曹小云 孫福如

（1.江蘇省如東高級中學(xué)，江蘇 南通 226400；2.如東縣豐利中學(xué)，江蘇 南通 226408）

物理高考從“能力立意”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)立意”，為了體現(xiàn)高考的選拔功能，壓軸題往往條件隱含深，題目信息龐雜，在問題的解決過程中很多學(xué)生會出現(xiàn)這樣或那樣的困惑，從而導(dǎo)致解題困難.其主要原因是這類題的解題教學(xué)過程中，各個環(huán)節(jié)沒有落實好，教師越俎代庖、以講為主，表面上完成了教學(xué)任務(wù)，其實學(xué)生沒有審清題目的本質(zhì)，沒有親身體驗解題中發(fā)現(xiàn)和推理的思維過程，知其然不知其所以然，遇到新的、復(fù)雜一些的情境還是束手無策.為了解決學(xué)生“怕生”的問題，在壓軸題的教學(xué)過程中，要用問題鏈的方式“將大題化小”“將復(fù)雜的問題化為簡單問題”，在“慢”導(dǎo)過程中留足思考的時間，為學(xué)生把準(zhǔn)解題方向和創(chuàng)設(shè)機會；在教學(xué)過程中要“導(dǎo)”，引導(dǎo)學(xué)生把控審題時間、思考方法、探究過程，關(guān)注解題程序，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考分析，在“導(dǎo)”的過程中讓學(xué)生“探”，揭示物理解題的規(guī)律與方法.

本文以高三的一次周練壓軸題（2021年高考物理江蘇卷第15題）為例，開展解題教學(xué)，教會學(xué)生思考，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，教學(xué)效果較好.

1 試題分析

例題.如圖1所示，回旋加速器的圓形勻強磁場區(qū)域以O(shè)點為圓心，磁感應(yīng)強度大小為B，加速電壓的大小為U、質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從O附近飄入加速電場，多次加速后粒子經(jīng)過P點繞O做圓周運動，半徑為R，粒子在電場中的加速時間可以忽略.為將粒子引出磁場，在P位置安裝一個“靜電偏轉(zhuǎn)器”，如圖2所示，偏轉(zhuǎn)器的兩極板M和N厚度均勻，構(gòu)成的圓弧形狹縫圓心為Q、圓心角為α，當(dāng)M、N間加有電壓時，狹縫中產(chǎn)生電場強度大小為E的電場，使粒子恰能通過狹縫，粒子在再次被加速前射出磁場，不計M、N間的距離.求：

圖1

圖2

（1）粒子加速到P點所需要的時間t；

（2）極板N的最大厚度dm；

（3）磁場區(qū)域的最大半徑Rm.

本題以學(xué)生熟悉的回旋加速器為背景，考查其工作原理，突出了理論知識與生產(chǎn)生活實際、現(xiàn)代高科技的緊密聯(lián)系.引進“靜電偏轉(zhuǎn)器”，又增加了思維的難度，考查學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，實現(xiàn)了高考的選拔功能，是一道體現(xiàn)應(yīng)用性和創(chuàng)新性的高質(zhì)量試題.練習(xí)后本題的得分率很低，在試題講評前，筆者充分了解了班級學(xué)生的答題情況，梳理出學(xué)生的困難點.

（1）信息讀取能力、挖掘隱含條件能力不足.學(xué)生不能讀懂“從O附近飄入”“粒子恰能通過狹縫”等，不能畫出粒子的運動軌跡、判斷圓心是變化的，不會尋找?guī)缀侮P(guān)系等.

（2）不會把大題化小.不能將整題分解為多個小問題思考，各個擊破.

（3）思維能力不足.不能從已知條件分析、推理得出新的結(jié)論.

（4）運算能力不足.本題因條件多、變化多，找關(guān)系式難，且列出的關(guān)系式多，找不到運算聯(lián)系的紐帶，運算方向不明.

基于以上問題，教學(xué)時需要結(jié)合題目的條件，幫助學(xué)生理解題目考查的知識點和能力點.在教學(xué)中要“導(dǎo)”，即教師由近及遠、由易到難地設(shè)計啟發(fā)性問題，引導(dǎo)學(xué)生主動探究、分析出合理的解題思路.在“探”的過程中積累解題經(jīng)驗和思維方法.

2 教學(xué)過程分析

2.1 引導(dǎo)探究

問題1：本題總體難度較大，雖然一眼望去不能找到解題思路，同學(xué)們再次認真審讀題目，看能不能找到你熟悉的條件，并以此為突破口？

學(xué)生仔細分析，能夠發(fā)現(xiàn)條件“磁感應(yīng)強度大小為B，粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，經(jīng)過P點繞O做半徑為R的圓周運動”可作為突破口.

問題2：根據(jù)剛才的分析，要求粒子加速到P點所需要的時間還差什么條件？題目中還有哪個條件沒有充分利用？

教師：第1問屬中等難度，要求學(xué)生熟悉回旋加速器的工作原理，知道粒子的運動過程.易錯點是求時間時粒子旋轉(zhuǎn)半周期的個數(shù)比加速次數(shù)少1.

