从一个试题引发的对学生物理核心素养的培养的思考

陆奕斌

摘 要：习题课是高中物理教学的重要组成部分，也是提升学生物理核心素养的重要平台。新课标在课程目标中要求注重培养学生建构模型的意识和能力。建构模型是一种重要的科学思维方式，教师引导学生经历物理概念的建构过程和物理规律的形成过程，是发展科学思维、促进核心素养发展的重要途径。教师在习题课的设计上，应围绕模型去展开讲解，培养学生运用模型以及模型的变迁去解决问题的能力。

关键词：新课程标准;培养学生的核心素养及能力;物理模型的变迁

普通高中新的物理课程标准自2017年颁布至今，已经有近三个年头了，对新课标的学习以及在教学活动过程中的贯彻实施，逐步也走向深化。普通高中物理课程标准的基本理念凝练为五条，其中第一条提到：注重体现物理学科本质，培养学生物理学科的核心素养。

笔者认为，基于培养学生物理学科的核心素养目标，在平日的教学工作中，对教师的教学工作，特别是备课提出了更高的要求。笔者从苏州高二期末调研考试的一个试题的讲解，展开了此文。题目如下：

如图所示，在x轴上方存在垂直xOy平面向外的匀强磁场，坐标原点O处有一粒子源，可向x轴和x轴上方的各个方向不断地发射速度大小均为v、质量为m、带电量为+q的同种带电粒子。在x轴上距离原点xo处垂直于x軸放置一个长度为xo、厚度不计、能接收带电粒子的薄金属板P（粒子一旦打在金属板P上，其速度立即变为0）.现观察到沿x轴负方向射出的粒子恰好打在薄金属板的上端，且速度方向与y轴平行。不计带电粒子的重力和粒子间相互作用力。

（1）求磁感应强度B的大小;

（2）求被薄金属板接收的粒子中运动的最长与最短时间的差值;

（3）若在y轴上放置一挡板，使薄金属板右侧不能接收到带电粒子，试确定挡板向右移动的最小距离。

一、模型变迁，培养学生能力

新课标在课程目标第二条中提到：要培养学生具有建构模型的意识和能力。高中物理教材中各章节的内容都是以物理模型为载体展开，向学生介绍物理知识和概念。它是学生获得物理知识的一种最基本的方法，而物理的解题，也是由基本模型进行了各种改良、优化、提升而来，从近几年的江苏高考试卷，压轴题，仔细一品均为由基本模型演变而来，例如2016年的江苏卷压轴题，就是一个由平时学习中常见且难度不大的回旋加速器演变而来。虽源于基本模型，但高于基本模型。这就对学生基本模型的理解掌握，以及模型的演变迁移能力提出了非常高的要求。许多学生觉得物理难，即使上课能听懂，课后做题还是一头雾水，无从下手。这种现象的主要原因其实就是在解题过程中，建立模型、运用模型的能力差。而从学生发展角度讲，建模思想作为一种科学思维方式，它能够帮助学生从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理、找出规律、得出最后的结论，即解决问题。

新课标的实施建议中也提到：发展学生的科学思维能力是重要的教学目标之一。建构模型是一种重要的科学思维方式，像质点、点电荷、匀强电场等物理概念和匀变速直线运动等物理过程都是物理模型。教师在教学中要让学生体会建构这些物理模型的思维方法，在引入物理模型的过程中，理解和掌握其适用条件，能运用物理模型来研究处理实际问题。在课堂教学中，教师引导学生经历物理概念的建构过程和物理规律的形成过程，是发展科学思维、促进核心素养发展的重要途径。

教师在讲解本题时，要从平时所讲模型入手，旨在培养学生的模型转变能力。如第二问最长与最短时间的差值，首先要搞定最长时间和最短时间，这就用到了我们平时所讲的带电粒子在磁场中运动的最长最短模型。运动时间的长短除了从转过的圆心角考量外，对于周期相同、速率相同（即运动半径相同）的带电粒子，还可以从通过的弧长（弦长）去考虑，分两种情况：

