优化习题设计 培养科学思维——以板块模型为例

曾长兴

华中师范大学龙岗附属中学，广东 深圳 518172

1导言

习题教学是高三物理复习的一个 “实践性”环节，更是培养学生科学思维及规范答题的关键环节。传统教学中，习题课常常变成“讲题”和“做题”课，其模式为学生做题并校对答案，然后教师针对学生不懂的知识进行评讲。这样的教学虽然能够达到对知识与技能的训练，但是学生能力却得不到针对性的培养。科学思维是高中生的必备品格和关键能力，如何在高三物理习题教学中落实科学思维能力的培养是一线物理教师关注的热点问题。

本文结合二轮复习中的板块模型，通过分析高考真题、巧设开放问题、强化过程分析、解决实际问题等环节，探讨基于科学思维培养的高三物理习题教学策略。

2 设计思路分析

2．1 设计思想

板块模型是一种常见的、经典的题型，是高考对力与运动、功和能等力学规律进行综合考查的常用手段，至少涉及两个物体，一般包括多个过程，物理情境变化空间大，问题处理相对复杂，处理好该问题对整个高中物理学习都有很好的促进和帮助作用。从物理学科核心素养培养的角度来看，教师应优化习题设计，设计开放性问题，创设生活情境，通过“读题”建构模型、“画图”科学推理、“写式”科学论证、“计算”质疑创新等解题过程，有目的、有计划、有针对性地对学生实施科学思维训练。

2．2 教学目标

高三物理习题教学，既要让学生构建学科知识网络，更要让学生具备物理学科特色的关键能力与必备品格。板块模型是高三物理复习中要突破的一个难点，也是培养学生科学思维能力的重要载体。根据高中物理学科核心素养的培养要求，本节课的教学目标及素养分析如表1所示。

表1 教学目标及素养分析

3 教学过程

高三第二轮复习，不仅是为了让学生应对考试，更应该让学生具备广阔的物理思维，能够灵活运用所学知识解决生活中的实际问题。笔者设计了思维深度逐层递进的4个教学环节，培养学生应用物理知识和原理解决实际问题的能力。

环节一：走进高考，自主建构

板块模型在高考试题中屡屡出现，是最经典、最基本的模型之一，近四年高考真题及考查角度如表2所示。

表2 近四年高考真题及考查角度

设计说明：采用图形表述引导学生形成知识网络，并自主构建物理模型；同时表述中只涉及高考真题图形，没有具体已知量和未知量，简化了“文字信息”转化为“物理情境”的过程，需要学生通过高考真题的对比，能够主动发现问题、探究问题，熟悉常见模型，激发学生参与课堂的兴趣。

教学反思：学生在一轮复习中做了大量的练习，接触了很多高考题，但把同类属性的试题放在一起，从不同试题中找出共性问题，对学生进行模型建构具有重要意义。学生构建板块模型后，能否将物理模型内化为物理意识，选择恰当的物理规律解决具体问题呢？笔者进一步设计了开放性问题，渗透科学思维。

环节二：巧设问题，方法渗透

练习1：如图1，一小物块P以一定速度v0滑上静止在光滑水平面的木板P1，经过时间t，物块恰好滑至木板的最右端与木板相对静止。已知：P质量为m，P1质量为M，长度为L；物块、木板间的动摩擦因数为μ，水平面光滑。根据已知条件，请有条理、完整地列出相关的物理规律，并思考各规律的适用条件。

图1 练习1示意图

设计说明：巧设开放性问题，探索如何结合已知条件对实际问题进行求解，培养学生的分析、推理、综合能力。笔者通过“读题”“画图”“列式”“计算”等解题过程让学生掌握物理规律，渗透物理方法，具体思路如图2。

图2 解题思路

教学反思：知识和方法是学生内化、反思后领悟出来的，让学生自主经历物理规律的形成过程，是发展科学思维能力的重要途径。传统习题教学中，教师总是过分重视逻辑推理和解题技巧，学生学到的是一堆脱离实际的公式。笔者通过一道开放性问题，引导学生从不同角度、不同方位进行思考，不仅改变了学生的思维方式，同时提供了更多机会让学生对所学知识进行归纳、整理，有效突出学生学习的主体地位。

