構建物理模型 落實學科核心素養
——以2021年福建高考物理壓軸題為例

朱聯星

（晉江市季延中學，福建晉江 362216）

2021年福建省高考物理是“學考和選考”實行改革后的第一次命題，物理學科選考堅持福建省高考改革方向和高校人才選拔要求的基礎上平穩過渡，確保新選考的平穩實施.最后一題第15 題的壓軸題，集中考查了學生模型建構和科學推理等物理核心素養，充分體現了普通高中物理課程教育改革的新理念.［1］引導高中物理教師教學中要從物理核心素養的角度來培養學生的基本物理觀念和提升建構物理模型的能力.本題設立3 個小題，并具有一定梯度，以提高試卷對考生的區分度，有利于一流高校選拔拔尖新生.下面對第15題進行分析并提出相應的教學策略，以期為高三的復習提供借鑒.

1 試題分析

1.1 原題呈現

例題.如圖1，同一豎直平面內A、B、M、N4點距O點距離均為，O為水平連線AB的中點，M、N在AB連線的中垂線上.A、B兩點分別固定有一點電荷，電荷量均為Q（Q＞0）.以O為原點，豎直向下為正方向建立x軸.若取無窮遠處為電勢零點，則ON上的電勢φ隨位置x的變化關系如圖2所示.一電荷量為Q（Q＞0）的小球S1以一定初動能從M點豎直下落，一段時間后經過N點，其在ON段運動的加速度大小a隨位置x的變化關系如圖3所示.圖中g為重力加速度大小，k為靜電力常量.

圖1

圖2

圖3

（1）求小球S1在M點所受電場力大小.

（3）現將S2固定在N點，為保證S1能運動到N點與之相碰，S1從M點下落時的初動能須滿足什么條件？［2］

1.2 命題意圖

本題以帶電小球在兩個等量同種點電荷形成的電場中沿豎直方向做變速運動為背景，通過φ x圖像和a x圖像隱含關鍵信息，試題設置的創新性，加大試卷的難度、區分度、信度和效度.考查內容涉及庫侖定律、力的合成和分解、牛頓運動定律、動能和動能定理、動量和動量守恒定律、彈性碰撞、能量守恒定律、等量同種電荷的場強、電勢等主干知識，能綜合應用上述知識解決實際問題以達到學業質量標準中物理觀念的4 級水平.要求考生深刻理解所描述的物理情境，并根據圖像獲取有效信息，在此基礎上利用對稱思想深入分析帶電小球的運動過程，側重考查等量同種電荷和彈性碰撞模型建構、推理分析論證及創新能力，要求達到學業質量標準中科學思維的4 級水平.［3］本題能很好地服務于一流高校選拔拔尖人才和引導高中物理教學.

1.3 試題分析

第（1）小題較為基礎，要求考生只要掌握庫侖定律和力的合成等基本知識即可求解.第（2）小題涉及兩質量相等小球的彈性碰撞，要求考生利用動量守恒和能量守恒定律得到兩球速度交換的結論.為求解碰撞前小球S2的動量大小，還需從圖3中獲取有效信息求出小球的質量.這是本小題的難點.第（3）小題要求考生利用對稱思想，從圖像中分析出小球S1運動到N點時的速度必須大于零，然后通過動能定理即可順利求解.

1.4 錯因分析

可見考生由于對核心物理概念理解不深刻，基本物理規律掌握不扎實，第（1）小題考查基礎知識，有的考生一看到壓軸題就產生恐懼心理直接放棄求解，實屬可惜.要求考生根據自己的能力科學地定位，力爭取得最佳成績.考生缺乏抽象建構出正確的等量同種電荷和彈性碰撞構物理模型，造成情境化試題無法獲得理想的分數.

考生信息獲取能力不足，圖像閱讀能力薄弱，無法準確獲取φ x、a x圖像中的關鍵信息，直接影響進一步的作答，造成較嚴重的失分.

