圍繞物理核心素養培養學生的元認知能力
——滑塊沿光滑斜面下滑問題的9種解題方法

樊克才

(山東省實驗中學西校 山東 濟南 250000)

1 引言

2022年各地模擬考試中出現這樣一道力學題：如圖1所示，光滑斜面靜止在光滑地面上，斜面傾斜角θ=37°，斜面的高度h=2.1 m，斜面質量M=6 kg.滑塊的質量m=2 kg,從斜面頂端靜止滑下.求滑塊滑到斜面底端時的速度？

圖1 情境圖

這是一道經典的物理競賽訓練題，但是對于大多數高中學生來說，對這類問題會感到非常陌生，對教輔資料給出的某些方法感到不好理解.實際上這道題我們完全可以利用高中所學知識，通過多種方法，比較容易地得出答案.可是在很多地市的模擬考試數據統計中，這道題的平均得分不足1分，學生平均得分率不足3%.如此低的得分率，引起了筆者深深的思考：我們的學生經過了大量的習題訓練，但是面對新的問題卻無從下手.從近處看是教學效果問題，向遠處看這是創新能力的培養問題.如何培養學生的元認知能力，提高學生創造性解決問題的能力，這是新一輪物理課程改革交給物理教師的任務.下面具體分析這道題的9種解決方法.

2 解題方法

方法一：

設滑塊滑到斜面底端的速度為v1,此時斜面的速度為v2,根據能量守恒定律得

根據水平方向的動量守恒定律得

mv1x=Mv2

其中，v1x為滑塊速度在水平方向的分量.兩邊同乘以時間，微元求和得

mx1=Mx2

其中x1、x2是滑塊和斜面的水平位移，如圖2所示.

圖2 方法一圖示

根據幾何關系得

根據運動學公式得

解得

小結：方法一的特點在于利用了能量觀點和水平方向的動量……