基于情境创设 立足模型建构 彰显科学思维

摘 要：文章对2022年江苏高考一道物理选择题进行剖析，通过试题解构、模型建构、溯本追源解决问题，领略高考对关键能力的考查，欣赏高考题的魅力和美，引导教师在教学中注重培养学生科学思维，提高学生物理素养以及欣赏物理美的能力.

关键词：情境创设；模型建构；科学思维

中图分类号：G632"" 文献标识码：A"" 文章编号：1008-0333（2024）19-0102-03

高考物理试题对高中物理教学具有极强的示范导向作用.其中，科学思维能力是考查的主要方向之一，注重通过灵活解决问题检验学生科学思维.分析2022年江苏高考一道物理选择题，“情境+建模”成为主要特色，试题设计鲜明，体现“源于教材、高于教材”的命题理念.本文对该题进行剖析，探究通过解构问题、建构模型解决问题，以期对高中物理教学有所启示.

1 试题呈现

（2022·江苏高考）如图1所示，轻质弹簧一端固定，另一端与物块A连接在一起，处于压缩状态，A由静止释放后沿斜面向上运动到最大位移时，立即将物块B轻放在A右侧，A、B由静止开始一起沿斜面向下运动，下滑过程中A、B始终不分离，当A回到初始位置时速度为零，A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度，则（" ）.

A.当上滑到最大位移的一半时，A的加速度方向沿斜面向下

B.A上滑时，弹簧的弹力方向不发生变化

C.下滑时，B对A的压力先减小后增大

D.整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量

图1 斜面A、B物体运动

2 试题解析

2.1 试题命制思路与特点

（1）突出价值导向，注重考查核心素养，注重解决真实问题，为考生搭建展示能力与素养的平台.

（2）突出建模思想，试题通过情境设置，将“简谐运动、力的分配协议”等高中重要模型融为一体.

（3）渗透科学思维，高效解决问题需要对题目进行科学分析、问题解构，以期在头脑中建构准确的物理图景.

试题旨在考查学生解构问题、建构图景、灵活解决问题的能力.

2.2 试题解构

（1）A、B由静止开始一起沿斜面向下运动，下滑过程中A、B始终不分离.说明弹簧全程被压缩，选项B正确.

（2）A单独上滑的过程等效于简谐运动，故上滑到最大位移一半的位置为平衡位置，加速度为0.选项A错误.

（3）A、B下滑过程中，由于与斜面的动摩擦因数相同，如果没有弹簧，A、B之间没有作用力.A、B之间作用力来源于弹簧对A的弹力.满足力的分配协议，有FA对B=mBmA+mB·F弹，选项C错误.

（4）根据动能定理，由于始末速度为0，A、B系统克服摩擦力做的功等于B的重力势能的减少量，选项D错误.

A、C选项的设置使试题的难度及品质明显提升.究其实质，能否通过题干判别物体A沿斜面上升的全过程中，弹簧皆处于压缩状态是解决问题的前提，识别、建构简谐运动与满足力的分配协议是成功的关键.

运用常规解法，在高考有限时长中，几乎是不可能完成的任务，但如果对问题解构，进行模型建构，则问题解决简洁明了，这正是高考题的魅力与迷人之处.

3 溯本追源

3.1 简谐运动

人教版高中物理选择性必修一第二章第3节“简谐运动的回复力和能量”中指出：物体做简谐运动的动力学表达式为F=-kx.

在课后“做一做”中，设置问题情境.

解析 令向下为“+”，小球静止时，mg=kh.将小球在弹簧弹性限度内向下拉离平衡位置x，松开手，分析小球受力有F=-k（x+h）+mg=-kx，故小球将做简谐运动，式中k是弹簧的劲度系数.

拓展1 如图2，如果轻弹簧一端固定置于光滑斜面上端，另一端系住小球且处于平衡状态，在弹簧弹性限度内将小球沿斜面向下拉开一段距离，松开手，小球将做简谐运动[1].图2 斜面弹簧振子

拓展2 如果轻弹簧一端固定置于粗糙程度相同的斜面上端，另一端系住小球且处于平衡状态，现在在弹簧弹性限度内将小球沿斜面向下拉开一段距离，松开手，在小球上行的过程中，小球运动为简谐运动的单向部分.

