突出史实之根 落实回归之效—— 浅析考前物理学史复习

孙鹏伟

（西安交通大学第二附属中学 陕西 西安 710061）

来自由陕西省招生委员会办公室编写的《2012年陕西省普通高等学校招生考试统计年报》中“2012年陕西省普通高校招生考试物理试题分析表”一组统计数据，如表1所示.

表1 物理试题分析表

表中所列为2012年高考全国新课标卷第14题陕西省考生答卷情况的统计结果，原题如下：

【题目】伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础.早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是

A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B.没有力的作用，物体只能处于静止状态

C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动

满分6分的试题，2012年高考考生答卷平均分只有0.53分，难度系数为0.09，一道完全源于课本物理学史识记内容的试题，居然成为考卷难度系数最大的试题之一.早期物理学家对于惯性的认识，教材分别从伽利略的理想斜面实验，到笛卡儿的补充完善，再到牛顿的高度抽象概括，都得到“运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动”的结论，但选择D选项的考生只有50.9%；在人教版必修1第69页的“思考与讨论”栏目中原文：“物体抵抗运动状态变化的‘本领’与什么因素有关？请大家通过实例进行分析”，但选择A选项的只有16.2%.高考命题专家的“守望”与一线教师的“坚守”反差之大可谓让人“震惊”！

高考试题“源于教材，高于教材”是命题者的守望，考前复习回归课本，寻“源”求真，返璞归真，应是物理教师矢志不渝的坚守.高考命题专家们多年的守望和淡定一直在告诫我们：漠视课本必将付出惨痛的教训和终生的遗憾.回归课本，从回归物理学史做起.

1 回归史实中蕴含的科学方法

一部物理学的发展史就是一部物理科学方法的演化史，控制变量法、类比法、理想化法、等效法、模型法、假设法、数学方法、微小量放大法等等，与科学知识相比，这些方法具有更大的稳定性和更普遍的适应性，因此，回归物理学史中的科学方法是培养学生科学思维方法的重要途径，也是高考命题的热点.例如人教版必修1第48页中指出：伽利略研究自由落体运动的科学方法，将实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐结合起来成为物理学的真正开端.实验测什么？怎样逻辑推理？如何数学推演？这正是高考命题专家的守望，回望2013年高考理综新课标试题第14题.

【例1】图1是伽利略1604年做斜面实验时的一页手稿照片，照片左上角的3 列数据如表2所示.表中第2列是时间，第3列是物体沿斜面运动的距离，第1列是伽利略在分析实验数据时添加的.根据表中的数据，伽利略可以得出的结论是

A.物体具有惯性

B.斜面倾角一定时，加速度与质量无关

本文网络结构如图1所示,第1个卷积层采用卷积核64@2×2,第2个卷积层采用卷积核96@2×2,第3个卷积层采用卷积核128@2×2,池化层均采用均值池化大小为2×2。网络训练参数设定如下:batch=16,epoch=100,学习率λ=0.000 01,使用随机梯度下降算法进行优化,交叉熵作为损失函数。本文对所有卷积层以及全连接层都施加了Dropout,卷积层采用Dropout比例为0.2,全连接层则为0.5。

C.物体运动的距离与时间的平方成正比

D.物体运动的加速度与重力加速度成正比

图1

表2 伽利略手稿中的3列数据

2 回归史实中蕴含的思维方法

科学思维主要采取直觉思维和逻辑思维两种形式.在物理学的发展史中，伽利略能直觉地抓住力学现象的内在联系，而牛顿则把它概括总结为体系完整的三大运动定律；法拉第凭直觉认识到电磁场的存在，并想象出用力线来表示场的性质，麦克斯韦则把它化为一组逻辑严密的数学方程.伽利略与牛顿、法拉第与麦克斯韦这两对科学巨人可以说是这两种思维的典型代表.回归教材，在回归重要规律、定律建立过程的同时，更重要的是对其深刻而独特逻辑思维过程的回归.例如2014年高考新课标理综卷第14题.

【例2】在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是

A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化

B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化

D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化

试题看似考查考生对验证“由磁产生电”设想的实验过程，但实质在考查考生逻辑思维能力，即物理量电流“由无到有”的“变化”，从逻辑思维角度必须是因为另一物理量（磁通量）发生“变化”而引起.寓逻辑关系、逻辑思维于试题之中，这就是命题专家的守望.

3 回归史实中蕴含的数学方法

数学是物理的基本工具之一，没有数学就不可能得到深入的物理.许多基础物理概念的建立，必须依靠数学来加以诠释，许多物理问题必须借助数学知识得以解决.因此，应用数学处理物理问题的能力是物理《考纲》中要求的5种能力之一，对源于教材物理概念中所蕴含数学方法的考查也是高考命题专家的守望.例如对建立在数学微小量、极限概念基础上的瞬时速度、瞬时加速度等概念的数学知识应用，2013年高考新课标理综卷第25题如下.

图2

【例3】如图2，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m 的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：

（1）电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；

（2）金属棒的速度大小随时间变化的关系.

mgsinθ－μmgcosθ＝B2L2Ca＋ma

至此“拨开云雾见青天”，导体棒做初速度为零的匀加速运动.

回归教材中许多物理概念建立过程所蕴含的数学方法，归纳总结这些方法在解决物理问题时应用的规律，事半功倍.

“年年有高考，岁岁题不同”，又将临近高考，痛定思痛，回归教材不能再是教师与学生的一句“口头禅”，回归教材中物理学史所蕴含的科学方法、思维方法及数学方法，坚守“突出史实之根，落实回归之效”，方能“金风玉露一相逢，便胜却人间无数”.

1 人民教育出版社，课程教材研究所等.物理·必修1.北京：人民教育出版社，2010

2 梦拥军.突出教学之根 彰显物理之味.物理教学，2015（2）

3 陕西省招生委员会办公室.2012年陕西省普通高等学校招生考试统计年报.西安：陕西教育出版社，2013