1、在转过圆心角小于180°时，弧长越短（弦长越短），用时越少。

2、在转过的圆心角大于180°而又小于360°时，通过的弧长越长（弦长越短）用时越长。

在入射点一定，找到其到挡板的最短距离，大部分学生都能找到出射点为挡板下端，对应的轨迹圆也就能画出了（如图）。相应的最短时间和最长时间求出，第二问就迎刃而解了。

打在P下端的粒子在磁场中运动的时间最短，打在P右侧下端的粒子在磁场中偏转的角度是300°，设运动的时间是t1，由于运动的半径与O到P的距离都是x0，所以打在P下端的粒子在磁场中偏转的角度是60°，设运动的时间是t2，则：

可以看到，看似复杂的问题，其本质就是我们平时用到的基本模型，因此在平时的教学中，教师应更加注重培养学生模型的迁移转变能力，而不是就题论题，这样，让学生在做题的过程中，学会总结归纳，也对应了新课标要求的：注重过程评价，促进学生核心素养的发展。培养进行交流、评估、反思的能力。

二、深挖推敲，提升学生能力

新课标课程目标中第三条提到：要使学生具备科学探究意识，能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设;学生在平时的课堂及做题的过程中肯定会遇到一些困惑，比如在教学中，某些问题由于学生的知识的有限、时间的客观限制、甚至是有些老师都存在困惑，导致无法向学生彻底呈现，这时，学生的好奇心与求知欲就激发出来，对于困惑会提出自己的质疑，发表自己的观点和见解，激发了学生的探究精神和实事求是的精神，不迷信权威，有助于学生形成独立的人格。

当我们在进行第三问的求解，首先要求学生掌握动态圆模型中：速率相同，入射方向不同的动态圆模型的画法及特点。从图中不难找到，如图所示的轨迹是所要平移的最小距离。结合相关圆的几何知识，求得此时平板距y轴为X0，则平板需向右移动（-1）X0。但是学生会对此产生困惑和质疑，此情形中当粒子刚好经过P板上端时，也刚好经过P板下端，这是一种巧合吗？为什么这种情况能确定其为题目所求的临界情况？没有比它更小的情况吗？

对此我们可以做如下证明：连接OM，MN，ON，P板长为X0，OM长为轨迹圆直径2X0，三角形OMN为直角三角形，而以直径为斜边的直角三角形，N点必定在圆上，即轨迹圆为△OMN的外接圆，由此可知，只要是能过M点的带电粒子，其轨迹也必定过N点，满足了打不到P板右侧，这不是巧合，是必然！这样，学生的困惑也就得到解决了，而且也激发了学生的兴趣和探究精神。

本题运用到了数学中的圆的相关知识，数学作为一门基础学科，为物理提供了很多解决问题的工具。要想学好物理，不仅仅局限于物理知识的学习，很多物理问题的理解与解决，会用到相关其他学科的知识作为背景和铺垫。例如在讲解静电场中等差等势线的时候，教师可以引入地理学科的等温线、等高线、等压线做类比。学生立马就能明白：要让等势线有更多的实用意义，反映跟多的信息，应该要引入等差等势线。地理的等高线越密集，表示该处的海拔变化剧烈，通俗点理解就是该出的坡度较大。那么等差等势线越密集处，对应的电势变化就大，空间上相同距离上电势变化大的，则电场强度大。这样一来学生自己就可以总结出：等差等势面越密集则沿垂直于等势线方向电势降落的越快，结合E=U/d，可知电场强度E越大;反之，电场强度E越大的地方，电势变化的越快，等差等势面也就越密集。

习题课是高中物理教学的重要组成部分，也是提升学生物理核心素养的重要平台，教师在习题课的教学设计上，要围绕培养和提升学生物理核心素养这一目标，首先例题要精挑细选，要有针对性，即要针对教学目标、针对知识点、也要针对学生的实际学习状况及学习能力。还要有代表性，例题要精，要有丰富的内涵，能够给学生带来思考和启发;既要考量学习结果，又要注重学习效率。

在习题课教学的方法，要重视挖掘问题，分析问题，引导学生思考解答技巧及方法，对于学有余力的学生，还要尝试转换思路，多角度考虑问题，强化等效与化归思想，一题多解，培养学生的发散性思维;多题归一，在对题目的反思中不断的积累方法，总结经验。通过对各种问题的解答过程进行分析，使思维重组并焕然一新，变则通、通则会，使习题课的学习更加有趣、更加生动。

总之，高中物理习题教学在培养学生核心素养上的作用并不亚于新课教学，这要求我们老师在习题课的备课过程中要紧扣新课标的精神与要求，围绕培养学生的核心素养这一目标，去设计一堂精彩的习题课。