2 教學策略

2.1 加強創設學科素養的問題情境教學，提高模型建構能力

亞里斯多德曾說過：“思維始于疑問與驚奇，問題啟動于思維”.物理教學應努力創設能夠激發學生好奇心，能夠促使學生積極順應的物理情境，使物理課堂更具趣味性，讓學生感受物理學的美妙，進而形成終身學習的意愿，促進終身發展所需的必備品格與關鍵能力的養成，體現物理學科教育在立德樹人中的作用.［4］基于社會活動和真實的生活實踐情境設置的物理問題，是高考物理命題的熱點，是物理學科應用性考查的重要路徑.物理情境化試題將物理概念，規律等知識與真實問題情境有機融合，以考查考生對物理概念，規律等知識理解與應用能力、是理論與實際相聯系的試題.在物理教學中強化知識與真實情境的關聯，可以讓物理學習過程變得生動而有意義.物理試題的情境材料來源廣泛，既關注身邊生活生產實踐，也關注最新科技發展成果和物理史上科學家的科學研究方法等.從而體現物理學科廣泛應用性的角度，物理教師要關注物理科技的前沿信息和物理史上科學家的科學研究方法，挖掘生活生產實踐、最新科研成果中能體現社會價值和物理學科價值的信息，并將其融合到物理教學實踐中，從而拓寬學生的學習視野，讓物理走向生活，引導學生注重學以致用，將物理知識與真實情境進行有效關聯，以提高學生對物理學科的興趣，激發學生的學習積極性，達到提高學生物理模型構建的目的，在真實問題的解決中促進物理學科核心素養的達成.

2.2 加強多方位、多角度、多層次的審題訓練，提高信息獲取能力

讀題審題貫穿于整個學習過程的環節，是綜合獲取信息、分析信息、和處理信息的重要過程，也是解決問題的基礎和先導，加強審題訓練的核心、在于訓練學生通過閱讀題目的文字敘述、圖像從中獲取關鍵信息，并與所掌握的物理知識建立聯系，為構建物理模型或推理論證提供基礎.仔細閱讀及相關的圖示教學中，除加深對物理必備知識的理解之外，還可以從以下3 個方面對學生加強審題訓練：（1）加強審題示范指導，示范是學習的一種主要方式，在解題以及解決問題的教學中，教師不僅要進行解題過程的表達示范、更要注重讀題審題的過程示范.①教師通過示范分析關鍵詞語、挖掘隱含條件、排除干擾因素后，對題目便有清晰的全面認識過程.看清關鍵詞，如“緩慢”、“勻速”、“足夠長”、“至多”、“至少”、“剛好”、“最大”、“最小”、“物體與彈簧”是連接或接觸、接觸面“是粗糙或光滑”等；挖掘出題目中關鍵詞語隱含的條件，如：“剛好不分離”隱含兩物體仍然接觸，彈力為0，且加速度和速度分別相等；“剛好不相撞”隱含物體最終速度相等或者接觸時速度相等；最后確定研究對象、提取有效信息、構建物理模型及要解決的核心問題.②展示教師審題的思維過程：過程分解，注意利用過程銜接點的聯系；對象拆分，選取研究對象和尋找相互聯系；情境圖示，形象直觀地展現物理過程，把抽象思維轉化為形象思維，將復雜題目化難為易；模型提煉，將實際問題轉化為理想化的物理模型，然后運用物理、數學知識求解.以達到開拓學生思維的廣度和深度、培養學生對關鍵信息的敏感度，為學生審題能力的形成打下堅實的基礎.（2）提供給學生自主命題的機會，激起學生變“要我學”為“我要學”，變“教師考學生”為“學生考學生”.同時學生既是評價者又是被評價者，做到集思廣益.在這一學習過程提高了學生的閱讀理解能力和審題能力.學生命題的過程是一個積極思考、物理模型構建的深度學習過程，學生不但能知其然，而且能知其所以然，培養學生的物理學科的核心素養.（3）提供“說題”交流機會，讓學生“動”起來.激發學生自主學習意識，將課堂還給學生.說說自己命題的意圖，展示自己的思維過程；鼓勵不同學業水平的學生進行省、市質檢試題和高考試題的“說題”，說對題目的解讀、說所考查的知識、關鍵的信息及存在的“陷阱”等.通過學生“說題”，突顯學生思維過程，掌握學生學習動態，發現存在的思維障礙，進而可進行更有效的教學，讓學生真正成為課堂的主人.