湖北

(作者單位：湖北省監(jiān)利市第一中學(xué))

自八省聯(lián)考以來，物理考試時(shí)間調(diào)為75分鐘，湖北連續(xù)幾次大型聯(lián)考平均分都不理想，師生普遍覺得時(shí)間太緊，難度過大。武漢市四月聯(lián)考試卷卻獲得了老師們的普遍好評，題目新穎但不超綱，考查主干知識和創(chuàng)新思維。我覺得其中有代表性的是選擇題第7題。

此題具有新高考考查創(chuàng)新能力的特點(diǎn)，通過物理知識在生活情境中的應(yīng)用，考查了如何靈活選取物理學(xué)規(guī)律來解決實(shí)際問題，不僅能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注主干知識的理解和運(yùn)用，還能促進(jìn)學(xué)生回歸教材；本題考查了類比創(chuàng)新思維，通過對常見模型的變式拓展，考查學(xué)生在新情景中模型建構(gòu)的能力，是一道考查科學(xué)思維的好題；同時(shí)，又能幫助學(xué)生歸納運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與受力條件的對應(yīng)關(guān)系，即建立清晰的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，更能培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、試題

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二、試題賞析

(一)以生活情景為載體，考查學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維靈活選取物理學(xué)原理解決問題的能力

【素材情景】本題屬于應(yīng)用類試題，以紅血球受粘滯阻力下落這一實(shí)際情境，考查隨速度成正比的阻力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

遇到新情景問題的正確解決方法，一是從必備知識的最根本原理出發(fā)，找到最合適的規(guī)律、方法解決問題；二是從創(chuàng)新思維出發(fā)，找到以前學(xué)過的與之條件相似、運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似的物理模型，用相似的規(guī)律去解決新問題。

學(xué)生無論用哪一種方法解決問題，都是必備知識、關(guān)鍵能力和物理核心素養(yǎng)的良好體現(xiàn)。

此題通過應(yīng)用性的考查，巧妙的兼顧了基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性。

(二)考查力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的主干必備知識，幫助學(xué)生認(rèn)清錯(cuò)誤認(rèn)識，培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的學(xué)科素養(yǎng)

題干已知力的特點(diǎn)，選項(xiàng)考查運(yùn)動(dòng)關(guān)系。教學(xué)中可引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)通過審題歸納考點(diǎn)：力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是高中物理的主干必備知識，也是新高考評價(jià)體系中的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中最核心的物理觀念：運(yùn)動(dòng)與相互作用觀。那么高中物理的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀又包括哪些呢？此題的研究對象只涉及單個(gè)物體，對單個(gè)物體的力學(xué)三大規(guī)律即是：牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理。因?yàn)榇祟}合力是變力，又是求位移這種過程量的比例，應(yīng)該優(yōu)先選用表達(dá)過程的規(guī)律，即從動(dòng)量定理和動(dòng)能定理中選擇。

在選用規(guī)律時(shí)，此題暴露了學(xué)生概念不清的問題。

覺得此題無從下手的同學(xué)，就是因?yàn)闆]找到最合適的規(guī)律來解決問題。有的同學(xué)雖然選出答案C，其實(shí)沒有真正弄懂，是碰巧出選了正確答案。

因?yàn)榇祟}涉及力、位移、始末速度，很多同學(xué)按常規(guī)思路優(yōu)先選用動(dòng)能定理列方程。

然后因?yàn)镕與v成正比，就說F均勻變化，認(rèn)為平均作用力為始末力的一半，得表達(dá)式

可知x與v0成正比。

選出答案C，恰好是正確選項(xiàng)。這也是此題得分率不算低的一個(gè)原因。

但是此題是已知F與v成正比，并不是已知F與x成正比，要先證明F與x成線性關(guān)系，才能在求功時(shí)認(rèn)為平均作用力等于始末力的平均。

而且，這些學(xué)生認(rèn)為畫出的v-x圖應(yīng)該是彎曲的，斜率是減小的，理由是因?yàn)樗俣茸兓⒆枇ψ兓?，所以加速度是變化的?/p>

以上都是因?yàn)閷W(xué)生沒有把物理量對時(shí)間的變化率和對位移的變化率區(qū)分清楚，沒有分清對時(shí)間取平均值和對位移取平均值是兩個(gè)不同的概念。

混淆這兩個(gè)概念會(huì)出現(xiàn)一些典型錯(cuò)誤，比如機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的問題中，把加速度減小的加速過程用平均力、平均加速度看成勻變速運(yùn)動(dòng)，用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式聯(lián)立求解，學(xué)生發(fā)現(xiàn)結(jié)果與參考答案不一樣，與老師交流才知道，對時(shí)間取平均值和對位移取平均值是兩個(gè)不一樣的概念。

