廣東 陳慶賀

高三物理習(xí)題教學(xué)是強(qiáng)化物理學(xué)科知識(shí)、達(dá)成課堂教學(xué)目標(biāo)、提高學(xué)生科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析物理問(wèn)題的能力及學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段，直接影響學(xué)生高考備考的效果。深度學(xué)習(xí)是以發(fā)展學(xué)生的高階思維和培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題為目標(biāo)的高層次的學(xué)習(xí)方式，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)和規(guī)律的深度理解、整合與運(yùn)用，在促進(jìn)學(xué)生形成系統(tǒng)的物理觀念和科學(xué)思維等方面具有無(wú)可替代的作用，為高三物理習(xí)題教學(xué)的建構(gòu)和設(shè)計(jì)提供了新的思路和方向。基于深度學(xué)習(xí)的理念，筆者認(rèn)為高三物理習(xí)題教學(xué)可以采取以下教學(xué)策略，從而打造有內(nèi)涵、有深度、有實(shí)效的習(xí)題課。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)精細(xì)化

高三習(xí)題教學(xué)需要精細(xì)化的教學(xué)設(shè)計(jì)，以利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的認(rèn)知水平及提高學(xué)生的物理能力。教學(xué)設(shè)計(jì)精細(xì)化，要求教師在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，以典型例題為線索，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地分析和思考問(wèn)題。在此過(guò)程中，學(xué)生不僅鞏固了所學(xué)的物理知識(shí)，而且潛移默化地經(jīng)歷和體會(huì)知識(shí)背后的物理邏輯思維和物理思想方法，從而有效地提升了思維品質(zhì)。

【例1】如圖1所示，假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體，一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零，則礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為

圖1

( )

首先，教學(xué)中需要學(xué)生明確：此公式只適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)(或兩個(gè)均勻球體)之間，其中r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)(或均勻球體的球心)之間的距離。此時(shí)，學(xué)生對(duì)萬(wàn)有引力定律的認(rèn)知還只是停留在機(jī)械的、表面的階段。

接著，可以向?qū)W生提出以下問(wèn)題：若把一個(gè)質(zhì)量為m的物體置于質(zhì)量為M的地球的球心處，此時(shí)物體所受的萬(wàn)有引力有多大？通過(guò)這個(gè)問(wèn)題的求解，可以讓學(xué)生加深對(duì)萬(wàn)有引力定律公式適用范圍的理解，而且還可以初步體會(huì)微元法和對(duì)稱性等物理思想方法。

最后，再向?qū)W生呈現(xiàn)例1。通過(guò)對(duì)例1的分析、思考和求解，可以使學(xué)生既真正體會(huì)到該公式的適用范圍，又對(duì)萬(wàn)有引力定律的“平方反比關(guān)系”有了更深刻地理解，還能進(jìn)一步感受物理學(xué)思想方法、體驗(yàn)物理規(guī)律之美，真正促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解，提升學(xué)生的學(xué)科能力。

二、知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化

高三的習(xí)題教學(xué)不僅僅是習(xí)題的練習(xí)，更重要的是通過(guò)練習(xí)促進(jìn)學(xué)生物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成，實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化。這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中，有意識(shí)地綜合運(yùn)用表格、方框圖、網(wǎng)絡(luò)圖、概念圖、思維導(dǎo)圖等形象、直觀的方式，對(duì)原有孤立的、分散的、碎片化的知識(shí)進(jìn)行梳理整合、拓展加深，從而促進(jìn)學(xué)生思維的可視化發(fā)展，構(gòu)建物理學(xué)科的知識(shí)體系。

【例2】在奧運(yùn)比賽項(xiàng)目中，高臺(tái)跳水是我國(guó)運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)項(xiàng)。質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)他的阻力大小恒為F，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，那么在他減速下降高度為h的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是

( )

A.動(dòng)能減少了Fh

B.重力勢(shì)能增加了mgh

C.機(jī)械能減少了(F-mg)h

D.機(jī)械能減少了Fh

【反思】高中物理教材以及教學(xué)內(nèi)容的安排，通常是以模塊化的形式呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容，如“能量的守恒和轉(zhuǎn)化”這部分核心知識(shí)，在力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、近代物理等章節(jié)中均有不同程度的體現(xiàn)。這種離散的、分板塊的設(shè)置方式適合學(xué)生初始學(xué)習(xí)，但是不利于學(xué)生形成系統(tǒng)的能量觀。因此，在高三的習(xí)題教學(xué)中，可以通過(guò)講解例題2，讓學(xué)生熟悉和理解力學(xué)中的各種功能關(guān)系，然后引導(dǎo)學(xué)生從“能量的守恒和轉(zhuǎn)化”這一普遍規(guī)律的高度進(jìn)行演繹推理，得到如下的結(jié)構(gòu)化表格，從而有效促進(jìn)學(xué)生形成系統(tǒng)化的物理知識(shí)。

