陸奕斌

摘 要：習(xí)題課是高中物理教學(xué)的重要組成部分，也是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要平臺(tái)。新課標(biāo)在課程目標(biāo)中要求注重培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的意識(shí)和能力。建構(gòu)模型是一種重要的科學(xué)思維方式，教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過(guò)程和物理規(guī)律的形成過(guò)程，是發(fā)展科學(xué)思維、促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑。教師在習(xí)題課的設(shè)計(jì)上，應(yīng)圍繞模型去展開(kāi)講解，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模型以及模型的變遷去解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：新課程標(biāo)準(zhǔn);培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)及能力;物理模型的變遷

普通高中新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)自2017年頒布至今，已經(jīng)有近三個(gè)年頭了，對(duì)新課標(biāo)的學(xué)習(xí)以及在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中的貫徹實(shí)施，逐步也走向深化。普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念凝練為五條，其中第一條提到：注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

筆者認(rèn)為，基于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)目標(biāo)，在平日的教學(xué)工作中，對(duì)教師的教學(xué)工作，特別是備課提出了更高的要求。筆者從蘇州高二期末調(diào)研考試的一個(gè)試題的講解，展開(kāi)了此文。題目如下：

如圖所示，在x軸上方存在垂直xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一粒子源，可向x軸和x軸上方的各個(gè)方向不斷地發(fā)射速度大小均為v、質(zhì)量為m、帶電量為+q的同種帶電粒子。在x軸上距離原點(diǎn)xo處垂直于x軸放置一個(gè)長(zhǎng)度為xo、厚度不計(jì)、能接收帶電粒子的薄金屬板P（粒子一旦打在金屬板P上，其速度立即變?yōu)?）.現(xiàn)觀察到沿x軸負(fù)方向射出的粒子恰好打在薄金屬板的上端，且速度方向與y軸平行。不計(jì)帶電粒子的重力和粒子間相互作用力。

（1）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;

（2）求被薄金屬板接收的粒子中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)與最短時(shí)間的差值;

（3）若在y軸上放置一擋板，使薄金屬板右側(cè)不能接收到帶電粒子，試確定擋板向右移動(dòng)的最小距離。

一、模型變遷，培養(yǎng)學(xué)生能力

新課標(biāo)在課程目標(biāo)第二條中提到：要培養(yǎng)學(xué)生具有建構(gòu)模型的意識(shí)和能力。高中物理教材中各章節(jié)的內(nèi)容都是以物理模型為載體展開(kāi)，向?qū)W生介紹物理知識(shí)和概念。它是學(xué)生獲得物理知識(shí)的一種最基本的方法，而物理的解題，也是由基本模型進(jìn)行了各種改良、優(yōu)化、提升而來(lái)，從近幾年的江蘇高考試卷，壓軸題，仔細(xì)一品均為由基本模型演變而來(lái)，例如2016年的江蘇卷壓軸題，就是一個(gè)由平時(shí)學(xué)習(xí)中常見(jiàn)且難度不大的回旋加速器演變而來(lái)。雖源于基本模型，但高于基本模型。這就對(duì)學(xué)生基本模型的理解掌握，以及模型的演變遷移能力提出了非常高的要求。許多學(xué)生覺(jué)得物理難，即使上課能聽(tīng)懂，課后做題還是一頭霧水，無(wú)從下手。這種現(xiàn)象的主要原因其實(shí)就是在解題過(guò)程中，建立模型、運(yùn)用模型的能力差。而從學(xué)生發(fā)展角度講，建模思想作為一種科學(xué)思維方式，它能夠幫助學(xué)生從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、得出最后的結(jié)論，即解決問(wèn)題。

