构建物理模型 落实学科核心素养——以2021年福建高考物理压轴题为例

朱联星

（晋江市季延中学，福建晋江 362216）

2021年福建省高考物理是“学考和选考”实行改革后的第一次命题，物理学科选考坚持福建省高考改革方向和高校人才选拔要求的基础上平稳过渡，确保新选考的平稳实施.最后一题第15 题的压轴题，集中考查了学生模型建构和科学推理等物理核心素养，充分体现了普通高中物理课程教育改革的新理念.［1］引导高中物理教师教学中要从物理核心素养的角度来培养学生的基本物理观念和提升建构物理模型的能力.本题设立3 个小题，并具有一定梯度，以提高试卷对考生的区分度，有利于一流高校选拔拔尖新生.下面对第15题进行分析并提出相应的教学策略，以期为高三的复习提供借鉴.

1 试题分析

1.1 原题呈现

例题.如图1，同一竖直平面内A、B、M、N4点距O点距离均为，O为水平连线AB的中点，M、N在AB连线的中垂线上.A、B两点分别固定有一点电荷，电荷量均为Q（Q＞0）.以O为原点，竖直向下为正方向建立x轴.若取无穷远处为电势零点，则ON上的电势φ随位置x的变化关系如图2所示.一电荷量为Q（Q＞0）的小球S1以一定初动能从M点竖直下落，一段时间后经过N点，其在ON段运动的加速度大小a随位置x的变化关系如图3所示.图中g为重力加速度大小，k为静电力常量.

图1

图2

图3

（1）求小球S1在M点所受电场力大小.

（3）现将S2固定在N点，为保证S1能运动到N点与之相碰，S1从M点下落时的初动能须满足什么条件？［2］

1.2 命题意图

本题以带电小球在两个等量同种点电荷形成的电场中沿竖直方向做变速运动为背景，通过φ x图像和a x图像隐含关键信息，试题设置的创新性，加大试卷的难度、区分度、信度和效度.考查内容涉及库仑定律、力的合成和分解、牛顿运动定律、动能和动能定理、动量和动量守恒定律、弹性碰撞、能量守恒定律、等量同种电荷的场强、电势等主干知识，能综合应用上述知识解决实际问题以达到学业质量标准中物理观念的4 级水平.要求考生深刻理解所描述的物理情境，并根据图像获取有效信息，在此基础上利用对称思想深入分析带电小球的运动过程，侧重考查等量同种电荷和弹性碰撞模型建构、推理分析论证及创新能力，要求达到学业质量标准中科学思维的4 级水平.［3］本题能很好地服务于一流高校选拔拔尖人才和引导高中物理教学.

1.3 试题分析

第（1）小题较为基础，要求考生只要掌握库仑定律和力的合成等基本知识即可求解.第（2）小题涉及两质量相等小球的弹性碰撞，要求考生利用动量守恒和能量守恒定律得到两球速度交换的结论.为求解碰撞前小球S2的动量大小，还需从图3中获取有效信息求出小球的质量.这是本小题的难点.第（3）小题要求考生利用对称思想，从图像中分析出小球S1运动到N点时的速度必须大于零，然后通过动能定理即可顺利求解.

1.4 错因分析

可见考生由于对核心物理概念理解不深刻，基本物理规律掌握不扎实，第（1）小题考查基础知识，有的考生一看到压轴题就产生恐惧心理直接放弃求解，实属可惜.要求考生根据自己的能力科学地定位，力争取得最佳成绩.考生缺乏抽象建构出正确的等量同种电荷和弹性碰撞构物理模型，造成情境化试题无法获得理想的分数.

考生信息获取能力不足，图像阅读能力薄弱，无法准确获取φ x、a x图像中的关键信息，直接影响进一步的作答，造成较严重的失分.

