蔡紫蓮 耿建

摘 要：?jiǎn)栴}解決中，良好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)至少存在這樣三個(gè)表現(xiàn)特征：能準(zhǔn)確地界定問(wèn)題所屬領(lǐng)域，能結(jié)合問(wèn)題特征聯(lián)想適切的物理概念，能在問(wèn)題分析過(guò)程中能動(dòng)地選擇規(guī)律和方法。日常教學(xué)中，可引導(dǎo)學(xué)生厘清問(wèn)題領(lǐng)域，扎實(shí)物理觀念基礎(chǔ);澄清概念緣起，形成正確的物理觀念;明晰規(guī)律條件，彌補(bǔ)科學(xué)思維的缺失。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}解決;物理學(xué)科核心素養(yǎng);問(wèn)題領(lǐng)域;概念緣起;規(guī)律條件

一、問(wèn)題解決過(guò)程中暴露出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)缺失

在高三年級(jí)一次習(xí)題教學(xué)中，學(xué)生在問(wèn)題（主要涉及習(xí)題1、2）解決過(guò)程中出現(xiàn)了一些值得關(guān)注的表現(xiàn)。

習(xí)題1?? 如圖1所示，人站在自動(dòng)扶梯上不動(dòng)，隨扶梯向上勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是 （? ）

A. 人所受的合力對(duì)人做正功

B. 重力對(duì)人做負(fù)功

C. 扶梯對(duì)人做的功等于人增加的重力勢(shì)能

D. 摩擦力對(duì)人做的功等于人機(jī)械能的變化

習(xí)題2?? （多選）如下頁(yè)圖2所示，輕質(zhì)彈簧的左端固定，并處于自然狀態(tài)。小物塊的質(zhì)量為m，從A點(diǎn)向左沿水平地面運(yùn)動(dòng)，壓縮彈簧后被彈回，運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)恰好靜止。物塊向左運(yùn)動(dòng)的最大距離為s，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，彈簧未超出彈性限度。在上述過(guò)程中 （? ）

A. 彈簧的最大彈力為μmg

B. 物塊克服摩擦力做的功為2μmgs

C. 彈簧的最大彈性勢(shì)能為μmgs

D. 物塊在A點(diǎn)的初速度為 2μgs

習(xí)題1講解結(jié)束后，教師提問(wèn)：若自動(dòng)扶梯向上勻加速運(yùn)動(dòng)，扶梯對(duì)人做的功對(duì)應(yīng)的是什么能量的變化？有學(xué)生提出這樣的疑問(wèn)：“為什么改為‘勻加速后，扶梯對(duì)人做的功等于人增加的機(jī)械能而不是重力勢(shì)能？我不懂的是，人和扶梯組成的系統(tǒng)應(yīng)該是能量守恒的？人只受三個(gè)力，那其中兩個(gè)力的變化不就等于第三個(gè)力的變化嗎？”

在習(xí)題2的解決中，有學(xué)生這樣分析選項(xiàng)的合理性：對(duì)選項(xiàng)A，當(dāng)物塊速度最大時(shí)，彈簧彈力最大……對(duì)選項(xiàng)B，可以根據(jù)動(dòng)能定理計(jì)算摩擦力做功……

可以看出，即使是高三的學(xué)生，還存在明顯的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。在剖析學(xué)生的錯(cuò)誤原因時(shí)，如果僅僅就事論事，糾正學(xué)生的個(gè)性化錯(cuò)誤，只能是“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”。只有針對(duì)學(xué)生在“這個(gè)”問(wèn)題中的表現(xiàn)，從更上位的視角分析，才能立足細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)缺失問(wèn)題。

學(xué)生關(guān)于習(xí)題1變式的疑問(wèn)，表明其掌握了功、能量、功能的關(guān)系以及守恒等概念

、規(guī)律（這些是物理觀念的組成部分），但在具體的問(wèn)題解決中，出現(xiàn)了概念、規(guī)律與問(wèn)題不匹配的情況：對(duì)功和能量的關(guān)系不清楚，認(rèn)識(shí)不到人的機(jī)械能變化的原因（和外力做功的關(guān)系）;對(duì)機(jī)械能守恒的條件不清楚，忽略了人和扶梯組成的系統(tǒng)還受到電動(dòng)機(jī)的牽引力;對(duì)守恒的觀念沒(méi)有理解，錯(cuò)誤地認(rèn)為還存在力的守恒關(guān)系?？梢哉f(shuō)，學(xué)生并沒(méi)有形成正確的物理觀念。

