基于核心素養的物理習題教學

浙江

(作者單位：浙江省蘭溪市厚仁中學)

習題是教育教學的重要組成部分，通過習題不僅可以鞏固課堂所學，更是可以拓展課堂時空的局限，更大程度地促進學生科學觀念的形成和實踐探索能力的提高。物理學科是一門研究客觀世界物質結構和運動規律的學科，與生產生活聯系十分密切。物理學中分析問題、解決問題的方法是科學研究的重要方法，是學生終身學習的必需能力。物理習題知識點的融合、背景的選擇、過程的設計、問題的設置等都充分體現了物理學的思想方法，在具體的教學過程中應該充分挖掘習題功能，將物理習題情境化和生活化，讓學生從物理學的視角對習題進行多樣化的學習研究，進而在鞏固知識的同時全面提高核心素養。

一、物理習題生活化，降低思維坡度激發內驅力

物理學與生產生活聯系十分密切，中學生已經具備了一定的生活經歷和判斷事物的能力。充分調動學生已經具備的知識和能力，讓學生能夠積極主動地學習物理知識是當前物理教學的一大方向。將物理習題充分聯系學生生活經歷，幫助學生從物理學的視角對已經具有的生活體驗進行深入研究，最終實現學習物理、掌握方法、深入探索客觀世界的目的。

【例1】如圖1所示，同學們坐在相同的輪胎上，從傾角相同的平直雪道先后由同一高度靜止滑下，各輪胎與雪道間的動摩擦因數均相同，不計空氣阻力。雪道上的同學們

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圖1

A.沿雪道做勻速直線運動

B.下滑過程中機械能均守恒

C.前后間的距離隨時間不斷增大

D.所受重力沿雪道向下的分力相同

這是一道滑雪的問題，從物理學的角度來說是關于斜面下滑的模型，該模型是物理學中的重要模型，涉及勻變速直線運動規律、能量轉化和受力分析。斜面滑動的問題在生活中比較常見，游樂場中的滑梯是學生最早接觸的斜面模型。當前比較流行的還有一些大型游樂場所的滑草項目和滑沙項目，都是屬于斜面滑動的問題。將物理習題生活化，讓物理習題與學生熟悉的生活現象或場景聯系起來，可以拉近學生與物理學的心理距離，激發學生學習物理學的興趣，讓學生充分感受物理學的實際價值，掌握利用物理知識解決實際問題的方法。

二、生活習題實驗化，設計實驗培養探究思維能力

物理學是自然科學的基礎，實驗是物理學的一大特色，實驗研究是科學研究的重要手段。物理學是以研究客觀世界、探索客觀世界、推動人類社會向前發展為目的，生活中的許多現象是物理學研究的重要問題，這些現象通常作為物理習題的解決對象加以設計。利用實驗對生活習題進行研究，不僅可以幫助學生掌握知識，更能幫助學生提高解決實際問題的能力。

【例2】如圖2所示是某種電能表的表盤。表盤上標有“720 r/kW·h”，即每耗電1 kW·h電能表的轉盤轉720圈。當家里的家用電器都工作時，小明觀察到電能表的轉盤在1 min 內轉動了48圈。則小明家的家用電器

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圖2

A.總功率約為2 kW

B.總功率約為4 kW

C.每天消耗的電能約為96 kW·h

D.每天消耗的電能約為108 kW·h

這是一道關于電能表的生活化的物理問題，主要涉及電功和電功率的計算。像這種與生活實際相聯系的應用型習題是學生比較頭疼的問題，降低這種習題的思維坡度的有效方法就是利用實驗手段進行輔助學習。對于以學生熟悉的生活現象為背景的生活化物理習題，學生并不一定能夠準確地把握，因為從掌握知識到應用知識解決實際問題之間還有一道思維鴻溝需要跨越。學生所學的知識往往是處于一種理想化的狀態，利用理論知識去解決實際的問題需要有一個磨合過程。物理實驗就是一個很好的磨合過程。將生活習題實驗化，通過實驗的操作讓學生體會到理想狀況與實際之間的差距，掌握用物理知識去解決實際問題的能力，進而提高自身素養，養成終身學習的習慣。

三、實驗習題活動化，充分提升創新實踐能力

實驗研究方法是物理學研究的重要的科學方法，實驗教學是物理教學的重要組成部分。中學物理實驗研究通常有三種類型：第一種是掌握器材使用的實驗；第二種是已知結論進行驗證的實驗；第三種是不知道結論而進行的探究式的實驗。實驗習題的設置通常出于這三種情況展開，具體教學過程中應該充分挖掘實驗的功能，通過活動積極調動學生已經具備的知識和能力，在運用舊知識的過程中不斷掌握新知識，進而提升分析解決問題的能力。