3.2 力的分配协议

物理原型：如图3，质量分别为mA、mB的A、B两物块用轻线连接，放在倾角为θ的斜面上，用始终平行于斜面向上的拉力F拉A，使它们沿斜面匀加速上升，A、B与斜面间的动摩擦因数均为μ.试分析轻线上的张力[2].

解析 令轻线的张力为FT，对A、B整体分析：F-（mA+mB）gsinθ-μ（mA+mB）gcosθ

=（mA+mB）a

得：a=F（mA+mB）-gsinθ-μgcosθ

分析B：FT-mBgsinθ-μmBgcosθ=mBa

得：FT=mBmA+mB·F.可知FT大小与θ、μ无关，mB越大，mA越小，FT越大.

此“协议”与有无摩擦无关（若有摩擦，两物体与接触面的动摩擦因数必须相同）；与有无斜面倾角无关；与两物体间有无连接物、何种连接物（轻绳、轻杆、轻弹簧）无关.

4 培基固本

4.1 简谐运动

如图4，粗细均匀的一条木筷，下端绕几圈铁丝，竖直浮在较大的筒中.把木筷往上提起一段距离后放手，木筷在水中上下振动，试证明其是否为简谐振动.图4 竖直浮在水中的木筷

解析 令水的密度ρ，木筷的横截面积为S，静止时浸入水中深度为h0，则mg=ρgSh0.

设木筷离开平衡位置位移为x，方向竖直向下，此时木筷受合力为F=mg-ρgS（h0+x）=-kx.

故：木筷在水中上下做简谐振动，且k=ρgS（由木筷本身和液体共同决定）.

4.2 力的分配协议

如图5，F1与F2分别作用在水平放置的1、2两物体上且方向相反，如果F1gt;F2且整体向左加速运动，试分析1、2两个物体之间的作用力大小.

解析 （1）如果地面光滑，整体分析有a=

F1-F2m1+m2，方向向左；

分析2物体有a=T-F2m2，解得T=m2F1+m1F2（m1+m2）.

（2）如果地面粗糙且动摩擦因数为μ，整体分析有

a=F1-F2-μ（m1+m2）g（m1+m2），

分析2物体有，

a=T-F2-μm2gm2，

解得T=m2F1+m1F2（m1+m2）.

5 教学启示

来源于“真实”的高考题注重考查学生解决问题的能力，而问题解构、模型建构与应用，则是解决问题的必由之路.这启示我们在物理教学中，应重视模型建构教学、重视教材和重视解构问题.

5.1 重视模型建构教学

“厚积而薄发”，学生欲提升解决问题的能力，顺利通过物理高考，在平常的教与学过程中，要注重模型建构.教师为学生提供真实、鲜活的原始问题，继而有针对性地引导学生对问题简化、纯化，建构模型，寻找复杂事物后面隐藏的简洁的物理规律.

5.2 以本为本，重视教材

高考试题命制遵循“源于教材、高于教材、理在教材”的原则，因此，教学中应立足教材，充分运用教材资源，一定要回归课本，做到章节过关、知识点过关，重视课本中的例题与课后问题与练习，注意解题规范，应反复研读课本，加深对概念、规律的理解、掌握及应用.

5.3 认真读题，解构问题

基于情境命制的物理试题，过程看似复杂，其实可以解构为若干单对象、单过程事件，将“复杂问题简单化”，实现“文字叙述——物理事件——数理解决”方向的转化.

6 结束语

物理是鲜活与美的！纷繁复杂的物理现象后面隐藏着简洁的物理规律，对问题认识越深刻，得到的规律越简洁.

作为教师，我们应该基于对“物理”的透彻理解，以更高的站位、更广的视域研究问题，通过解构问题、模型建构、数图结合简洁解决问题.

参考文献：

［1］ 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：物理选择性必修第一册［M］.北京：人民教育出版社，2020：42-45.

[2] 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：物理选择性必修第一册［M］.北京：人民教育出版社，2020：101-102.

［责任编辑：李 璟］