位移-时间图像中的教学探讨

刘娟

摘   要：高考试题特别突出基础性，注重贴近教材和实际，使不同能力的学生都有获得感。日常教学中也应该强调基础知识的落实，重视科学思维和关键能力的培养。2020—2021学年度武汉市部分学校高三起点质量检测物理试卷中考查了一道有关位移-时间图像的题a目，此道题的高错误率引发了一个值得思考的问题，怎样才能有效进行基础知识教学？文章分析了此题的多种解法及学生的各种错因，以此挖掘日常学习中存在的问题，并延伸到對物理基础教学的思考。最后，尝试提出了加强基础教学的几点建议：教师一定要带领学生好好研读教材，引导学生打好基础，促进课堂回归教材。

关键词：位移-时间图像;新课程;新教材;基础教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）8-0064-3

新课改新教材下的物理高考正在以“一核四层四翼”的评价体系为依托，紧紧围绕“立德树人、服务选才、引导教学”这一核心思想，高考试题亮点多、特点鲜明[1]，但本文特别关注其两大要点：注重基础和重视图像。将物理规律、状态和过程利用图像来呈现，增加了试题信息的广度，要求学生能够从中获取信息，建立文字与图像等不同信息之间的联系，从而将图像与正确的物理图景对应起来，利用图像分析问题，利用图像处理实验数据等，考查学生信息的整理加工、逻辑推理等能力。在历年的高考中，对图像的考查从未降低过要求，很多题目都是围绕图像展开，甚至很难找到一张没有物理图像的物理试卷。

图像对解决物理问题是非常关键的，必须要练就过硬的识图、看图、解图的本领。但是，我们的学生达到了高考图像题需要的能力高度吗？没有。实际数据显示，多数学生对此类问题表现得无所适从，甚至很多学生怕图像题目[2]。教学中如何突破图像问题呢？研究发现，做好图像部分的基础教学才是解决这个问题的最关键的一环，打好基础，才能拓展能力，达到高考要求[3]。下面以2020—2021学年度武汉市部分学校高三起点质量检测物理试卷中的第15题为例来分析。试卷由武汉市教育科学研究院命制，第15题主要考查位移-时间图像，具体题目如下：

题目：（9月起点质量检测第15题）如图1是传感器记录的某物体在恒定外力作用下沿x轴运动的x-t图像，已知图像为一条抛物线，求物体运动的初速度和加速度。

此题的解法一，也就是参考答案如下：

由题意，物体做匀变速直线运动。0～1 s内，有

0～5 s内，有

解得：

v0=10 m/s（3）

a=-2 m/s2（4）

“-”表明加速度方向与初速度方向相反。

评分参考：（1）（2）（4）式各2分，（3）式1分。其他解法，结果正确，同样给分。

本题虽然以图像的方式呈现相关数据，但题干条件、图形数据中都给出了很多条件，就是为了让学生明白运动情境，能用各种方法解答出此题。老师们都会觉得这应该是一道“简单的基础题”，而且本题的解题方法很多。

解法二：类比竖直上抛运动，抓住5 s后的图像分析，t=5 s是速度为零。由对称性可知，再过4 s将再次到达位移为零处，即从第5 s开始利用逆向思维得出初速度为零。4 s后匀加速直线运动的位移为16 m，运用x=at2/2，得出加速度大小a=2 m/s2，将方向考虑进去，就可得出正确答案。同样0～5 s，加速度恒定，5 s时间速度减为零，依据v=v0+at，不管是按照运动正向做，还是逆向思考，初速度都可以求出。

解法三：纯数学函数解法，直接根据图像写出抛物线的数学函数方程，设x=at2+bt+c，代入函数值（0，-9）（1，0）和（5，16），解得a=-1，b=10，c=-9，即数学函数方程为x=-t2+10t-9。然后往位移-时间公式方向（x=v0t+■at2）变形，找到对应物理量的值即可。

此题虽然不算难题，但是做法灵活多变，充分考查了数学函数在物理中的理解与运用，并注重物理基础，对基本公式、基本概念的考查很透彻。解法一从物理概念出发，准确把握图像中的物理含义，加以分析与计算准确得出结果，做法中规中矩，思路严谨，符合物理常规思路;解法二则灵活有技巧，体现对物理模型的熟练程度，并具备很好的知识模型迁移能力，对运动中逆向思维和对称思维深有体会，这个解法计算简单，过程简洁，但对学生的要求较高，能力较强的学生可能会这样做;解法三，数学功底深厚，能准确从物理问题中抠出数学问题，最后又能将数学结果和物理问题相结合，也体现对基础物理量和物理公式理解到位。综合来看，良好的数学能力、扎实的物理基础和较好的分析处理问题的能力是完成本题甚至是学好物理的关键。