只是武漢四月聯(lián)考第7題的模型恰好是運(yùn)動(dòng)的總位移x與初速度v0成正比。

【解題思路】選取一個(gè)極短暫的時(shí)間Δt，假設(shè)紅血球的質(zhì)量為m，在時(shí)間Δt之后，紅血球的速度變?yōu)関，則在該段時(shí)間內(nèi)可將紅血球的受力近似認(rèn)為kv，運(yùn)用動(dòng)量定理，有-FΔt=mv-mv0，F(xiàn)=kv，則在紅血球達(dá)到最大位移時(shí)，有kx1=mv0，kx2=mv0/n，可得C項(xiàng)正確。

【答案】C

所以，命題人想考查的必備知識：動(dòng)量和動(dòng)量定理。

(三)以關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的考查促進(jìn)學(xué)生回歸課本，有效地培養(yǎng)關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)

【關(guān)鍵能力】本題考查的關(guān)鍵能力主要是理解能力、模型建構(gòu)能力、分析推理能力。需要考生理解題意，建立正確的物理模型，以微元的思想將變力問題轉(zhuǎn)化成恒力問題。

【學(xué)科素養(yǎng)】本題考查的物理核心素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等。

【學(xué)科思想方法】模型思維、極限思維

1.理解、分析推理等關(guān)鍵能力的考查，利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)論證的科學(xué)思維

能否快速選擇合適的規(guī)律解決問題是物理關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)的表現(xiàn)。

已知力求運(yùn)動(dòng)時(shí)，力學(xué)三大規(guī)律選哪個(gè)規(guī)律最方便？此題是描述一個(gè)過程的規(guī)律，而速度對時(shí)間的累積正是位移！所以，動(dòng)量定理解決此題最簡潔！

命題人的意圖是希望考生理解題意，建立正確的物理模型，以微元的思想將變力問題轉(zhuǎn)化成恒力問題。

我認(rèn)為，微元法會(huì)增加學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)。高考中對關(guān)鍵能力和科學(xué)思維的考查其實(shí)都是可以在課本找到原型的。

此題回歸課本的根本原理和思維方法，是變力的沖量問題。課本有例題“棒球擊球的動(dòng)量定理應(yīng)用”情景，一段過程中方向不變只有大小變化的變力的沖量可用平均作用力與時(shí)間的乘積來表示，而過程中的位移可用平均速度與時(shí)間的乘積來表示，兩個(gè)平均值都是對時(shí)間取平均。

2.模型建構(gòu)等關(guān)鍵能力的考查，有利于促進(jìn)學(xué)生形成歸納總結(jié)的習(xí)慣，培養(yǎng)模型建構(gòu)、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維

遇到新模型，我們可以引導(dǎo)學(xué)生歸納新結(jié)論。

質(zhì)疑創(chuàng)新：難道只有初速度與總位移有正比關(guān)系嗎？此題答案如此簡潔，是否暗含一個(gè)更簡潔的規(guī)律？有沒有什么量不變？怎樣尋找不變量？

教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：此題的難點(diǎn)在于加速度是變化的，即速度對時(shí)間的變化率是變化的，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律不好判斷；但根據(jù)以上分析，此題的運(yùn)動(dòng)模型似乎有什么特點(diǎn)？如果從運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，以后的運(yùn)動(dòng)，是不是都可以同理推出剩下要運(yùn)動(dòng)的位移與此刻的速度成正比？那么此題的運(yùn)動(dòng)模型有什么特點(diǎn)，能否畫出運(yùn)動(dòng)過程中的v-t圖？

由前文分析可知，運(yùn)動(dòng)速度與位移的關(guān)系如圖。

此題結(jié)論：若是合外力與速度成正比的減速運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)總位移與初速度成正比。

創(chuàng)新結(jié)論1：若是合外力與速度成正比的減速運(yùn)動(dòng)，則從任意時(shí)刻算起，后面還需要運(yùn)動(dòng)的總位移都與該時(shí)刻的速度成正比。

創(chuàng)新結(jié)論2：若是合外力與速度成正比的減速運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)的速度隨位移均勻減少。即整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都符合規(guī)律——單位位移內(nèi)速度的減少量相同。

另類加速度概念可回歸課本：伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究。最開始就猜想速度是否隨位移均勻變化？不過最后發(fā)現(xiàn)自由落體的速度是隨時(shí)間均勻變化。所以大家熟知的勻變速運(yùn)動(dòng)是合外力不變、速度隨時(shí)間均勻變化的運(yùn)動(dòng)。

但并不表示速度隨位移均勻變化的運(yùn)動(dòng)不常見。我們稍加引導(dǎo)就會(huì)讓學(xué)生回憶起相關(guān)常見模型，比如電磁感應(yīng)中的水平光滑單桿模型。所以，此題的模型建構(gòu)有其重要意義。

3.特殊值法、極限法、排除法的運(yùn)用也可巧妙得出答案，體現(xiàn)了題目的開放性，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

