任虎虎

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215411)

高中物理微專題復(fù)習(xí)立足于學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過(guò)相關(guān)或相似的物理知識(shí)點(diǎn)提煉而成，使原有認(rèn)知與提煉的問(wèn)題點(diǎn)發(fā)生相互作用，整合相關(guān)的物理概念、規(guī)律、原理、模型和思想方法等，形成一種聯(lián)系緊密、邏輯清晰的微型專題復(fù)習(xí)結(jié)構(gòu)?！拔ｎ}”復(fù)習(xí)具有“因微而準(zhǔn)、因微而細(xì)、因微而深、因微而大”等特征。

1 大概念的內(nèi)涵及基本特征

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》明確指出：要“重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”。

大概念是指在一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中最精華、最有價(jià)值的內(nèi)容，在學(xué)科中發(fā)揮著概念“魔術(shù)貼”或“文件夾”的作用，是在事實(shí)基礎(chǔ)上抽象出來(lái)的深層次的、有意義的、結(jié)構(gòu)化的、可遷移的概念。在教學(xué)實(shí)踐中，大概念通常表現(xiàn)為一個(gè)有用的理論、主題、基本假設(shè)或原則等。

大概念具有抽象性、中心性、意義性、結(jié)構(gòu)性、發(fā)展性和遷移性六大基本特征，這六個(gè)特征相互關(guān)聯(lián)。大概念的獲取路徑包括：以課程標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，以基本問(wèn)題為導(dǎo)引，以高階思維為架構(gòu)。

2 指向大概念的高中物理微專題教學(xué)策略

指向大概念的高中物理微專題教學(xué)是以整合的知識(shí)為內(nèi)容，以微專題為途徑，以大概念發(fā)展為目標(biāo)，以挖掘錯(cuò)誤資源、進(jìn)行變式拓展、注重知識(shí)關(guān)聯(lián)、靈活遷移應(yīng)用為教學(xué)策略促進(jìn)深層次的學(xué)習(xí)。

傳送帶問(wèn)題是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)際應(yīng)用，涉及高中物理“力和運(yùn)動(dòng)”“能量”兩個(gè)大概念，筆者以“傳送帶問(wèn)題”教學(xué)為例，闡述微專題教學(xué)策略及其實(shí)施過(guò)程。

2.1 挖掘錯(cuò)誤資源

學(xué)生呈現(xiàn)出來(lái)的“錯(cuò)誤”或認(rèn)知沖突是實(shí)施教學(xué)最好的“資源”，錯(cuò)誤只是表象，本質(zhì)上它反映了學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不完備。要充分分析學(xué)情，揭示錯(cuò)誤的成因，幫助學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)涵。

教學(xué)案例1：水平傳送帶被廣泛地應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)和火車站,用于對(duì)旅客的行李進(jìn)行安全檢查。如圖1所示為一水平傳送帶裝置示意圖，繃緊的傳送帶AB始終保持v0=2m/s的恒定速率運(yùn)行，一質(zhì)量m=4kg的行李無(wú)初速地放在A處。設(shè)行李與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，AB間的距離L=3.0m，g取10m/s2，求：

圖1

(1) 行李在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

(2) 行李在傳送帶上留下的痕跡長(zhǎng)度。

師：說(shuō)說(shuō)這里的a、v是相對(duì)哪個(gè)參考系的？

生：相對(duì)地面的。

師：那這里求出來(lái)的位移就是相對(duì)地面的，是題中所要求的痕跡長(zhǎng)度嗎？

接下來(lái)可以采用三個(gè)層次不同的學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生深度理解此問(wèn)題。

(1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示定性感知。讓學(xué)生一只手拿一張白紙，另一只手拿一支筆，筆尖壓在白紙上，兩者以相同的速度一起向右水平移動(dòng)。教師提出問(wèn)題：“你觀察到痕跡了嗎？”學(xué)生回答：“沒(méi)有。”教師追問(wèn)：“筆相對(duì)地面有沒(méi)有位移？”

(2) 追問(wèn)促進(jìn)理解痕跡的本質(zhì)。教師繼續(xù)追問(wèn)：“那么你們覺得怎樣才能形成痕跡？”學(xué)生很快意識(shí)到“只有兩者間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才能形成痕跡”，理解痕跡的長(zhǎng)度是兩個(gè)物體的相對(duì)位移。

(3) 通過(guò)v-t圖像來(lái)加深理解。讓學(xué)生畫出傳送帶與木塊的v-t圖像(圖2)。

圖2

師：在v-t圖像中哪部分“面積”表示物塊相對(duì)地面的位移？

生：△OAB的“面積”。

師：哪部分“面積”表示傳送帶相對(duì)地面的位移？

生：矩形OABC的“面積”。

師：相對(duì)位移呢？

生：△OBC的“面積”，與△OAB的“面積”相等。

2.2 進(jìn)行變式拓展

在高三復(fù)習(xí)課中利用變式拓展能使問(wèn)題不斷深化，通過(guò)變條件、變情境、變模型等方法使零散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，達(dá)到以點(diǎn)帶面的效果，實(shí)現(xiàn)“少而精”的目標(biāo)，幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)。

