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基于核心素养下解题能力提升的策略研究

陈新传




摘   要:高三二轮复习为专题复习,是对学生一轮复习所学基本知识和方法的融会贯通,形成系统的知识网络。二轮复习立足于提升学生的解题能力,力争解题过关;立足于提升学生的认知结构,培养分析和解决综合问题的能力。笔者以二轮复习“‘滑块—木板模型”为例,从思维过程角度、动力学角度、图像角度、动量角度和能量角度多重分析提升学生解题能力,最后谈谈笔者在二轮复习教学中的一点启示。

关键词:“滑块—木板”模型;二轮复习;核心素养;解题能力

中图分类号:G633.7 文献标识码:A    文章编号:1003-6148(2020)5-0042-4

纵观近年高考物理试题,“滑块—木板”模型是命题人喜爱的问题之一,主要原因是过程多,物体多,综合性强,难度大,涵盖了动力学问题、能量问题及动量问题,可以很好地考查学生综合分析问题的能力、解决问题的能力。在实际教学中发现,学生经过一轮系统复习后,对“滑块—木板”模型仍存在较多的疑点和痛点,体现在公式应用不灵活,过程分析不清晰,时间、速度、位移、关系把握不准,关键词抓不住。因此,二轮复习要力争提升学生的分析、应用和解题能力,突破疑点和痛点,逐步强化应试能力。

1    高考試题演变,引领备考方向(见表1)

2015—2019年高考中每隔一年会有考查“滑块—木板”模型的题目。2015年I卷第24题是水平面上的板块模型,考查了摩擦力、牛顿运动定律和匀变速直线运动规律等的综合应用;2015年II卷第25题是倾斜面上的板块模型,考查了牛顿第二定律、物块与木板相对运动等的综合应用;2017年III卷第25题是水平面上多物体运动的板块模型,考查了牛顿运动定律和匀变速直线运动等的综合应用;2019年III卷第20题是水平面上的板块模型,考查了牛顿运动定律和f-v、v-t图像相结合。分析发现,目前考查的试题均涉及牛顿运动定律的应用,解题的关键在于分析滑块与木板之间的相对运动,明确达到共同速度是临界条件,然后才能分析滑块与木板间的摩擦力、木板与地面间的摩擦力、滑块对地的位移、木板对地的位移、滑块对木板的相对位移,构建物理情境,分析求解。

2    案例多重分析,悟通方法提升能力

(2017·新课标Ⅲ卷) 如图1,两个滑块A和B的质量分别为mA=1 kg和mB=5 kg,放在静止于水平地面上的木板的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5;木板的质量为m=4 kg,与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动,初速度大小均为v0=3 m/s。A、B相遇时,A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度大小g=10 m/s2。求:

(1)B与木板相对静止时,木板的速度;

(2)A、B开始运动时,两者之间的距离。

2.1    从思维过程角度分析

解决物理问题过程要有科学思维过程,即要逐字逐句科学审题,“文字表述”—“物理情境”—“物理问题”—“数学问题”—“物理问题”,突出核心素养。题目以A、B两滑块和木板为研究对象,分别画出A、B两滑块和木板的受力示意图,分析从初始状态“A、B两滑块相向滑动”到最终状态“A、B相遇时,A与木板恰好相对静止”的过程中三者的运动情况,找到运动特征,深入挖掘隐含条件。要特别注意中间过程的细节,谨防发生跳跃性思维。

2.2    从动力学角度分析

需要弄清楚三个问题:

(1)在分析A、B两滑块和木板所受摩擦力时,需要弄清楚“相对运动”情况,即滑块A相对木板向左运动,滑块B相对木板向右运动。比较木板所受A、B两滑块和地面摩擦力的大小,可知木板在地面上滑动的方向。

(2)如何分析A、B两滑块和木板的运动性质呢?分析可知,A、B两滑块做匀减速运动,木板做匀加速运动,滑块B与木板会达到共同速度。此后,滑块B与木板保持相对静止一起向右做匀减速运动,滑块A继续做匀减速运动,最终A、B两滑块和木板会达到共同速度。