表1

三、問(wèn)題進(jìn)階鏈?zhǔn)交?/h2>

高三的習(xí)題教學(xué)由于時(shí)間緊、任務(wù)重，所以并不能滿足于“講一題，會(huì)一題”，而是要盡量實(shí)現(xiàn)“做一題，懂一類”。因此，在習(xí)題教學(xué)中要有意識(shí)地給學(xué)生設(shè)置進(jìn)階的問(wèn)題鏈，讓學(xué)生在鏈?zhǔn)絾?wèn)題的解決過(guò)程中，始終抓住解決問(wèn)題的本質(zhì)和方法，并在推理、歸納的過(guò)程中滲透問(wèn)題意識(shí)和證據(jù)意識(shí)，從而讓學(xué)生理解知識(shí)、掌握規(guī)律，使學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，也就實(shí)現(xiàn)了舉一反三。

【例3】如圖2所示，與水平面夾角θ=37°的光滑斜面和半徑R=0.4 m的光滑圓軌道相切，均固定于豎直平面內(nèi)。一質(zhì)量為m的小滑塊從斜面上的A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，忽略空氣阻力，要使小滑塊通過(guò)圓環(huán)軌道的最高點(diǎn)C，求小滑塊釋放點(diǎn)距水平面的高度。

圖2

【反思】動(dòng)能定理是高中物理的核心重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是每年高考的熱門考點(diǎn)，且在壓軸題中常有出現(xiàn)，因此在高三的習(xí)題教學(xué)中可通過(guò)鏈?zhǔn)絾?wèn)題進(jìn)階的方式進(jìn)行有效突破。首先通過(guò)例3的訓(xùn)練，讓學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理的典型應(yīng)用有了初步的了解和掌握。在此基礎(chǔ)上，可以通過(guò)設(shè)置以下鏈?zhǔn)竭M(jìn)階問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理、力與運(yùn)動(dòng)、功能關(guān)系等知識(shí)的理解更加深入，從而構(gòu)建正確的力與運(yùn)動(dòng)觀和能量觀。

進(jìn)階1.若小滑塊沿圓環(huán)軌道運(yùn)動(dòng)而不脫軌，小滑塊釋放點(diǎn)距水平面的高度應(yīng)滿足什么條件？

此問(wèn)題主要考查對(duì)“不脫軌”的理解，它包括兩種情況：小滑塊可以做完整的圓周運(yùn)動(dòng)(與例3一致)和小滑塊運(yùn)動(dòng)到圓軌道圓心等高處之前速度減為0(臨界點(diǎn)為在圓心等高處速度為0)。此問(wèn)題可培養(yǎng)學(xué)生的審題能力、理解能力和綜合分析能力。

進(jìn)階2.若小滑塊從斜面上距水平面h=2R的高度由靜止釋放，小滑塊運(yùn)動(dòng)到什么位置將脫離軌道？

此問(wèn)題需要學(xué)生深刻理解“脫離軌道”意味著小滑塊與軌道之間的彈力變成零這一臨界條件。通過(guò)此問(wèn)題，一方面深化學(xué)生對(duì)“不脫離軌道”問(wèn)題的認(rèn)識(shí)；另一方面引導(dǎo)學(xué)生全面論證“脫軌”應(yīng)滿足的條件，綜合應(yīng)用牛頓第二定律和動(dòng)能定理進(jìn)行解題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和探究能力。

進(jìn)階3.若小滑塊從斜面上距水平面h=2R的高度由靜止釋放，設(shè)小滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，則小滑塊第一次通過(guò)最低點(diǎn)B時(shí)的速度是多少？

進(jìn)階4.(緊接進(jìn)階3)請(qǐng)分析小滑塊的運(yùn)動(dòng)情況。

此問(wèn)題需要學(xué)生先判斷出小滑塊不能通過(guò)圓軌道圓心等高處，則小滑塊將做往返運(yùn)動(dòng)。由于小滑塊在斜面上受到的摩擦力做負(fù)功，所以小滑塊每次沖上斜面最高點(diǎn)的位置將逐漸降低，最終在圓軌道上對(duì)稱地做往返運(yùn)動(dòng)。通過(guò)此問(wèn)題，可以讓學(xué)生充分體會(huì)和運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的綜合分析能力。

進(jìn)階5.(緊接進(jìn)階4)求小滑塊在斜面上滑行的總路程。

此問(wèn)題要求學(xué)生能在上述分析的基礎(chǔ)上，整體把握小滑塊運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程，找到“斜面上滑行總路程”的本質(zhì)，即摩擦力做功，且大小不變的摩擦阻力做功與物體運(yùn)動(dòng)的路程有關(guān)(W=-fs路，這是高中物理唯一能直接求路程的公式)，從而培養(yǎng)學(xué)生抽象與概括、聯(lián)想與推理的能力。