學(xué)生在分析習(xí)題2時(shí)，沒(méi)有就事論事地分析，僅依據(jù)記住的一些結(jié)論和模型展開(kāi)推理，而分析思路與實(shí)際問(wèn)題并不兼容：選項(xiàng)A中，彈簧彈力最大的時(shí)刻即為彈簧形變量最大的時(shí)刻，應(yīng)該是物體速度減為零的時(shí)刻，而不是物體速度最大的時(shí)刻;選項(xiàng)B中，物體克服摩擦力做的功，應(yīng)該根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程進(jìn)行分析，即從A點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)再返回A點(diǎn)的過(guò)程中，摩擦力大小不變，直接根據(jù)摩擦力做功的特點(diǎn)就可以分析求解，而不必借助于動(dòng)能定理。這反映出學(xué)生的科學(xué)思維有待進(jìn)一步的提升。

二、如何在問(wèn)題解決中提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)

問(wèn)題解決中，良好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)至少存在這樣三種表現(xiàn)特征：一是能準(zhǔn)確地界定問(wèn)題所屬領(lǐng)域，簡(jiǎn)言之“認(rèn)識(shí)（這個(gè)）一些現(xiàn)象”;二是能結(jié)合問(wèn)題特征聯(lián)想適切的物理概念，簡(jiǎn)言之“想起（一個(gè)）一些概念”;三是能在問(wèn)題分析過(guò)程中能動(dòng)地選擇規(guī)律和方法，簡(jiǎn)言之“運(yùn)用（一種）一些方法”。因而，日常教學(xué)中，可從以下三個(gè)方面入手，著力提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）厘清問(wèn)題的領(lǐng)域，扎實(shí)物理觀念基礎(chǔ)

每個(gè)問(wèn)題都有其所屬領(lǐng)域，這種領(lǐng)域主要是以涉及的知識(shí)進(jìn)行分類的。高中物理大的知識(shí)類別有力（運(yùn)動(dòng)）、熱、光、電（磁）、原（近代物理），每個(gè)大的類別又可以進(jìn)一步細(xì)化。如運(yùn)動(dòng)可以分為直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)還可以再分為勻變速曲線運(yùn)動(dòng)和非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)等。只有準(zhǔn)確地將問(wèn)題歸類，才能進(jìn)一步地分析、判斷。

比如，對(duì)圖3所示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中僅受磁場(chǎng)力作用的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，有學(xué)生會(huì)將該粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡當(dāng)作拋物線來(lái)處理。再如，對(duì)圖4所示的光譜，有學(xué)生會(huì)認(rèn)為是光的干涉圖樣。這些都是混淆了問(wèn)題的領(lǐng)域?qū)е碌摹?/p>

在教學(xué)過(guò)程中，教師經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生答非所問(wèn)，其本質(zhì)就是沒(méi)有厘清問(wèn)題的背景知識(shí)所屬的領(lǐng)域。這需要教師在教學(xué)過(guò)程中抓住問(wèn)題的特征加以引導(dǎo)，讓學(xué)生逐漸養(yǎng)成能緊扣問(wèn)題涉及的知識(shí)領(lǐng)域特征進(jìn)行思考的習(xí)慣。

對(duì)于圖3，判斷粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的特征，需要教師引導(dǎo)學(xué)生從粒子受力的特點(diǎn)出發(fā)，分析粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與力的關(guān)系，從而明晰粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周。對(duì)于圖4，需要教師引導(dǎo)學(xué)生從干涉產(chǎn)生的條件出發(fā)分析。光屏上某位置到兩個(gè)相干光源的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍（半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍）時(shí)出現(xiàn)亮條紋，光屏上某位置到兩個(gè)相干光源的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋。有了這樣的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，就容易理解記憶干涉條紋的等間距特征，不會(huì)錯(cuò)把圖4認(rèn)為是干涉圖樣了。

因此，問(wèn)題領(lǐng)域的界定，不是簡(jiǎn)單地從“形似”的角度、憑借碎片化的記憶痕跡來(lái)判斷，而是需要教師引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題的本質(zhì)特征來(lái)分析，為學(xué)生正確物理觀念的形成打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）澄清概念的緣起，形成正確物理觀念

物理概念是解決物理問(wèn)題的最小單位，也是關(guān)鍵要素。物理學(xué)習(xí)是物理概念不斷積累的過(guò)程，同時(shí)在基本物理概念的基礎(chǔ)上，還衍生出一些相關(guān)的結(jié)論。但許多教師往往習(xí)慣于讓學(xué)生記住這些結(jié)論而忽視引發(fā)這些結(jié)論的原始概念，導(dǎo)致學(xué)生在處理問(wèn)題過(guò)程中生搬硬套。

比如，對(duì)圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生不考慮實(shí)驗(yàn)的目的與原理，總認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)裝置中需要平衡摩擦力，總認(rèn)為需要鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊質(zhì)量。再如，圖6中，整個(gè)裝置處于方向豎直向下、范圍足夠大的非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿導(dǎo)軌建立x軸，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足關(guān)系B=B0+kx。金屬棒MN向右勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有學(xué)生認(rèn)為回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)除了金屬棒MN切割磁感線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)之外，還存在感生電動(dòng)勢(shì)。