(3)如何理解“相对静止”呢?在搞不清楚滑块B与木板是相对静止还是相对运动时,先假设二者保持相对静止。若B与木板整体匀减速运动的加速度大于最大静摩擦力产生的加速度,二者仍有相对运动;若小于,则保持相对静止。

在弄清楚以上三点后,对研究对象进行受力分析和运动性质分析,受力示意图及运动过程图如图2、3所示,寻找位移关系列方程求解。图2为滑块B与木板共速前A、B两滑块和木板的受力示意图。图3为滑块B与木板共速后滑块A和滑块B与木板整体的受力示意图。

2.3    从图像角度分析

物理解题能力,表现在科学审题、准确运算和清晰画出运动图像。在多物体发生相对滑动的“滑块—木板”问题中,借助v-t图像定性分析(图4),往往比利用牛顿运动定律及运动学公式列方程定量分析要快捷、方便许多。利用v-t图像可以从“点”“线”“斜率”“截距”和“面积”等方面寻找解题的突破口,通过图像“面积”很直观地将物体间的相对位移展现出来,使得问题情境一目了然。当然,这需要多做题、多体会才能很好地掌握。

2.4    从动量角度分析

动量守恒定律适用于两个或两个以上物体组成的系统,因木板与地面之间存在摩擦力,很容易判断A、B两滑块和木板组成的系统动量不守恒。题目可以利用动量定理求解滑块B与木板保持相对静止和A、B两滑块与木板保持相对静止时的速度和时间,比用牛顿运动定律要简单。由于A、B两滑块相向运动,运用动量定理解题时要选好正方向。

2.5    从能量角度分析

题目还可研究系统因摩擦增加的热能。

在摩擦生热问题中,有一个二级结论Q=f·s ,很多学生把摩擦力的功与摩擦生热相混淆,在写动能定理或能量守恒方程时,到底代入相对位移还是对地位移,学生就会很随意,或者很迷茫。系统因摩擦增加的热能来自三部分——滑块A与木板、滑块B与木板、木板与地面,Q =f ·s ,Q =f ·s ,Q =f ·s ,Q =Q +Q +Q ,借助v-t图像求解相对位移,系统因摩擦增加的热能也就解出来了。

3    教学启示

高三二轮复习阶段是解决学生一轮复习遗留的疑点和难点,是提升能力的关键时期。二轮复习源于一轮,高于一轮。教师要汇总一轮复习测试、课堂、练习等学生存在的问题作为二轮复习的落脚点,整合知识和方法,整合问题和能力;注意把知识点连成线,把线串成面,帮助学生形成知识体系,将学生已经掌握的知识和方法转化为实际的解题能力,学会分析物理问题,构建物理情境,解剖物理问题,提升解题能力。

3.1    重视构建分析和解决物理问题的思维过程

学生分析物理问题和解决物理问题的能力,表现在能够正确分析物理过程,有正确的思维程序。物理考试提出理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力、创新能力5种关键能力[1]。笔者认为,正确的思维程序,恰恰是这5种关键能力的必要过程。做到科学审题、精确析题、规范答题,就是要求学生在分析和解决物理问题的过程中常“读一读”“畫一画”“写一写”“算一算”。“读一读”即读题,逐字逐句细致审题,清楚各物理过程的细节、内在联系、制约关系;“画一画”即画图,边读边画,画出受力示意图、运动过程图、运动轨迹图、能量转化图、思维导图等,展示题目的物理情境、物理模型,使物理过程更加直观、清晰;“写一写”即写公式,边画边写,根据原理和实际情境找出规律,写公式,列方程;“算一算”即计算,边写边算,分析数据,快速准确计算。

3.2    重视应用解决物理问题的思维方法

学习物理就要解题,解题就要讲究思维方法。物理难学,题目难解,不是知识结构的问题,往往是思维方法使用不当所致。科学的思维方法,是用科学严谨的科学态度对待物理问题。教师在二轮复习过程中注重培养学生的思维方法,把学生解决物理问题的过程上升到思维层次,提升学生运用所学知识和方法分析问题、解决问题的能力。分析和解决问题,就是对研究对象、物理状态或物理过程化整为零处理,拆分物体,拆分过程,拆分模型,划分状态(即初始状态、中间状态、临界状态和最终状态),区分条件(即已知条件、临界条件、隐含条件),拆题解题。

