利用一題多解提升物理核心素養(yǎng)

錢嘉

摘 要： 課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生需要通過(guò)物理的學(xué)習(xí)將物理學(xué)科的品質(zhì)內(nèi)化，本文通過(guò)同一個(gè)物理問(wèn)題蹦極為例，結(jié)合采用極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法這些物理思維方法靈活解決該問(wèn)題，以此培養(yǎng)科學(xué)思維，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞： 物理核心素養(yǎng);科學(xué)思維;一題多解

物理教學(xué)過(guò)程中教師通常很重視對(duì)物理解題的訓(xùn)練，這樣有利于知識(shí)的傳輸和強(qiáng)化，但是題海戰(zhàn)往往浮于形式.課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生需要通過(guò)物理的學(xué)習(xí)將物理學(xué)科的品質(zhì)內(nèi)化，素養(yǎng)的培養(yǎng)需要靠經(jīng)歷、體驗(yàn)、領(lǐng)悟、升華一系列的過(guò)程.物理解題教學(xué)過(guò)程中教師需要重點(diǎn)考慮如下問(wèn)題：（1）單純的解題能否有效的提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？（2）如何評(píng)價(jià)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得到了切實(shí)的提高？筆者認(rèn)為一題多解可以通過(guò)對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行分析，舉一反三，拓展學(xué)生的科學(xué)思維，可以切實(shí)的提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).接下來(lái)以一中考題為引例列舉極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法在該題中的應(yīng)用.

1 試題與分析

如圖1所示，小明在做模擬“蹦極”的小實(shí)驗(yàn)，一根橡皮筋一端系一個(gè)小石塊，另一端固定在A點(diǎn)，B點(diǎn)是橡皮筋不系小石塊自然下垂時(shí)下端所在的位置，C點(diǎn)是小石塊A從A點(diǎn)自由釋放后所能達(dá)到的最低點(diǎn)，關(guān)于小石塊從A點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的說(shuō)法，正確的是（ ）

A.小石塊減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

B.從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過(guò)程中，小石塊受到重力和彈力的作用

C.從B點(diǎn)下落到C點(diǎn)的過(guò)程中，小石塊的速度先增大后減小

D.小石塊在C點(diǎn)時(shí)，受到平衡力的作用

該題的主要矛盾是解決學(xué)生的前概念（物體受到阻力必然會(huì)減速），對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系沒(méi)有做出應(yīng)該有的推理和分析.蹦極模型是初中力學(xué)中起到承上啟下的一個(gè)重要模型，從力學(xué)角度看，蹦極的力是變力;從能量角度看，彈性繩是個(gè)能量?jī)?chǔ)存的元件，能很好地考查考生的分析綜合能力.既是對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的總結(jié)，又對(duì)高中的彈簧模型起到很好的鋪墊作用.

2 一題多解的具體方法

2.1 極限法

用極限的思想解決該題目，將看似復(fù)雜的問(wèn)題放到極端條件下去分析，問(wèn)題變的非常簡(jiǎn)單.教師設(shè)問(wèn)假設(shè)真實(shí)蹦極用的彈性繩是用來(lái)捆扎物體的橡皮筋是否可行，能依靠這樣的橡皮筋減速嗎？學(xué)生立馬回答不可行，不可行的原因是蹦極的人所受重力遠(yuǎn)大于橡皮筋能提供的最大拉力，這就打破了學(xué)生認(rèn)為有阻力就一定會(huì)減速的固有思維.

這時(shí)候再追問(wèn)蹦極時(shí)需不需要限重呢？若蹦極時(shí)物體的重力遠(yuǎn)超彈性繩能承受的最大拉力，也就是物體所受的合力必然向下，與運(yùn)動(dòng)方向一致，物體即使受到彈性繩拉力仍然向下加速運(yùn)動(dòng).通過(guò)極限法能很好的引發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生才能繼續(xù)在物理的視角下對(duì)現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行深層分析.

2.2 賦值法

當(dāng)物理問(wèn)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理規(guī)律的考查時(shí)可以選用賦值法，這時(shí)候選擇特殊值解題顯得尤為簡(jiǎn)單，由于特殊值也符合一般規(guī)律，可以更直觀的有效分析物理過(guò)程.假定小石塊所受重力為10N，若彈性繩的最大彈性限度為3N，那么物體雖然受到彈力但合力仍然是向下的，物體肯定會(huì)先加速下落;假設(shè)彈性繩的最大彈性限度為30N，那么物體最終肯定會(huì)受到阻力減速.但是由于彈力是隨著彈性繩伸長(zhǎng)量增大而增加的，必然一開(kāi)始彈力小于重力.這種方法能很快的突破學(xué)生當(dāng)物體受到阻力時(shí)減速的思維定式.

