劉三文 劉基天

(廣東省深圳市鹽田高級(jí)中學(xué),廣東 深圳 518083)

1 引言

高三復(fù)習(xí)少不了模擬考試，在考試中有的學(xué)生對(duì)同一個(gè)問題屢考屢錯(cuò)。究其原因，很大程度上是教師在平常教學(xué)中，重學(xué)生刷題、輕分析試題情境與物理概念和規(guī)律的聯(lián)系，學(xué)生不能針對(duì)具有一定復(fù)雜性、開放性的情境問題應(yīng)用物理知識(shí)去分析、解決。在高三物理教學(xué)中試題講評(píng)課占比較大，為了培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，作為教師不能只滿足于學(xué)生能得出正確答案，要精選試題，對(duì)經(jīng)典試題進(jìn)行拓展、改編，圍繞同一情境設(shè)置進(jìn)階問題，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)?！耙活}多變”使“題”成為實(shí)現(xiàn)必備知識(shí)“超鏈接”的載體，讓“題”成為提升學(xué)生核心素養(yǎng)的助推器。

2 原題呈現(xiàn)與解答

如圖1所示，在某冰雪游樂場(chǎng)中，甲、乙兩冰車在軌道上做碰碰車游戲，甲的質(zhì)量為m1=20 kg，乙的質(zhì)量m2=10 kg，軌道由一斜面與水平面通過小圓弧B平滑連接。冰車甲從斜面上的A處由靜止釋放，與停在水平面C處的冰車乙發(fā)生正碰，碰撞后乙冰車向前滑行18 m停止運(yùn)動(dòng)。已知A到地面的高度H=5 m，BC的距離L=32 m，兩車受到水平面的阻力均為其重力的0.1倍，忽略甲冰車在斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，重力加速度g=10 m/s2。求：

圖1

(1) 甲到達(dá)C處碰上乙前的速度大小；

(2) 兩車相碰時(shí)動(dòng)能損失。

2.1 核心素養(yǎng)視域下的考核目標(biāo)及學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)

本題是2022年深圳市第一次高考物理模擬試卷的第13題，滿分10分，難度系數(shù)為0.64，難度適中，有較好的區(qū)分度。

本題情境來源于生活中“冰上碰碰車”娛樂活動(dòng)，第(1)問主要考查學(xué)生的運(yùn)動(dòng)觀念與能量觀念。冰車從斜面滑下后在水平面上滑行一段距離與停在C處的乙車相碰，求碰前甲車速度大小，該問題情境很常見，但能考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決具體問題的能力，第一類學(xué)生將甲車碰前在斜面與在水平面滑行過程看作一個(gè)過程，用動(dòng)能定理可快速求出結(jié)果；第二類學(xué)生將甲車碰前分成斜面與水平面兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，分別用動(dòng)能定理列兩個(gè)方程進(jìn)行求解；第三類同學(xué)就會(huì)用上述第(1)問的第二種解法進(jìn)行求解。很顯然第一類同學(xué)在應(yīng)用能量觀解決實(shí)際問題、信息整理能力、歸納概括能力要強(qiáng)于另外兩類同學(xué)。試題將三類同學(xué)對(duì)必備知識(shí)、關(guān)鍵能力的掌握情況進(jìn)行了有效的考查與甄別。

第(2)問主要考查學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維，尤其是考查科學(xué)思維中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理要素，學(xué)生通過分析乙車碰后在水平面上滑行的過程，能求出碰后乙車的速度，再應(yīng)用動(dòng)量守恒及能量守恒定律，可求出碰撞過程中的能量損失，求解過程中與第(1)問相似，將不同水平的學(xué)生都能區(qū)分出來，有一部分同學(xué)認(rèn)為兩車碰撞為完全非彈性碰撞或彈性碰撞，從而導(dǎo)致解答錯(cuò)誤，事實(shí)上本題中并沒有告知碰撞的類型，避免了刷題也能做對(duì)情況的發(fā)生，對(duì)學(xué)生能否準(zhǔn)確應(yīng)用能量守恒及動(dòng)量守恒定律等必備知識(shí)解決實(shí)際問題的能力進(jìn)行了重點(diǎn)考查。

3 試題改編

進(jìn)階式設(shè)置問題，改變條件、設(shè)問方式和所用的知識(shí)，可培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

3.1 增設(shè)問題與討論

增設(shè)問題：試題中兩車的碰撞屬于彈性碰撞、非彈性碰撞還是完全非彈性碰撞？

討論：如果在題中說明兩小車的碰撞是彈性碰撞或完全非彈性碰撞，其他條件均不變，能否求出小車乙碰后在水平面上滑行的距離？如果可以，請(qǐng)分別求出來。

3.2 教師引導(dǎo)與分析

(1) 從試題答案上來看，在兩車碰撞過程中動(dòng)能損失了90 J，很顯然不是彈性碰撞，因?yàn)閺椥耘鲎矝]有動(dòng)能損失。是否為完全非彈性碰撞？如果是完全非彈性碰撞，碰后兩車會(huì)黏在一起具有共同速度，而本題中兩車碰后速度分別為3 m/s和6 m/s，故兩車碰撞是一般的非彈性碰撞。

