洪勇輝

摘? ?要：在習(xí)題教學(xué)中，往往會(huì)遇到許多瓶頸，教師通過(guò)構(gòu)建具體的物理情境，將物理問(wèn)題融于情境中，既可以有效幫助學(xué)生突破瓶頸點(diǎn)，又能在問(wèn)題分析過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，并能不斷提出新的問(wèn)題，保持學(xué)生的好奇心和求知欲，提升其核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：情境;習(xí)題教學(xué);突破瓶頸;人造衛(wèi)星

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）4-0005-4

1? ? 習(xí)題教學(xué)現(xiàn)狀

在高三的復(fù)習(xí)中，習(xí)題教學(xué)占據(jù)了主要基調(diào)，但是在普通高中往往會(huì)聽(tīng)到學(xué)生說(shuō)“老師上課講的我都聽(tīng)得懂，但是自己做題的時(shí)候往往就會(huì)很懵”，經(jīng)常以“不苦不累，高三無(wú)味”來(lái)麻痹自己，以“辛苦三年，幸福一生”來(lái)激勵(lì)自己。而老師們則恨不得在最短的時(shí)間內(nèi)把畢生所學(xué)全部教給學(xué)生，一節(jié)課能講多少就講多少?？荚囍皯c幸所考的題型基本上都講過(guò)，但考后往往發(fā)出感慨“這種題型我都講過(guò)很多遍了，怎么還是錯(cuò)這么多？”“感覺(jué)好像沒(méi)上過(guò)課一樣，會(huì)的還是會(huì)，不會(huì)的還是不會(huì)?！边@就暴露了目前我們的高三習(xí)題教學(xué)總體上效率不高，學(xué)生普遍存在沒(méi)有突破解題思維和方法的瓶頸，為了考試而被動(dòng)學(xué)習(xí)，難以發(fā)揮習(xí)題教學(xué)應(yīng)有的教學(xué)功能。

2? ? 習(xí)題教學(xué)思考

興趣是推動(dòng)學(xué)習(xí)最實(shí)際、最有效、最持久的內(nèi)部動(dòng)力，我們的習(xí)題教學(xué)應(yīng)適當(dāng)降低起點(diǎn)、生動(dòng)有趣，通過(guò)老師創(chuàng)設(shè)情境，將所要復(fù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)、方法融于簡(jiǎn)單具體的情境中，從情境中發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題，突破認(rèn)知上的瓶頸，引導(dǎo)學(xué)生在一系列由易到難的問(wèn)題解決中復(fù)習(xí)相應(yīng)的物理知識(shí)、發(fā)展科學(xué)思維能力，并收獲成就感，還能不斷提出新的問(wèn)題，保持學(xué)生的好奇心和求知欲，提升其核心素養(yǎng)，讓不同程度的學(xué)生都有所收獲，實(shí)現(xiàn)物理課堂應(yīng)有的教育價(jià)值。

3? ? 實(shí)踐探索

基于以上的思考，再加上班級(jí)學(xué)生在平時(shí)的課堂討論中暢所欲言，師生、同學(xué)之間的關(guān)系融洽，在“人造衛(wèi)星”的復(fù)習(xí)課中，筆者做了一些嘗試。

3.1? ? 構(gòu)建情境，復(fù)習(xí)回顧

在這個(gè)環(huán)節(jié)里，主要是通過(guò)教師構(gòu)建情境調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，復(fù)習(xí)回顧圓周運(yùn)動(dòng)、人造衛(wèi)星的基本知識(shí)，避免單一的公式羅列導(dǎo)致課堂枯燥乏味。

情境：（動(dòng)畫(huà)展示）寒假期間，王楠同學(xué)（物理科代表）跟隨父母出國(guó)旅游。某天夜里，王楠同學(xué)在馬爾代夫一個(gè)酒店的陽(yáng)臺(tái)（恰好位于赤道線(xiàn)上），仰望星空，不禁發(fā)出感慨“坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河?！?/p>