新課標(biāo)的實(shí)施建議中也提到：發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一。建構(gòu)模型是一種重要的科學(xué)思維方式，像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、勻強(qiáng)電場(chǎng)等物理概念和勻變速直線運(yùn)動(dòng)等物理過(guò)程都是物理模型。教師在教學(xué)中要讓學(xué)生體會(huì)建構(gòu)這些物理模型的思維方法，在引入物理模型的過(guò)程中，理解和掌握其適用條件，能運(yùn)用物理模型來(lái)研究處理實(shí)際問(wèn)題。在課堂教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過(guò)程和物理規(guī)律的形成過(guò)程，是發(fā)展科學(xué)思維、促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑。

教師在講解本題時(shí)，要從平時(shí)所講模型入手，旨在培養(yǎng)學(xué)生的模型轉(zhuǎn)變能力。如第二問(wèn)最長(zhǎng)與最短時(shí)間的差值，首先要搞定最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間，這就用到了我們平時(shí)所講的帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)最短模型。運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短除了從轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角考量外，對(duì)于周期相同、速率相同（即運(yùn)動(dòng)半徑相同）的帶電粒子，還可以從通過(guò)的弧長(zhǎng)（弦長(zhǎng)）去考慮，分兩種情況：

1、在轉(zhuǎn)過(guò)圓心角小于180°時(shí)，弧長(zhǎng)越短（弦長(zhǎng)越短），用時(shí)越少。

2、在轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角大于180°而又小于360°時(shí)，通過(guò)的弧長(zhǎng)越長(zhǎng)（弦長(zhǎng)越短）用時(shí)越長(zhǎng)。

在入射點(diǎn)一定，找到其到擋板的最短距離，大部分學(xué)生都能找到出射點(diǎn)為擋板下端，對(duì)應(yīng)的軌跡圓也就能畫(huà)出了（如圖）。相應(yīng)的最短時(shí)間和最長(zhǎng)時(shí)間求出，第二問(wèn)就迎刃而解了。

打在P下端的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短，打在P右側(cè)下端的粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的角度是300°，設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是t1，由于運(yùn)動(dòng)的半徑與O到P的距離都是x0，所以打在P下端的粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的角度是60°，設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是t2，則：

可以看到，看似復(fù)雜的問(wèn)題，其本質(zhì)就是我們平時(shí)用到的基本模型，因此在平時(shí)的教學(xué)中，教師應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生模型的遷移轉(zhuǎn)變能力，而不是就題論題，這樣，讓學(xué)生在做題的過(guò)程中，學(xué)會(huì)總結(jié)歸納，也對(duì)應(yīng)了新課標(biāo)要求的：注重過(guò)程評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。培養(yǎng)進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。

二、深挖推敲，提升學(xué)生能力

新課標(biāo)課程目標(biāo)中第三條提到：要使學(xué)生具備科學(xué)探究意識(shí)，能在觀察和實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出合理猜想與假設(shè);學(xué)生在平時(shí)的課堂及做題的過(guò)程中肯定會(huì)遇到一些困惑，比如在教學(xué)中，某些問(wèn)題由于學(xué)生的知識(shí)的有限、時(shí)間的客觀限制、甚至是有些老師都存在困惑，導(dǎo)致無(wú)法向?qū)W生徹底呈現(xiàn)，這時(shí)，學(xué)生的好奇心與求知欲就激發(fā)出來(lái)，對(duì)于困惑會(huì)提出自己的質(zhì)疑，發(fā)表自己的觀點(diǎn)和見(jiàn)解，激發(fā)了學(xué)生的探究精神和實(shí)事求是的精神，不迷信權(quán)威，有助于學(xué)生形成獨(dú)立的人格。

當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行第三問(wèn)的求解，首先要求學(xué)生掌握動(dòng)態(tài)圓模型中：速率相同，入射方向不同的動(dòng)態(tài)圓模型的畫(huà)法及特點(diǎn)。從圖中不難找到，如圖所示的軌跡是所要平移的最小距離。結(jié)合相關(guān)圓的幾何知識(shí)，求得此時(shí)平板距y軸為X0，則平板需向右移動(dòng)（-1）X0。但是學(xué)生會(huì)對(duì)此產(chǎn)生困惑和質(zhì)疑，此情形中當(dāng)粒子剛好經(jīng)過(guò)P板上端時(shí)，也剛好經(jīng)過(guò)P板下端，這是一種巧合嗎？為什么這種情況能確定其為題目所求的臨界情況？沒(méi)有比它更小的情況嗎？