那么，学生得分情况如何呢？学生普遍能得分，真的体现了这道题的基础性，但得分不高，距离满分有差距。改卷过程中发现，主要失分的原因是对图像的基础知识学习不到位，日常学习中对纵坐标x的含义的理解未求甚解，对x-t图像的基本含义学习囫囵吞枣，简单认为x就是位移，而直接代入数学坐标（0，-9）（1，0）和（5，16）等进行计算，实际上纵坐标最准确的含义应该是位置坐标。为什么会出现这样的错误呢？难道是教材没讲清楚？那首先让我们一起来看看人教版高中物理新教材必修一第16页对此知识点的原文讲解，教材很清楚地讲解了这个知识点：在直角坐标系中选时刻t为横轴，选位置x为纵轴，其上的图线就是位置-时间图像，通过它能直观地看出物体在任何时刻的位置（图2）。特别说明了：如果将物体运动的初始位置选作位置坐标原点O，则位置与位移大小相等（x=Δx），位置-时间图像就成为位移-时间图像，又称x-t图像。从x-t图像可以直观地看出物体在不同时间内的位移[4]。

教材内容对此知识点讲解得非常透彻，再加上实践应该自主总结出当函数图像纵轴的起点从原点开始时，即物体的初位置能从零点出发时，纵坐标才可以当作位移处理。学生之所以做错，是因为不重视教材，未吃透教材中的知识点，或者觉得这个知识点简单，没有深入理解，导致做题过程中对题目中的变化处理不当[5]。

这个题目出错的原因还有以下几点：

（1）数学函数计算能力弱，无法算出正确结果;

（2）t2前面的系数对应物理公式中的a，不经过思考，以为直接就是a，少算了个2倍;

（3）解题过程不规范，对于数学内容较多的题目不知道该如何规范答题，特别是答题卡上解答五花八门，很多人根本搞不清物理方法，就只能用数学解析式法做，最后写的直接像数学题的解题过程，全程数学计算而导致丢分;物理试题做的没有物理味道，物理基本素养不过关。

基础题就应该思路清晰明确，要体现出基本的物理核心素养。针对这道题所发现的问题，特别值得我们去分析，怎么去落实基础知识的教学？怎么提升学生的物理核心素养？以下几点仅供参考：

（1）重视学科基础，紧扣考纲、教材

从2020年9月开始使用的这一套人教版高中物理新教材从版面设计到内容，从逻辑推理到编排，从例题到课后习题，对旧教材有很大的调整。从实际一线教学来看，这些编排非常合理，逻辑性、适用性甚至观赏性都大大提高。就本题所设计的知识点，在旧教材同等位置没有对x-t图的讲解，新教材不仅将此知识点单独列出，而且讲解清晰、透彻、有条理，重视教材的教师和学生在此就可获益，可以很好地理解x-t图像并正确作答。

另外，从历年高考题来看，部分高考试题素材直接来源于教材，逐年贴近中学教学实际。如2020年高考理科综合全国Ⅰ卷第14题，讨论行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体，若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，关于安全气囊在此过程中的作用，这道题就改编自教材中的例题，突出考查学生对核心物理概念和规律的理解与应用。再如2020年高考理科综合全国Ⅲ卷第14题，以课堂演示实验为情境，要求学生判断电源接通瞬间金属圆环的运动方向，考查内容涉及楞次定律等基本知识。这些高考试题突出基础内容，加强对基本物理概念和基本规律的考查，旨在引导教学注重教材、注重基础，夯实物理学习能力[6]。所以，教师一定要带领学生好好研读课本教材。

（2）加强关键能力，促进学科素養

学科核心素养是学科的育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确的价值观念、必备品格和关键能力[7]。物理学科的核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。教学过程中要帮助学生形成物理观念、建立模型、熟练掌握方法，形成关键能力。

（3）精讲重点、难点，精练提高效率

既要关注知识的覆盖面，还要注重各个知识点之间的融会贯通，要加强对知识网络的构建，这样对能力的提升才有帮助。针对基础较好的学生，要将陈题和创新题交替使用，用经典试题巩固经典思路，用创新题拓展思维方法[8]，训练从审题到建模，再到列方程求解的全过程，还可以使用错题和高考真题为主，查漏补缺，提高解题速度。注意问题的发散，即“一题多问”“一题多变”“多题归一”。

（4）重视规范答题，减少意外失分

要重视学生规范答题、分析方法等的习惯训练。高考对物理计算题更加强调推理和解题过程的依据，其目的在于考查学生的思维过程、逻辑推理和文字表达能力。解题的规范化能促使学生在有理有据分析问题的良好习惯中培养严谨求实的科学态度。因此，要利用好每一次单科测试，阅卷尺度从严，对一些个别学生、个别错误甚至做到面批面改，一定要求学生将规范答题落实到位。

参考文献：

[1]廖伯琴.以学生发展为本改进普通高中物理课程——《普通高中物理课程标准（2017年版）》解读[J].人民教育，2018（10）：43-46.

[2]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016，34（02）：1-2.

[3]刘荣华.物理教学中聚焦培养学生核心素养[J].成才，2019（05）：42-43.

[4]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2020.

[5]甄建国.重视物理学习过程 强化科学方法教育[J].物理教学探讨，2017，35（04）：19-20+23.

[6]吴炳光.浅谈核心素养背景下高中物理试题的编制理念——基于2017年高考理综物理试题的特点评析与改编[J].课程教学研究，2017（10）：80-83.

[7]郭玉英，姚建欣，张玉峰.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017：178-179.

[8]汤华.探究高中物理核心素养下学生科学思维能力的培养[J].名师在线，2020（17）：15-16.

（栏目编辑    罗琬华）