【例3】為“探究功與速度變化的關系”，小明做了如下實驗。

(1)如圖3所示裝置，小車在橡皮筋的牽引下拖著紙帶運動。小明打出如圖4所示紙帶，為求小車做勻速直線運動時的速度，應選擇紙帶上________(填“AF”或“CF”)段進行計算。

圖3

(2)如圖5所示裝置，裝有砝碼的盤用繞過滑輪的細線牽引小車，盤和砝碼的重力可視為牽引力。小車運動的位移和速度可以由打點紙帶間接測出，以小車為研究對象，改變砝碼質量，便可探究牽引力所做的功與小車速度變化的關系。關于這個實驗，下列說法正確的是________(多選)。

圖5

A.需要平衡小車受到阻力的影響

B.該實驗裝置可以“驗證機械能守恒定律”

C.需要通過調節定滑輪使細線與長木板平行

D.需要滿足盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量

(3)小明用圖5裝置打出如圖6所示紙帶，每5個點取一個計數點，命名為1、2、3…，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，則紙帶上計數點“11”對應小車的運動速度為________m/s(保留2位有效數字)。

圖6

物理實驗題字面上說是探究性問題，但由于受中學物理教學內容所限，習題的背景基本上都是中學學習過程中所接觸過的實驗以及相關的知識點。比如本題實驗背景是“探究功與速度變化的關系”，這是教材中在研究動能定理之前的一個重要學生實驗。對于這個實驗習題的解決通常要看學生有沒有親自動手做過這個實驗，有沒有認真去思考過實驗過程。只要動手做過實驗，該題中的第(1)和第(3)小題就沒有難度，只要是在做實驗的過程中能夠認真思考，那么解決該題的第(2)小題也就沒有問題。其實實驗最關鍵的是活動，活動又可以分為兩個方面，一是思維的活動，二是動手操作實踐。實驗類習題往往是實踐性比較強的綜合性習題，教學過程中盡量給學生活動的機會，對綜合的、復雜的實驗習題進行活動化的設計，讓學生有充分的思維和足夠的實踐，進而完成從理論知識到實踐運用的成功跨越。

四、綜合習題程序化，確定方向培養高效解題能力

物理學是在人類發展過程中，人們為解決生活中的疑問，經過大量哲學思辨、方法思維歸納、手段技術改進而逐漸形成和發展起來的一門自然科學。物理學的重要使命就是解決生活中的現有問題，同時完善方法改進技術手段去促進人們對自然界更進一步的認識。可見物理學習一個非常明確的目標，就是讓學生具備分析和解決實際問題的思維與能力，掌握探索客觀世界的手段與技術。設置多過程或多對象的物理綜合習題，把物體運動的多個方面連接在一起。解決這類問題的關鍵是幫助學生形成特定的問題分析視角，讓學生形成解決物理問題的程序化思路，進而提高效率。

【例4】如圖7所示，豎直平面內由傾角α=60°的斜面軌道AB、半徑均為R的半圓形細圓管軌道BCDE和圓周細圓管軌道EFG構成一游戲裝置固定于地面，B、E兩處軌道平滑連接，軌道所在平面與豎直墻面垂直。軌道出口處G和圓心O2的連線，以及O2、E、O1和B四點連成的直線與水平線間的夾角均為θ=30°，G點與豎直墻面的距離d=R。現將質量為m的小球從斜面的某高度h處靜止釋放。不計小球大小和所受阻力。

圖7

(1)若釋放處高度h=h0，求小球運動到圓管最低點時速度大小vC；

(2)求小球在圓管最低點C所受彈力FN與h的關系式；

(3)小球離開G點之后恰好垂直撞擊墻面，求釋放處的高度h。

應該注意的是這一程序并非是一成不變的，程序的關鍵是給學生一個解決問題的基本思路。當碰到一個難度較大的問題，題目較復雜，理不清思路的時候，就按照基本程序進行研究分析，這樣解題可以有個大致的方向，可以節省許多精力。假如一個問題本身難度不大，思路比較清晰的話，就可以不按照程序進行針對性的主題切入。綜合習題的程序化教學，目的是讓學生掌握物理視角解決實際問題的普遍方法，培養學生抓住事物本質、準確高效解決實際問題的能力。