問(wèn)題1：如果把王楠同學(xué)視為質(zhì)點(diǎn)，試著分析他的受力情況。

通過(guò)提問(wèn)，發(fā)現(xiàn)有一部分學(xué)生認(rèn)為王楠同學(xué)受重力和支持力，二力平衡。隨即便有部分學(xué)生提出，應(yīng)該是受地球引力和地面的支持力，二力的合力提供向心力（如圖1）， ，因?yàn)橥蹰瑢W(xué)隨著地球自轉(zhuǎn)（“坐地日行八萬(wàn)里”），近似為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，支持力的大小等于重力的大小，N=mg。又因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)角速度非常小，王楠同學(xué)所需向心力相對(duì)于重力可以忽略不計(jì)，所以萬(wàn)有引力大小近似等于重力大小。部分學(xué)生的“典型錯(cuò)解”容易引起學(xué)生共鳴，引發(fā)思維沖突，通過(guò)問(wèn)題1的分析把萬(wàn)有引力、重力、支持力三者的區(qū)別和聯(lián)系分析得十分到位，有助于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

問(wèn)題2：如果地球自轉(zhuǎn)加快，以上四力會(huì)如何變化？

問(wèn)題3：當(dāng)王楠同學(xué)的線(xiàn)速度達(dá)到多大時(shí)，他恰好飄起來(lái)？

通過(guò)對(duì)問(wèn)題2、3的分析，計(jì)算得到第一宇宙速度v1=7.9 km/s，而后教師順勢(shì)補(bǔ)充我國(guó)地處北半球，如果要發(fā)射赤道軌道衛(wèi)星，運(yùn)載火箭要朝東南方向發(fā)射，這樣就能夠利用地球自西向東自轉(zhuǎn)的速度，節(jié)約火箭燃料。理論聯(lián)系實(shí)際，滲透節(jié)能環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。

問(wèn)題4：我們讓王楠同學(xué)繼續(xù)躺在陽(yáng)臺(tái)上欣賞夜空。接下來(lái)分析我國(guó)發(fā)射的衛(wèi)星，當(dāng)v1=7.9 km/s時(shí)，衛(wèi)星靠近地球表面繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為近地衛(wèi)星。①若v'1>7.9 km/s時(shí)，衛(wèi)星將如何運(yùn)動(dòng)？（離心運(yùn)動(dòng)，軌跡為橢圓）②（如圖2）衛(wèi)星從A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)再返回的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)不再工作，試分析速度vc、所受引力FC、引力FC做功WC、引力勢(shì)能EP、動(dòng)能EK、總體機(jī)械能E的變化。

通過(guò)對(duì)問(wèn)題4的分析，既復(fù)習(xí)回顧了衛(wèi)星在橢圓軌道上動(dòng)力學(xué)、能量的變化，又培養(yǎng)了學(xué)生從多角度分析問(wèn)題的科學(xué)思維能力。

3.2? ? 逐步深入，拓展思維

問(wèn)題5：在A點(diǎn)的速度越大，離心現(xiàn)象將越明顯（如圖3中橢圓軌道4），衛(wèi)星的橢圓軌跡將更大，當(dāng)v2達(dá)到多大時(shí)，衛(wèi)星將擺脫地球的引力？提示：若以無(wú)窮遠(yuǎn)處為零勢(shì)能點(diǎn)，萬(wàn)有引力常量為G，地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星距離地心為r，則衛(wèi)星的引力勢(shì)能Ep=-G■（r≥R）。

本問(wèn)題多數(shù)學(xué)生從機(jī)械能守恒角度定量計(jì)算得出結(jié)果，同時(shí)復(fù)習(xí)第二宇宙速度。在學(xué)生給出答案后，教師還可以拓展從功和能的關(guān)系來(lái)分析，若把衛(wèi)星從地球表面移動(dòng)到無(wú)窮遠(yuǎn)處，引力對(duì)它所做的功應(yīng)為：

在復(fù)習(xí)課中，除了回顧相應(yīng)的知識(shí)外，還要適當(dāng)提高，拓展思路，培養(yǎng)學(xué)生多角度構(gòu)建物理模型的意識(shí)，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)處理物理問(wèn)題，處理的問(wèn)題越高深，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)也會(huì)越多。還可以進(jìn)一步拓展，讓學(xué)生課后試著推導(dǎo)第三宇宙速度。

3.3? ? 多種軌道對(duì)比，深入學(xué)習(xí)