隨著訓(xùn)練量的增加，學(xué)生經(jīng)常會(huì)看到“似曾相識(shí)”的問(wèn)題，就錯(cuò)誤地認(rèn)為該問(wèn)題是之前曾經(jīng)遇到的，從而套用相關(guān)的結(jié)論來(lái)處理。這樣簡(jiǎn)單地憑著記憶，套用一些結(jié)論處理“形似”的問(wèn)題，實(shí)則是一種“刻舟求劍”。

如果要利用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因素，顯然不能平衡摩擦力;如果要利用該裝置驗(yàn)證功與系統(tǒng)動(dòng)能變化的關(guān)系，就不需要鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于木塊質(zhì)量。在圖6中，雖然金屬棒向右運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致所圍區(qū)域的磁場(chǎng)在變化，但感生電動(dòng)勢(shì)本質(zhì)上是由隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的，此處的磁場(chǎng)是靜態(tài)的，只有因金屬棒運(yùn)動(dòng)切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。這些需要教師引導(dǎo)學(xué)生回到概念的源頭處去理解與分析，才不至于產(chǎn)生概念的錯(cuò)位，從而形成正確的物理觀念。

（三）明晰規(guī)律的條件，彌補(bǔ)科學(xué)思維缺失

規(guī)律是概念的整合與運(yùn)用，每個(gè)規(guī)律的運(yùn)用都存在與之相匹配的條件。物理?xiàng)l件往往隱藏在過(guò)程中，隱藏在細(xì)節(jié)中，只有充分地挖掘物理過(guò)程和細(xì)節(jié)，才能使條件水落石出，才能使規(guī)律的運(yùn)用水到渠成。

比如，對(duì)圖7所示的霍爾元件，學(xué)生分析得到：當(dāng)通過(guò)霍爾元件的載流子為正時(shí)，載流子向上偏轉(zhuǎn);然后會(huì)不加分析地認(rèn)為當(dāng)通過(guò)霍爾元件的載流子為負(fù)時(shí)，載流子向下偏轉(zhuǎn)。

再如，對(duì)于“如圖8所示，金屬棒AB在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段位移的過(guò)程中，求通過(guò)定值電阻R1的電荷量”這一問(wèn)題，學(xué)生會(huì)套用Q=

NΔΦ R 來(lái)求解。

學(xué)生科學(xué)思維缺失的表現(xiàn)，有時(shí)是根據(jù)其記憶、經(jīng)驗(yàn)、感覺(jué)來(lái)判斷，有時(shí)是一種非此即彼、二元對(duì)立的簡(jiǎn)單化思維。這種缺失需要教師在日常的教學(xué)細(xì)節(jié)中加以關(guān)注并進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)。

有這樣一個(gè)問(wèn)題：物體以初速度v沿光滑斜面向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其速度大小為 v 2 時(shí)，經(jīng)歷了多少時(shí)間？課堂中，?教師問(wèn)道：

“這道習(xí)題為什么有兩個(gè)答案呢？”一個(gè)學(xué)生回答：“物體向上滑行一段時(shí)間，速度變?yōu)?之后將下滑。上滑與下滑的兩個(gè)階段都存在速度大小為 v 2 的時(shí)刻?！绷硪粋€(gè)學(xué)生答道：“因?yàn)樗俣仁鞘噶浚俣却笮?v 2 ，方向可能向上，也可能向下，所以有兩個(gè)答案?！边@兩個(gè)學(xué)生的回答都正確，教師此時(shí)做了如下點(diǎn)評(píng)：“第二位學(xué)生從速度的矢量性角度給出了分析，說(shuō)明他對(duì)速度的矢量性掌握較好，但這是一種從概念到概念的分析過(guò)程。第一位學(xué)生的回答則還原了物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程，更符合物理問(wèn)題分析的一般步驟。物理學(xué)習(xí)就需要從‘物到‘理的思維過(guò)程，只有堅(jiān)持這種還原物理過(guò)程的分析，才能讓運(yùn)用到的物理概念更真實(shí)，也才能使問(wèn)題分析的過(guò)程更可靠，這正是我們需要的思維習(xí)慣?！比绱思?xì)膩的點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注對(duì)題目中完整過(guò)程的發(fā)掘，有效彌補(bǔ)了學(xué)生科學(xué)思維的缺失。

*本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期立項(xiàng)課題“普通高中物理關(guān)鍵能力水平特征、培養(yǎng)途徑及測(cè)評(píng)研究”（編號(hào)：2019JK13 L192）的階段性研究成果。