對(duì)此我們可以做如下證明：連接OM，MN，ON，P板長(zhǎng)為X0，OM長(zhǎng)為軌跡圓直徑2X0，三角形OMN為直角三角形，而以直徑為斜邊的直角三角形，N點(diǎn)必定在圓上，即軌跡圓為△OMN的外接圓，由此可知，只要是能過(guò)M點(diǎn)的帶電粒子，其軌跡也必定過(guò)N點(diǎn)，滿足了打不到P板右側(cè)，這不是巧合，是必然！這樣，學(xué)生的困惑也就得到解決了，而且也激發(fā)了學(xué)生的興趣和探究精神。

本題運(yùn)用到了數(shù)學(xué)中的圓的相關(guān)知識(shí)，數(shù)學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，為物理提供了很多解決問(wèn)題的工具。要想學(xué)好物理，不僅僅局限于物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，很多物理問(wèn)題的理解與解決，會(huì)用到相關(guān)其他學(xué)科的知識(shí)作為背景和鋪墊。例如在講解靜電場(chǎng)中等差等勢(shì)線的時(shí)候，教師可以引入地理學(xué)科的等溫線、等高線、等壓線做類(lèi)比。學(xué)生立馬就能明白：要讓等勢(shì)線有更多的實(shí)用意義，反映跟多的信息，應(yīng)該要引入等差等勢(shì)線。地理的等高線越密集，表示該處的海拔變化劇烈，通俗點(diǎn)理解就是該出的坡度較大。那么等差等勢(shì)線越密集處，對(duì)應(yīng)的電勢(shì)變化就大，空間上相同距離上電勢(shì)變化大的，則電場(chǎng)強(qiáng)度大。這樣一來(lái)學(xué)生自己就可以總結(jié)出：等差等勢(shì)面越密集則沿垂直于等勢(shì)線方向電勢(shì)降落的越快，結(jié)合E=U/d，可知電場(chǎng)強(qiáng)度E越大;反之，電場(chǎng)強(qiáng)度E越大的地方，電勢(shì)變化的越快，等差等勢(shì)面也就越密集。

習(xí)題課是高中物理教學(xué)的重要組成部分，也是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要平臺(tái)，教師在習(xí)題課的教學(xué)設(shè)計(jì)上，要圍繞培養(yǎng)和提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)這一目標(biāo)，首先例題要精挑細(xì)選，要有針對(duì)性，即要針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、針對(duì)知識(shí)點(diǎn)、也要針對(duì)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)狀況及學(xué)習(xí)能力。還要有代表性，例題要精，要有豐富的內(nèi)涵，能夠給學(xué)生帶來(lái)思考和啟發(fā);既要考量學(xué)習(xí)結(jié)果，又要注重學(xué)習(xí)效率。

在習(xí)題課教學(xué)的方法，要重視挖掘問(wèn)題，分析問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考解答技巧及方法，對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，還要嘗試轉(zhuǎn)換思路，多角度考慮問(wèn)題，強(qiáng)化等效與化歸思想，一題多解，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維;多題歸一，在對(duì)題目的反思中不斷的積累方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)各種問(wèn)題的解答過(guò)程進(jìn)行分析，使思維重組并煥然一新，變則通、通則會(huì)，使習(xí)題課的學(xué)習(xí)更加有趣、更加生動(dòng)。

總之，高中物理習(xí)題教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)上的作用并不亞于新課教學(xué)，這要求我們老師在習(xí)題課的備課過(guò)程中要緊扣新課標(biāo)的精神與要求，圍繞培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)這一目標(biāo)，去設(shè)計(jì)一堂精彩的習(xí)題課。