2 教学策略

2.1 加强创设学科素养的问题情境教学，提高模型建构能力

亚里斯多德曾说过：“思维始于疑问与惊奇，问题启动于思维”.物理教学应努力创设能够激发学生好奇心，能够促使学生积极顺应的物理情境，使物理课堂更具趣味性，让学生感受物理学的美妙，进而形成终身学习的意愿，促进终身发展所需的必备品格与关键能力的养成，体现物理学科教育在立德树人中的作用.［4］基于社会活动和真实的生活实践情境设置的物理问题，是高考物理命题的热点，是物理学科应用性考查的重要路径.物理情境化试题将物理概念，规律等知识与真实问题情境有机融合，以考查考生对物理概念，规律等知识理解与应用能力、是理论与实际相联系的试题.在物理教学中强化知识与真实情境的关联，可以让物理学习过程变得生动而有意义.物理试题的情境材料来源广泛，既关注身边生活生产实践，也关注最新科技发展成果和物理史上科学家的科学研究方法等.从而体现物理学科广泛应用性的角度，物理教师要关注物理科技的前沿信息和物理史上科学家的科学研究方法，挖掘生活生产实践、最新科研成果中能体现社会价值和物理学科价值的信息，并将其融合到物理教学实践中，从而拓宽学生的学习视野，让物理走向生活，引导学生注重学以致用，将物理知识与真实情境进行有效关联，以提高学生对物理学科的兴趣，激发学生的学习积极性，达到提高学生物理模型构建的目的，在真实问题的解决中促进物理学科核心素养的达成.

2.2 加强多方位、多角度、多层次的审题训练，提高信息获取能力

读题审题贯穿于整个学习过程的环节，是综合获取信息、分析信息、和处理信息的重要过程，也是解决问题的基础和先导，加强审题训练的核心、在于训练学生通过阅读题目的文字叙述、图像从中获取关键信息，并与所掌握的物理知识建立联系，为构建物理模型或推理论证提供基础.仔细阅读及相关的图示教学中，除加深对物理必备知识的理解之外，还可以从以下3 个方面对学生加强审题训练：（1）加强审题示范指导，示范是学习的一种主要方式，在解题以及解决问题的教学中，教师不仅要进行解题过程的表达示范、更要注重读题审题的过程示范.①教师通过示范分析关键词语、挖掘隐含条件、排除干扰因素后，对题目便有清晰的全面认识过程.看清关键词，如“缓慢”、“匀速”、“足够长”、“至多”、“至少”、“刚好”、“最大”、“最小”、“物体与弹簧”是连接或接触、接触面“是粗糙或光滑”等；挖掘出题目中关键词语隐含的条件，如：“刚好不分离”隐含两物体仍然接触，弹力为0，且加速度和速度分别相等；“刚好不相撞”隐含物体最终速度相等或者接触时速度相等；最后确定研究对象、提取有效信息、构建物理模型及要解决的核心问题.②展示教师审题的思维过程：过程分解，注意利用过程衔接点的联系；对象拆分，选取研究对象和寻找相互联系；情境图示，形象直观地展现物理过程，把抽象思维转化为形象思维，将复杂题目化难为易；模型提炼，将实际问题转化为理想化的物理模型，然后运用物理、数学知识求解.以达到开拓学生思维的广度和深度、培养学生对关键信息的敏感度，为学生审题能力的形成打下坚实的基础.（2）提供给学生自主命题的机会，激起学生变“要我学”为“我要学”，变“教师考学生”为“学生考学生”.同时学生既是评价者又是被评价者，做到集思广益.在这一学习过程提高了学生的阅读理解能力和审题能力.学生命题的过程是一个积极思考、物理模型构建的深度学习过程，学生不但能知其然，而且能知其所以然，培养学生的物理学科的核心素养.（3）提供“说题”交流机会，让学生“动”起来.激发学生自主学习意识，将课堂还给学生.说说自己命题的意图，展示自己的思维过程；鼓励不同学业水平的学生进行省、市质检试题和高考试题的“说题”，说对题目的解读、说所考查的知识、关键的信息及存在的“陷阱”等.通过学生“说题”，突显学生思维过程，掌握学生学习动态，发现存在的思维障碍，进而可进行更有效的教学，让学生真正成为课堂的主人.