問(wèn)題6：假如B點(diǎn)剛好是同步軌道的高度，我們?cè)贐點(diǎn)讓衛(wèi)星瞬間加速進(jìn)入同步圓軌道4（如圖4），試比較：

（1）王楠同學(xué)隨地球運(yùn)轉(zhuǎn)周期T1，近地衛(wèi)星周期T2，橢圓軌道衛(wèi)星周期T3，同步衛(wèi)星周期T4;

（2）王楠同學(xué)隨地球運(yùn)轉(zhuǎn)速率v1，近地衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速率v2，橢圓軌道衛(wèi)星在A點(diǎn)速率vA、在B點(diǎn)速率vB，同步衛(wèi)星速率v4;

（3）王楠同學(xué)隨地球運(yùn)轉(zhuǎn)向心加速度a1，近地衛(wèi)星向心加速度a2，同步衛(wèi)星向心加速度a4;

（4）衛(wèi)星在近地軌道時(shí)過(guò)A點(diǎn)的加速度a2，在橢圓軌道時(shí)過(guò)A點(diǎn)的加速度aA;

（5）若衛(wèi)星質(zhì)量相同，比較衛(wèi)星在不同軌道上所具有的機(jī)械能的大小;

（6）已知T1、T2，①若此時(shí)王楠同學(xué)抬頭正好看見(jiàn)近地衛(wèi)星經(jīng)過(guò)他正上方，則過(guò)多少時(shí)間該衛(wèi)星再次經(jīng)過(guò)他正上方？②過(guò)多少時(shí)間，該衛(wèi)星離他最遠(yuǎn)？③若衛(wèi)星運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反？相距最近、最遠(yuǎn)又該如何列式？

在這個(gè)環(huán)節(jié)，課堂上采用逐一給出各個(gè)小問(wèn)題，分析、講解與練習(xí)相結(jié)合，比如第（1）（2）問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生分析各軌道之間的相同點(diǎn)和不同之處，培養(yǎng)學(xué)生更進(jìn)一步從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的科學(xué)思維能力，而不是簡(jiǎn)單地套用公式。通過(guò)第（1）（2）問(wèn)的訓(xùn)練，學(xué)生很容易得出第（3）問(wèn)的答案。第（4）問(wèn)關(guān)鍵是區(qū)分需要的向心加速度和實(shí)際的加速度，通過(guò)第（4）問(wèn)很好地區(qū)分了圓周運(yùn)動(dòng)中的“供”“需”關(guān)系導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)形式的改變，加深對(duì)這部分內(nèi)容的理解。第（5）問(wèn)通過(guò)不同軌道的對(duì)比，讓學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)到雖然低軌道運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)能大，但是把衛(wèi)星送上更高的軌道則需要對(duì)衛(wèi)星做更多功，衛(wèi)星的機(jī)械能也更大，而且過(guò)程更加復(fù)雜，所以發(fā)射高軌道衛(wèi)星難度更大。隨后教師補(bǔ)充：（動(dòng)畫(huà)展示）衛(wèi)星的回收剛好是衛(wèi)星發(fā)射的逆過(guò)程，提出飛船與空間站對(duì)接原理，以達(dá)到多題歸一、歸納整合的效果。在第（6）問(wèn)中，有個(gè)學(xué)生的回答非常精彩，他用田徑場(chǎng)上兩個(gè)跑道速度不同的運(yùn)動(dòng)員來(lái)類(lèi)比，情境熟悉，模型建構(gòu)清楚，體現(xiàn)了較高的分析綜合能力，從另一方面也體現(xiàn)了物理問(wèn)題設(shè)計(jì)情境化已經(jīng)潛移默化地影響了學(xué)生的思維。問(wèn)題6幾乎包含了人造衛(wèi)星大部分相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和方法，有益于學(xué)生知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和思維網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

課后有學(xué)生提出，真實(shí)情況下衛(wèi)星是無(wú)法瞬間加速達(dá)到預(yù)期的速度，那么現(xiàn)實(shí)生活中衛(wèi)星變軌又是如何實(shí)現(xiàn)、如何控制的呢？這個(gè)問(wèn)題的提出恰好體現(xiàn)了本節(jié)設(shè)計(jì)的一個(gè)目的，保持好奇心和求知欲，這樣才能不斷激勵(lì)自己去探索未知的世界。但是，由于高中的知識(shí)有限，有些問(wèn)題還無(wú)法解答，學(xué)生可以期待在大學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