教學(xué)案例2：對(duì)于前面的例子中的第(1)小問(wèn),進(jìn)行變式訓(xùn)練：“若傳送帶的速度為v0=2.2m/s,其他條件不變，求行李在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間?！睂W(xué)生算出來(lái)的結(jié)果為2.46s。

圖3

師：在物塊初速度及與傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定的情況下，怎樣使物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短？

生：物塊一直做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，不出現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。

通過(guò)變式訓(xùn)練和v-t圖像的動(dòng)態(tài)分析使學(xué)生對(duì)物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)不斷深化，從而理解存在“最短時(shí)間”的原因和計(jì)算方法。

2.3 注重知識(shí)關(guān)聯(lián)

在復(fù)習(xí)課中要將已學(xué)知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合，達(dá)到理解和應(yīng)用大概念的目的。傳動(dòng)帶模型不僅僅涉及力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析，還涉及能量問(wèn)題，放在一起研究可充分發(fā)揮微專題的作用。

教學(xué)案例3：如圖4所示，水平傳送帶長(zhǎng)為L(zhǎng)=10m，以v0=3m/s的速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。質(zhì)量為m=1kg的物體以初速度v=2m/s滑上傳送帶的左端，小物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，求在整個(gè)過(guò)程中物體與傳送帶之間產(chǎn)生的熱量是多少？

圖4

相對(duì)滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量Q=FμΔx，其中Δx是相對(duì)位移，即痕跡長(zhǎng)度，這樣就將能量與運(yùn)動(dòng)過(guò)程聯(lián)系了起來(lái)。

小物體先向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，速度減小到0后，再向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直到離開傳送帶，第一個(gè)過(guò)程所產(chǎn)生痕跡長(zhǎng)度Δx1是小物體與傳送帶相對(duì)地面的位移大小之和還是之差呢？

可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性來(lái)說(shuō)明：如兩個(gè)物體A、B同時(shí)從同一地點(diǎn)相向運(yùn)動(dòng)，相對(duì)地面的位移大小分別為x1、x2，此時(shí)相對(duì)位移大小為x1+x2。

對(duì)于第二個(gè)過(guò)程，小物體向左做勻加速運(yùn)動(dòng)的痕跡長(zhǎng)度Δx2很容易算出來(lái)，但是總的痕跡長(zhǎng)度是Δx1+Δx2還是Δx1-Δx2呢？這里依然根據(jù)痕跡的成因，從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)解決：在第一個(gè)過(guò)程小物體相對(duì)傳送帶向右運(yùn)動(dòng)，在第二個(gè)過(guò)程小物體相對(duì)傳送帶仍然向右運(yùn)動(dòng)，總體上小物體相對(duì)傳送帶始終向右運(yùn)動(dòng)，那么總的痕跡長(zhǎng)度就是Δx1+Δx2，代入數(shù)據(jù)就可以算出產(chǎn)生的熱量。

2.4 靈活遷移應(yīng)用

遷移應(yīng)用是理解和揭示大概念的重要策略，大概念能縱向統(tǒng)領(lǐng)學(xué)科內(nèi)核心內(nèi)容，橫向聯(lián)結(jié)學(xué)科間知識(shí)，有助于理解新的、不熟悉的概念，掌握了大概念就能使學(xué)生具備遷移應(yīng)用、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

高中復(fù)習(xí)課的遷移要解決具體實(shí)際問(wèn)題，還要應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和方法解決相近問(wèn)題，即“近遷移”。傳送帶有水平和傾斜兩種模型，很多教師將兩者分開處理，這樣既耗時(shí)又低效。筆者在充分分析水平類問(wèn)題的基礎(chǔ)上，直接將傾斜類問(wèn)題作為遷移的對(duì)象，整合在一起。

教學(xué)案例4：如圖5所示，傳送帶與地面所成的角θ=37°，從A端到B端的長(zhǎng)度為16m，傳送帶以v0=10m/s的速度沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。在傳送帶上端A處無(wú)初速地放置一個(gè)質(zhì)量為0.5kg的物體，它與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，求物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端所需的時(shí)間。

圖5

學(xué)生解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，要進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析。受力分析的關(guān)鍵是滑動(dòng)摩擦力方向的判斷，剛開始物體相對(duì)斜面向上運(yùn)動(dòng)，所以它受到的摩擦力沿斜面向下。當(dāng)物體加速到與傳送帶的速度相同后會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？一些學(xué)生能直接通過(guò)受力判斷，還有一些學(xué)生想到用如圖6所示的v-t圖像來(lái)幫助分析。

圖6

當(dāng)物體和傳送帶速度相等后可能一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，也可能向前繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，但到底是哪一種情況？學(xué)生想到需要判斷物體的重力沿斜面向下的分力是否超過(guò)物體與傳送帶之間的最大靜摩擦力，代入數(shù)據(jù)得到的結(jié)果是：mgsinθ>fmax，即：物體相對(duì)傳送帶沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力的方向沿斜面向上，加速度方向沒(méi)變，大小發(fā)生變化，從而突破了本題的難點(diǎn)。