進(jìn)階6.(緊接進(jìn)階5)小滑塊經(jīng)過(guò)圓軌道最低點(diǎn)B時(shí)，求它對(duì)軌道的最小壓力。

此問(wèn)題要求學(xué)生能在進(jìn)階5的基礎(chǔ)上，理解小滑塊在圓軌道上對(duì)稱地做往返運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速率最大，此時(shí)對(duì)應(yīng)所受到的支持力也最大，從而利用動(dòng)能定理和牛頓第二定律進(jìn)行求解。然后，再利用牛頓第三定律即可求出小滑塊對(duì)軌道的最大壓力。本題將力與運(yùn)動(dòng)、功能關(guān)系完美結(jié)合，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)所學(xué)規(guī)律的深入認(rèn)知，培養(yǎng)了學(xué)生分析綜合、推理論證的科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

四、解題方法模型化

模型是客觀事物的真實(shí)表征，是認(rèn)識(shí)世界的手段和工具，也是新高考物理試題的重要考查方向。高三的習(xí)題教學(xué)，應(yīng)有意識(shí)地幫助學(xué)生歸納和建構(gòu)常見(jiàn)的物理模型和數(shù)學(xué)方法模型，并進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，從而發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)能力。

【例4】如圖3所示，滑塊a、b的質(zhì)量均為m，a套在固定豎直桿上，與光滑水平地面相距h，b放在地面上。a、b通過(guò)鉸鏈用剛性輕桿連接，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。不計(jì)摩擦，a、b可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度大小為g，則

圖3

( )

A.a落地前，輕桿對(duì)b一直做正功

C.a下落過(guò)程中，其加速度大小始終不大于g

D.a落地前，當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí)，b對(duì)地面的壓力大小為mg

題目1.如圖4所示，飛行員利用秋千進(jìn)行身體素質(zhì)訓(xùn)練。他將秋千繩拉到水平位置，然后由靜止開(kāi)始下擺，當(dāng)秋千繩與水平方面的夾角為多大時(shí)，飛行員(可把飛行員看作質(zhì)點(diǎn))所受重力做功的瞬時(shí)功率最大？

圖4

題目2.如圖5所示，相距為2L的A、B兩點(diǎn)處有兩個(gè)電荷量均為+Q的點(diǎn)電荷，求兩點(diǎn)電荷連線上場(chǎng)強(qiáng)的最大值。

圖5

題目3.如圖6所示，運(yùn)動(dòng)員在快艇的水平牽引力作用下，腳踏傾斜滑板在水上勻速滑行，設(shè)滑板是光滑的，若運(yùn)動(dòng)員與滑板的總質(zhì)量為m，滑板的總面積為S，水的密度為ρ。當(dāng)滑板與水平方向的夾角(板前端抬起的角度)為θ時(shí)，水對(duì)板的作用力大小F=ρSv2sin2θ，方向垂直于板面，式中v為快艇的牽引速度，S為滑板的滑水面積。為了使滑板能在水面上滑行，求快艇水平牽引滑板的最小速度。

圖6

以上幾道題目雖然分別涉及力和運(yùn)動(dòng)、功和功率、電場(chǎng)的性質(zhì)等不同章節(jié)，但是解決問(wèn)題時(shí)所用的數(shù)學(xué)方法模型卻是一樣的，即都是利用了不等式求極值。因此，教師在備課時(shí)要對(duì)現(xiàn)有的習(xí)題資源進(jìn)行梳理、分類和整合，讓學(xué)生多進(jìn)行這種“形異神同”的訓(xùn)練，以幫助學(xué)生體會(huì)物理知識(shí)和數(shù)學(xué)方法的本質(zhì)，提升學(xué)生的解題能力。

五、歸納總結(jié)辨析化

歸納和總結(jié)是學(xué)生有效提高學(xué)習(xí)效果的重要方法，也是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。高三的習(xí)題教學(xué)，要善于對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題和錯(cuò)誤進(jìn)行分類整理、歸納總結(jié)，以實(shí)現(xiàn)把學(xué)習(xí)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)資源，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。

【例5】磁流體發(fā)電機(jī)的原理如圖7所示。將一束等離子體連續(xù)以速度v垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，可在相距為d、面積為S的兩平行金屬板間產(chǎn)生電壓。現(xiàn)把上、下板和電阻R連接，上、下板等效為直流電源的兩極。等離子體穩(wěn)定時(shí)在兩極板間均勻分布，電阻率為ρ。忽略邊緣效應(yīng)及離子的重力，下列說(shuō)法正確的是

圖7

( )

A.上板為正極，a、b兩端電壓U=Bdv

【反思】“洛倫茲力與現(xiàn)代科技”這一部分知識(shí)中所涉及的磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾元件等現(xiàn)代科學(xué)設(shè)備，其本質(zhì)都是速度選擇器，即帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力等大反向，但學(xué)生在碰到這類問(wèn)題時(shí)，常?；煜磺?。究其原因?yàn)閷W(xué)生在分析過(guò)程中沒(méi)有抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，有意無(wú)意地弱化或忽略了這些儀器設(shè)備的個(gè)性特征，導(dǎo)致對(duì)結(jié)論的理解過(guò)于程式化而出錯(cuò)。為了解決這一問(wèn)題，可以讓學(xué)生完成例5后，引導(dǎo)學(xué)生以列表的形式歸納這些儀器的工作原理，辨析它們各自考查的側(cè)重點(diǎn)，從而有效突破思維障礙。

表2