环节三：方法迁移，能力提升

练习2：如图3所示，一质量为3m、厚度h＝0.05 m的木板C，静止在粗糙水平地面上。在木板C上静放一质量为2m的弹性小物块B；B所处位置的右侧光滑，长L1＝0.22 m；左侧粗糙，长L2＝0.32 m；B与其左侧的动摩擦因数μ1＝0.9；竖直固定、半径R＝0.45 m的光滑圆弧轨道，其最低点与木板C右端等高相切。现有一质量为m的弹性小物块A，从轨道最高点由静止下滑。已知C与地面间的动摩擦因数μ2＝0.25，小物块A、B可看为质点，重力加速度g取10 m/s2。求：

（1）A刚滑上C时的速度大小；

（2）A、B碰后瞬间的速度大小；

（3）试分析判断，小物块A是否会滑离木板C；如果会，求小物块A落地瞬间与木板C右端的水平距离。

图3 练习2示意图

设计说明：本题设定学生熟悉的物理情境——板块模型，但是通过过程的变化、研究对象的增加、物理条件的变化等形成较为复杂的物理过程。第3问设定的开放性问题，需要判断或讨论，体现了试题的应用性和综合性。解题步骤主要以学生思考为主，按照学生的思路进行分析。

步骤一：读题。获取信息有B、C静止，A沿光滑圆弧下滑， 已知 h＝0.05 m、L1＝0.22 m、L2＝0.32 m、R＝0.45 m、μ1＝0.9、μ2＝0.25。 解读信息知本题为板块模型，考查受力分析、动能定理、弹性碰撞、运动学规律、牛顿第二定律、平抛运动规律等。

步骤二：画图。学生对物体进行受力分析和过程拆分，并画出运动情景图（图略）。

过程2：A以v0向左匀速运动，直至与B发生弹性碰撞，C处于静止状态。

过程3：B滑上C的左侧，由于C不会向右运动，A向右匀速运动，可判断A会从C的右端飞出，离开C后做平抛运动。

步骤三：列式。学生根据运动过程，运用数学方法列出物理原始表达式。

步骤四：计算。通过计算可知，（1）B、C恰好共速时，判断A恰好滑至C的右端、B仍在C上；（2）判断B、C一起向左减速，A向右做平抛运动；（3）判断 B、C 停下后，A 再落地。

教学反思：把一个复杂的过程分解为几个简单的物理过程是令人激动的时刻，是一个人物理素养的标志。本题以力学中的核心知识为主线，通过过程拆分，寻找解决问题的途径，对重要思想方法进行迁移。同时，课堂上的简明分析和规范表达可以培养学生的科学态度与责任。

环节四：联系生活，学以致用

1．根据板块模型及解题思路，你能够联想起生活中哪些与其相似的模型？

2．结合本节课的内容说一说自己的感受，总结板块模型的解题策略。

根据学生的联想呈现生活中的板块模型，如表3所示。

表3 生活中的板块模型

设计说明：避险车道、泥石流问题、生活中的圆盘和桌布等情境与学生实际生活联系紧密。试题呈现的是复杂的实际问题，要从物理学的视角获取信息，对实际问题进行简化提炼，建构物理模型，从而将实际问题转化为物理问题进行解决。

教学反思：高中物理教学的最终目的是让学生从“解题”转变到“解决问题”。在习题教学中创设真实而有价值的问题情境，培养学生解决实际问题的能力，这正是高中物理教学的核心价值。学生对本课内容进行归纳、总结，既是他们对知识方法的思考过程，更是他们对科学思维的整合、领悟和内化的过程。

4 结束语

核心素养最应该聚焦的是科学思维，习题教学则是发展科学思维的重要途径。高三第二轮复习最根本的目的是使高中阶段所学的知识融会贯通，培养学生应用所学物理知识、原理解决实际问题的能力。基于培养科学思维的视角，优化习题教学使其更符合物理学科特点，有利于学生更全面、更系统地掌握物理知识，有利于落实核心素养发展的目标。