3.4? ? 對(duì)接高考，創(chuàng)新思路

問(wèn)題7：在所有衛(wèi)星中地球同步衛(wèi)星是我們最熟悉的衛(wèi)星，它有固定的軌道（軌道半徑大約是地球半徑的6.6倍）、周期、運(yùn)行方向，（如圖5）根據(jù)幾何知識(shí)知道至少需要3顆同步衛(wèi)星才可以實(shí)現(xiàn)赤道上任意兩點(diǎn)間的通訊，假設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期變小，若仍?xún)H用3顆同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為多少小時(shí)？（2016年全國(guó)高考Ⅰ卷的第17題）

這個(gè)環(huán)節(jié)是本節(jié)最難的部分。為了降低難度，在上課時(shí)筆者補(bǔ)充了圖6。部分學(xué)生能夠分析出地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星高度必須降低，最低的時(shí)候應(yīng)該是地球成為三顆衛(wèi)星連線(xiàn)的內(nèi)切圓，算出此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑，根據(jù)開(kāi)普勒第三定律就可以求解。就是考試不能用計(jì)算器，不知道怎么求？在這點(diǎn)上有部分老師認(rèn)為是數(shù)學(xué)運(yùn)算的問(wèn)題，物理課可以不講。筆者認(rèn)為不妥，數(shù)學(xué)估算能力也是考試說(shuō)明要求的能力之一，我們應(yīng)該在教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的估算能力，而這點(diǎn)在很多的教輔資料里并沒(méi)有體現(xiàn)。以下是筆者在課堂上的做法。

分析完高考題后，還可以把平面拓展到立體空間，進(jìn)一步拓展知識(shí)面。例如：

①3顆同步衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)全球通訊嗎？要實(shí)現(xiàn)全球的覆蓋，可以怎么做？

②衛(wèi)星在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，比如導(dǎo)航（利用視頻介紹我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)所取得的成就，增強(qiáng)民族自豪感），首先要定位，衛(wèi)星是如何定位的？至少需要幾顆衛(wèi)星？（這個(gè)涉及到參考系的選擇、立體空間點(diǎn)的確定以及電磁波信號(hào)傳輸）

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

在本節(jié)復(fù)習(xí)課中，拋棄了以往先羅列復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)后歸類(lèi)逐一訓(xùn)練過(guò)關(guān)的教學(xué)方法，將知識(shí)點(diǎn)、方法融于具體情境中，把課堂還給學(xué)生，逐步深入，在復(fù)習(xí)中滲透科學(xué)思維的培養(yǎng)、民族自豪感的激發(fā)，最終根據(jù)思維導(dǎo)圖理論將知識(shí)點(diǎn)、方法歸納在圖形中，既避免了課堂枯燥乏味，又有助于學(xué)生在深度學(xué)習(xí)中提升核心素養(yǎng)，在解決問(wèn)題的思維上逐步突破瓶頸點(diǎn)。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐這是成功的，這點(diǎn)從學(xué)生課堂的積極表現(xiàn)以及作業(yè)的反饋可以看出來(lái)。

我們的學(xué)科核心素養(yǎng)就像是人體所必須的營(yíng)養(yǎng)成分，而老師就是大廚，主要任務(wù)就是要根據(jù)需要不斷改進(jìn)教學(xué)方法做好“大餐”，讓學(xué)生“吃”得好、消化吸收得好，“吃”完了還想再“吃”，保持學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)課堂效益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳永葆.思維導(dǎo)圖在初中電學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，45（2）：59.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）

收稿日期：2018-11-29

基金項(xiàng)目：本文為福建省中學(xué)物理教學(xué)帶頭人培養(yǎng)工程專(zhuān)項(xiàng)課題“高中物理習(xí)題教學(xué)瓶頸及突破策略”（編號(hào)：WLDTRKT201709）的研究成果。

作者簡(jiǎn)介：洪勇輝（1980-），男，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作，曾獲石獅市中學(xué)教師教學(xué)技能比賽一等獎(jiǎng)。