可以發(fā)現(xiàn)兩小車的碰撞類型會(huì)影響乙車碰后在水平面上滑行的距離，這是因?yàn)椴煌愋偷呐鲎?，乙車獲得的速度不同，自然在水平面上滑行的距離也不一樣。并且發(fā)生彈性碰撞時(shí)乙車的速度最大，發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)乙車的速度最小。如果題中兩車碰撞類型不確定，乙車滑行的距離也不確定，但有一定范圍，我們可以按此思路設(shè)計(jì)一道較難的習(xí)題。

改編題1：在冰雪游樂場(chǎng)中，甲、乙兩冰車在軌道上發(fā)生碰撞，甲的質(zhì)量m1=20 kg，乙的質(zhì)量m2=10 kg，軌道由一斜面與水平面通過小圓弧B平滑連接，冰車甲從斜面上的A處由靜止釋放，與停在水平面C處的冰車乙發(fā)生正碰。已知A到地面的高度H=5 m，BC的距離L=32 m，兩車受到水平面的阻力均為其重力的0.1倍，忽略甲車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力，重力加速度取g=10 m/s2。求：

(1) 甲到達(dá)C處與乙相碰前的速度大??；

(2) 由于碰撞類型不明，碰后乙車停止時(shí)離C點(diǎn)的距離可能是多少？

3.3 核心素養(yǎng)視域下的考核目標(biāo)及學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)

改編題1與原題相比較，情境并沒有變換，第(2)問如此設(shè)問，對(duì)學(xué)生的知識(shí)和能力的要求大大提高。要求學(xué)生對(duì)“碰撞類型”這一關(guān)鍵信息進(jìn)行解讀，能夠準(zhǔn)確概括和描述彈性碰撞、非彈性碰撞與完全非彈性碰撞的特征及其相互關(guān)系，并能從中發(fā)現(xiàn)碰后小車乙的速度值有一個(gè)范圍，通過碰撞類型看清問題的本質(zhì)，求出碰后乙車的速度值有一個(gè)范圍，這對(duì)學(xué)生的知識(shí)獲取能力及思維能力的要求較高。

按照SOLO分類理論，原題第(2)問屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，回答問題時(shí)需要明白兩車碰撞時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，通過乙車碰后滑行的距離應(yīng)用動(dòng)能定理求出碰后乙車速度，代入動(dòng)量守恒方程，就可以求出碰后甲車的速度，最后求出碰撞中損失的能量，將這些知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，并不需要完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)就能解決問題；而改編后，題目難度提升，情境與考查目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度加強(qiáng)了，要求學(xué)生深度理解碰撞類型，發(fā)生不同類型的碰撞，碰撞后乙車速度不同，在水平面滑行的距離也會(huì)不同，問題有了一定開放性，屬于SOLO分類理論中的高層次關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，在回答問題時(shí)，需要學(xué)生能夠聯(lián)想多個(gè)事件即要求學(xué)生熟悉碰撞類型，并能全面考慮可能的碰撞類型，求解碰后乙車速度可能的范圍，再通過這個(gè)速度范圍求出小車乙滑行的距離范圍。只有對(duì)這些知識(shí)形成了整體性的認(rèn)識(shí)，才有可能正確解答問題?？梢娡磺榫?、不同設(shè)問對(duì)學(xué)生關(guān)鍵能力的考查不一樣，對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)的要求也不一樣，這也正是評(píng)價(jià)體系中要求教師能熟悉學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求、在平常教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)研究的課題。

3.4 改變?cè)囶}情境復(fù)雜程度與開放性，培養(yǎng)知識(shí)遷移能力

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》的“命題建議”中要求：試題的情境具有一定的問題性、真實(shí)性、探究性或開放性。為了考查學(xué)生的核心素養(yǎng)水平，應(yīng)盡量創(chuàng)設(shè)類型多樣的、具有一定復(fù)雜程度的、開放性的真實(shí)情境作為試題的任務(wù)情境。

改編題2：如圖2所示，甲、乙兩冰車在軌道上發(fā)生碰撞，冰面軌道由一斜面與平臺(tái)平滑連接而成。冰車甲從斜面A處無初速釋放，與停在平臺(tái)BC末端C處的冰車乙發(fā)生正碰，乙車離開水平面落在地面上，已知H=1 m，L=2 m，h=0.8 m。斜面光滑，兩車(均可視為質(zhì)點(diǎn))在水平面上受到的阻力為其所受重力的0.1倍，重力加速度g=10 m/s2。

圖2

(1) 小車甲與乙車碰前的速度是多少？

(2) 甲、乙兩車質(zhì)量之比為2∶1，且碰撞類型不確定，則乙車落在地面上離D點(diǎn)距離的可能值是多少？

3.5 核心素養(yǎng)視域下的學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)

改編題2較原題情境有較大的變化，由原來的兩車碰后乙車?yán)^續(xù)在水平面上滑行，改為碰后乙車做平拋運(yùn)動(dòng)。改編題2與改編題1相比，考查方法、能力要求幾乎相同，同樣考查了物理觀念中的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念，也考查了科學(xué)思維中的模型建構(gòu)、分析綜合與推理論證等要素。

4 結(jié)語

平常模擬試題或?qū)W生訓(xùn)練習(xí)題應(yīng)符合學(xué)業(yè)水平質(zhì)量要求，根據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念、課程目標(biāo)和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化試題研究，將核心素養(yǎng)的考查、發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力的要求落實(shí)到平常命題工作中來。試題命制應(yīng)以課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量為依據(jù)，能切實(shí)提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。