例题 (2011年新课标)如图5,在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板,其上叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数),木板和木块加速度的大小分别为a1和a2,下列反映a1和a2变化的图线中正确的是(         )

分析:木块和木板之间相对静止时,所受的摩擦力为静摩擦力。在达到最大静摩擦力前,木块和木板以相同的加速度运动,根据牛顿第二定律a= , = 。木块和木板相对运动时, a = 恒定不变, =0;a2= -μg, = > 。所以,正确答案是A选项。

3.3    重视整合和比较,实现学生认知升级

所谓“认知”,就是人脑认识、加工和存储信息的过程。学生的认知能力是在持续的学习、练习和实践中反复锻炼升级的。实现学生认知升级,需要找对认知升级的路子,找到有效的复习方法,体现二轮复习课堂教学的有效性。在复习过程中,教师应重视整合核心知识,构建主干知识网络;整合基本方法,突出灵活应用;整合突出问题,强化处理思路;通过比较不同问题与相似、相近问题之间的联系和区别,引导学生分析规律的差异,实现学生认知升级,促进核心素养的提升。

例如,关于电学实验。电学实验主要考查“R、U和I”的测量,解决电学实验问题的关键是弄清楚实验目的(即干什么)、实验器材(即有什么)、实验原理(即根据什么)、实验步骤(即怎么做)和注意事项(即注意什么)。

例如,关于电磁感应的理解。电磁感应的前提是磁通量变化Δφ≠0,功能是产生了感应电动势,本质上是其他形式的能量转化为电能,效果上是阻碍原磁场磁通量的变化。从产生的方式上可分为互感和自感,从产生原因上可分为感生电动势E=n =nS· 和动生电动势E=n =nB· ,从运动方向上可分为平动切割E=Blv和转动切割E= BL2ω。

3.4    重视问题拓展和延伸,激活学生思维

多角度设置问题,变换设问方式,变换不同物理情境,改变试题呈现方式等,可以拓宽学生的思路,激活学生的思维,提升学生的思维认知能力。在《普通高中物理课程标准》提出的4个学科核心素养中,“科学思维”和“科学探究”是关键能力[2],应该是思维认知能力的具体化。二轮复习教师通过变式训练和拓展训练,引导学生关注问题的拓展和延伸方式,开阔学生的思路,激活学生思维。

例题 (2018·全国Ⅰ卷·18)如图6,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2R;bc是半径为R的四分之一圆弧,与ab相切于b点。一质量为m的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为()

为拓展学生思维,引导学生养成良好的思维习惯,此题可设置梯度问题拆分思维难度:(1)小球在bc两点的速度分别为多大?(2)小球在离开轨道前对轨道压力最大在什么位置?多大?(3)小球离开轨道后做什么运动?(4)小球离开轨道后在最高点的速度为多大?(5)小球离开轨道后在最高点与地面的高度为多大?(6)小球离开轨道后下落至与c等高时距离为多远?(7)小球离开轨道后下落至与c等高时速度为多大?(8)题目还可以怎样设置问题?如此,通过变换设置题目问题的方式“借题发挥”,一题多问,一题多变,多题归一,让学生掌握较复杂计算题的一般思考过程,充分激活学生思维,拓宽学生思路,提升学生分析、理解和解决问题的能力。

4    结束语

总之,教师要优化二轮复习的思路,认真研读考纲,精心研究考题,提升复习的科学性、针对性和有效性。教学中渗透科学思维方法,培养学生科学思维的能力、分析问题的能力和解决综合问题的能力,提升解题素养。

参考文献:

[1]程力,李勇.基于高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径[J].中国考试,2019(12):41.

[2]胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现[J].中学物理教学参考,2017,46(15):1-3.

(栏目编辑    陈  洁)

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