有的同學(xué)用特殊值代入的排除法也選出了正確答案。排除法也是創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，此題的題型是選擇題，學(xué)生對題目情境蘊(yùn)含的本質(zhì)規(guī)律還不是很清楚時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用特殊值、極限法、排除法等巧解妙解。

創(chuàng)新思維的一個(gè)重要功能是化繁為簡，有很多單選題可以運(yùn)用創(chuàng)新思維化復(fù)雜模型為簡單模型，單位是否符合？用極限法變?yōu)槔硐肽Ｐ蜁r(shí)表達(dá)式是否符合？取特殊值變?yōu)閷ΨQ模型時(shí)表達(dá)式是否符合？極限外推理模型、特殊值法、對稱模型等是解決選擇題中復(fù)雜問題的常用創(chuàng)造性思維。

三、對課堂教學(xué)的指導(dǎo)意義：以創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)帶動(dòng)必備知識的鞏固、關(guān)鍵能力的強(qiáng)化、核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，有事半功倍的效果

筆者認(rèn)為，此題最大的亮點(diǎn)就是考查了類比思維這種重要的創(chuàng)新思維能力，此題能讓學(xué)生更深刻地認(rèn)識類比思維的妙用。單純從理論上指導(dǎo)如何選擇規(guī)律，顯得比較枯燥，學(xué)生不容易在短時(shí)間找到突破難題的方法。教學(xué)中可以用以前熟悉的模型類比，讓學(xué)生親身感受到化陌生為熟悉，變未知為已知的神奇，讓他們自己得出解題方法，讓他們感知物理的智慧，這種興奮的刺激會(huì)讓他們記憶深刻。這樣學(xué)生既有成功的快樂感，又覺得順其自然的理解沒有難度，而且還容易形成從特殊到一般、普遍聯(lián)系的哲學(xué)思想，養(yǎng)成歸納總結(jié)的好習(xí)慣，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有好處。

類比思維能力是高考?？嫉膭?chuàng)新思維能力，是解決新問題常用的思維方式。我猜想出題人可能就是受某常規(guī)題的啟發(fā)，創(chuàng)造性地變式出的這個(gè)原創(chuàng)題。

筆者是按這樣的程序講解這道題：

先要同學(xué)們說出此題中紅細(xì)胞的受力特點(diǎn)，學(xué)生說出力與速度成正比。

筆者再要學(xué)生們回憶以前學(xué)的哪些力與此相似。

學(xué)生很快答出洛倫茲力、機(jī)車啟動(dòng)的牽引力、空氣阻力等；因?yàn)橛锌諝庾枇Φ膾侒w和機(jī)車啟動(dòng)模型比較復(fù)雜，受牽引力還受阻力、受空氣阻力還受重力，還有什么模型與這個(gè)更接近？馬上就有學(xué)生說：“電磁感應(yīng)中的安培力！”

筆者畫出光滑水平面上只有初速度的單棒模型，提問：我們當(dāng)時(shí)是用什么規(guī)律列方程分析的？

學(xué)生很快答出動(dòng)量定理。

筆者問如果還是用電磁感應(yīng)的情景出題，你們是不是會(huì)做？

學(xué)生們回答會(huì)做！因?yàn)橐呀?jīng)多次講過這種動(dòng)量定理在電磁感應(yīng)中綜合應(yīng)用的模型。

筆者又問你們是只滿足于做對這一個(gè)題目，還是總結(jié)了一類問題的解決方法呢？有沒有總結(jié)這種受力條件與運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系呢？

此題是合外力與速度成正比的減速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)應(yīng)該是速度與位移是線性關(guān)系。

雖然這不是課本上專門講過的一種運(yùn)動(dòng)，卻也是一種很簡潔很有特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。而且是電磁感應(yīng)中的一類常見運(yùn)動(dòng)，研究并記住它很有必要。

如果熟練總結(jié)了各類運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對應(yīng)的受力條件(必備知識)，我們就可以用類比的科學(xué)思維(核心素養(yǎng)、關(guān)鍵能力)來應(yīng)對新情景問題，輕松找到解決新問題的思路方法。這就是高考專家出題要考查創(chuàng)新思維的出發(fā)點(diǎn)。也是高考出創(chuàng)新題的常見方式！

四、對原創(chuàng)或改編習(xí)題的啟示

利用新情景考查科學(xué)思維和主干知識的根本原因是新高考考題的重要特點(diǎn)，我們在習(xí)題教學(xué)中也要讓學(xué)生適應(yīng)。模型建構(gòu)、類比、等效、比較、極限等都是高考?？嫉膭?chuàng)新思維，是科學(xué)研究中對發(fā)明發(fā)現(xiàn)有關(guān)鍵作用的能力，所以幾乎每一次高考都會(huì)考查。命題人希望學(xué)生能學(xué)以致用、舉一反三，我們也希望我們的課堂教學(xué)“有事半功倍”的效果。