回歸史實中蘊含的科學方法

一部物理學的發展史就是一部物理科學方法的演化史，控制變量法、類比法、理想化法、等效法、模型法、假設法、數學方法、微小量放大法等等，與科學知識相比，這些方法具有更大的穩定性和更普遍的適應性，因此，回歸物理學史中的科學方法是培養學生科學思維方法的重要途徑，也是高考命題的熱點.例如人教版必修1第48頁中指出：伽利略研究自由落體運動的科學方法，將實驗和邏輯推理（包括數學推演）和諧結合起來成為物理學的真正開端.實驗測什么？怎樣邏輯推理？如何數學推演？這正是高考命題專家的守望，回望2013年高考理綜新課標試題第14題.

【例1】圖1是伽利略1604年做斜面實驗時的一頁手稿照片，照片左上角的3 列數據如表2所示.表中第2列是時間，第3列是物體沿斜面運動的距離，第1列是伽利略在分析實驗數據時添加的.根據表中的數據，伽利略可以得出的結論是

A.物體具有慣性

B.斜面傾角一定時，加速度與質量無關

本文網絡結構如圖1所示,第1個卷積層采用卷積核64@2×2,第2個卷積層采用卷積核96@2×2,第3個卷積層采用卷積核128@2×2,池化層均采用均值池化大小為2×2。網絡訓練參數設定如下:batch=16,epoch=100,學習率λ=0.000 01,使用隨機梯度下降算法進行優化,交叉熵作為損失函數。本文對所有卷積層以及全連接層都施加了Dropout,卷積層采用Dropout比例為0.2,全連接層則為0.5。

C.物體運動的距離與時間的平方成正比

D.物體運動的加速度與重力加速度成正比

圖1

表2 伽利略手稿中的3列數據

2 回歸史實中蘊含的思維方法

科學思維主要采取直覺思維和邏輯思維兩種形式.在物理學的發展史中，伽利略能直覺地抓住力學現象的內在聯系，而牛頓則把它概括總結為體系完整的三大運動定律；法拉第憑直覺認識到電磁場的存在，并想象出用力線來表示場的性質，麥克斯韋則把它化為一組邏輯嚴密的數學方程.伽利略與牛頓、法拉第與麥克斯韋這兩對科學巨人可以說是這兩種思維的典型代表.回歸教材，在回歸重要規律、定律建立過程的同時，更重要的是對其深刻而獨特邏輯思維過程的回歸.例如2014年高考新課標理綜卷第14題.

【例2】在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是

A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化

B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化

D.繞在同一鐵環上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化

試題看似考查考生對驗證“由磁產生電”設想的實驗過程，但實質在考查考生邏輯思維能力，即物理量電流“由無到有”的“變化”，從邏輯思維角度必須是因為另一物理量（磁通量）發生“變化”而引起.寓邏輯關系、邏輯思維于試題之中，這就是命題專家的守望.

3 回歸史實中蘊含的數學方法

數學是物理的基本工具之一，沒有數學就不可能得到深入的物理.許多基礎物理概念的建立，必須依靠數學來加以詮釋，許多物理問題必須借助數學知識得以解決.因此，應用數學處理物理問題的能力是物理《考綱》中要求的5種能力之一，對源于教材物理概念中所蘊含數學方法的考查也是高考命題專家的守望.例如對建立在數學微小量、極限概念基礎上的瞬時速度、瞬時加速度等概念的數學知識應用，2013年高考新課標理綜卷第25題如下.

圖2

【例3】如圖2，兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導軌處于勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌平面.在導軌上放置一質量為m 的金屬棒，棒可沿導軌下滑，且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸.已知金屬棒與導軌之間的動摩擦因數為μ，重力加速度大小為g，忽略所有電阻.讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑，求：

（1）電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關系；

（2）金屬棒的速度大小隨時間變化的關系.

mgsinθ－μmgcosθ＝B2L2Ca＋ma

至此“撥開云霧見青天”，導體棒做初速度為零的勻加速運動.

回歸教材中許多物理概念建立過程所蘊含的數學方法，歸納總結這些方法在解決物理問題時應用的規律，事半功倍.

“年年有高考，歲歲題不同”，又將臨近高考，痛定思痛，回歸教材不能再是教師與學生的一句“口頭禪”，回歸教材中物理學史所蘊含的科學方法、思維方法及數學方法，堅守“突出史實之根，落實回歸之效”，方能“金風玉露一相逢，便勝卻人間無數”.

1 人民教育出版社，課程教材研究所等.物理·必修1.北京：人民教育出版社，2010

2 夢擁軍.突出教學之根 彰顯物理之味.物理教學，2015（2）

3 陜西省招生委員會辦公室.2012年陜西省普通高等學校招生考試統計年報.西安：陜西教育出版社，2013