2.3 圖像法

該方法是數(shù)形結(jié)合的一種思想方法.用圖像來(lái)描述物理過(guò)程，顯得更加形象與直觀.基于彈性限度內(nèi)彈性繩伸長(zhǎng)量與外力成正比和重力與質(zhì)量成正比可以畫出石塊所受重力和彈力與彈性繩伸長(zhǎng)量的圖像，如圖2所示.

圖像直觀的顯示了受力可以分成三個(gè)階段.第一階段通過(guò)點(diǎn)a和點(diǎn)b分析，此時(shí)重力大于彈力，運(yùn)動(dòng)方向和合力方向一致，物體向下加速;第二階段c點(diǎn)重力等于彈力速度最快;第三階段通過(guò)點(diǎn)d和點(diǎn)e分析，彈力大于重力，運(yùn)動(dòng)方向和合力方向相反，物體向下減速.

2.4 轉(zhuǎn)換法

很多不易觀察的物理過(guò)程或難以直接測(cè)量的物理量在效果相同的前提下，轉(zhuǎn)換成直觀的現(xiàn)象或易測(cè)量的物理量就是轉(zhuǎn)換法的核心思想.

圖3是蘇科版教材中在水平地面上鋪一張紙，將皮球表面涂黑，使皮球從不同高度處自由下落，在紙上留下黑色圓斑A、B.將落地瞬間動(dòng)能大小轉(zhuǎn)換成圓斑.

利用轉(zhuǎn)換法同樣可以顯示出蹦極下落的速度變化. 表1為自制的蹦極速度變化演示器和具體的實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果，器材有彈性繩、鐵球、復(fù)寫紙、白紙、鐵架臺(tái)、塑料擋板、鐵架臺(tái)、鐵圈.

（1）在彈性繩自然長(zhǎng)度位置固定鐵圈，并標(biāo)記A位置.

（2）將小球從起始位置釋放，通過(guò)復(fù)寫紙?jiān)诎准埳系挠『埏@示出下落到A位置速度

（3）找到小球重力和彈力平衡位置，固定鐵圈標(biāo)記B位置.

（4）將小球從同一起始位置釋放，在白紙上的印痕標(biāo)記為B

（5）比較A，B印痕大小可以看出B印痕大說(shuō)明小球下落到B點(diǎn)的速度大于A點(diǎn)

3 漸進(jìn)發(fā)展，逐步提升核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)的提升是通過(guò)接受物理教學(xué)的過(guò)程中逐步提升的，不是一蹴而就的.同樣物理問(wèn)題的解決也不可能一步到位，應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，漸進(jìn)發(fā)展，一步步提高學(xué)生的核心素養(yǎng).

以該題為例，在課標(biāo)科學(xué)內(nèi)容的劃分上可以歸類在“運(yùn)動(dòng)和相互作用”中，學(xué)生通過(guò)物體的受力情況可以分析出物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但剛接觸物理不久的學(xué)生在“科學(xué)思維”上模型建構(gòu)、科學(xué)推理的能力只是剛剛培養(yǎng)，要理解該模型存在較大的難度.若一開(kāi)始就將所有的解題方法一股腦兒的交給學(xué)生，妄想著一下子就將問(wèn)題解決，學(xué)生不僅不能理解，物理思維得不到切實(shí)的培養(yǎng)，沒(méi)辦法很好的內(nèi)化該物理知識(shí).

基于核心素養(yǎng)發(fā)展的連續(xù)性，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了能量的概念后再來(lái)分析該題目就會(huì)得心應(yīng)手.通過(guò)物理的學(xué)習(xí)學(xué)生的建模能力和推理分析能力得到了進(jìn)一步的提高.小球所受重力和彈力的做功過(guò)程伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.彈性繩彈性勢(shì)能的獲得都是通過(guò)一開(kāi)始小球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化來(lái)的，最低點(diǎn)時(shí)彈性繩獲得的彈性勢(shì)能最大，小球具有的機(jī)械能最小，也能對(duì)小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析.這時(shí)候基于剛形成的能量觀念再對(duì)小球的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，物理觀念能得到進(jìn)一步的深化.

一題多解不是刻意的必須選用不同的方法解決同一個(gè)題目，而是通過(guò)同一個(gè)物理問(wèn)題，對(duì)比極限法、賦值法、圖像法、轉(zhuǎn)換法這些物理思維方法的優(yōu)劣，能使學(xué)生的科學(xué)思維得到進(jìn)一步的培養(yǎng).科學(xué)知識(shí)固然重要，但科學(xué)方法的領(lǐng)悟和科學(xué)思維的培養(yǎng)更能切實(shí)提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

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