2.2 逐步探究

問題3：第2問極板N的最大厚度與什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生獨立思考并小組討論后，有學(xué)生舉手要回答.

學(xué)生5：跟粒子在磁場中運動的半徑有關(guān).N極板不能擋住粒子在磁場中運動的軌跡.

問題4：分析得很好，大家結(jié)合定量計算能定性畫出粒子運動的軌跡圖嗎？并分析N板的厚度跟哪幾個半徑有關(guān)？

圖3

學(xué)生7：為了N極板不擋粒子的運動軌跡，所以厚度與rn和r（n-2）有關(guān)，N板的最大厚度等于第n次加速后軌跡與第（n-2）次加速后軌跡的間距，即dm=rn-r（n-2）.

學(xué)生8：學(xué)生7前面分析是對的，但dm的計算是錯的，他認為rn和r（n-2）對應(yīng)的軌跡的圓心在同一點，其實每次加速后半徑均有增大，且每次軌跡圓心是不重合的，N板的最大厚度應(yīng)該是dm=r（n-1）-r（n-2）.

學(xué)生9：dm的計算還是錯的，由圖3可知，（n-2）次加速與（n-1）次加速后的軌跡右側(cè)對齊，dm是這兩次軌跡的直徑之差，即dm=2［r（n-1）-r（n-2）］.

教師：第2問有一定的難度，解題過程中要求同學(xué)們具有恒心和毅力，需要沉著冷靜、認真分析，側(cè)重考查同學(xué)們的分析與綜合、判斷與推理的能力.同學(xué)們所犯的典型錯誤是認為圓心在同一點，誤認為dm=rn-r（n-2）.

2.3 深入探究

問題5：如圖2所示，粒子經(jīng)過P點后進入“靜電偏轉(zhuǎn)器”，粒子的圓周運動半徑發(fā)生了怎樣的變化？說明了什么？

問題6：粒子從“靜電偏轉(zhuǎn)器”狹縫的末端E射出，再次進入純磁場中，同學(xué)們試想一想，接下來需要考慮什么問題呢？

學(xué)生12：需要考慮粒子做什么運動.由于粒子速度垂直磁場，所以仍然做勻速圓周運動.由于速度大小和磁感應(yīng)強度大小均沒有變化，所以圓周運動的半徑仍為R，圓心在O′，軌跡如圖4所示.

圖4

問題7：對于條件“使粒子恰能通過狹縫，粒子再次被加速前射出磁場”，能想到什么問題？同學(xué)們在獨立思考的基礎(chǔ)上再以小組討論一下.

學(xué)生13：必須找出磁場最大區(qū)域的條件，如果磁場區(qū)域較大，包圍了粒子的軌跡，那么粒子會被再次加速.若磁場區(qū)域半徑從較大逐漸減小過程中，當(dāng)以O(shè)為圓心的磁場區(qū)域邊界與粒子的軌跡相切時，為臨界情況.切點即離O最遠的點在OO′連線的延長線與軌跡的交點F處，此時為恰能將粒子引出磁場的區(qū)域.

問題8：根據(jù)上面的分析，如何計算磁場區(qū)域的最大半徑Rm呢？

學(xué)生14：如圖4可知，Rm=OF=OO′+O′F=OO′+R（OO′怎么求該學(xué)生說不出了）.

圖5

教師：第3問引入了“靜電偏轉(zhuǎn)器”，增加了試題的難度.內(nèi)容上重點考查了粒子在復(fù)合場的勻速圓周運動、有界磁場的臨界問題及三角形的知識等；能力上將分析與綜合能力、判斷與推理能力、用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力和物理核心素養(yǎng)的考查有機融合在一起.為學(xué)生們展現(xiàn)發(fā)散性思維、個性素養(yǎng)提供了廣闊的空間，這是江蘇高考的一大亮點.從本題的學(xué)習(xí)我們應(yīng)該體會到：將新問題轉(zhuǎn)化為舊問題、將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為簡單問題是解決這類題的關(guān)鍵，探究、分析、判斷、推理、建模是解決這類題的必要條件.

3 教學(xué)啟示

高考物理壓軸題的教學(xué)，關(guān)鍵有三點：一是思路分析；二是物理規(guī)律選擇；三是思維方法和運算方法指導(dǎo).在認真審題的基礎(chǔ)上，探討的解題思路必須符合學(xué)生思考的實際，思路要清晰.教學(xué)過程中必須暴露學(xué)生的思維過程，及時點撥學(xué)生的思維和糾正思維的方向，起撥亂反正的作用.運算要寫出合理的過程，即使復(fù)雜也要善于引導(dǎo)學(xué)生進行分析和運算過程指導(dǎo).為了提高教學(xué)效果，主要關(guān)注以下幾點.

（1）教學(xué)采用“慢”“導(dǎo)”“探”的教學(xué)策略.在解題教學(xué)過程中，必須為學(xué)生的思考留足時間、創(chuàng)設(shè)空間.教師以學(xué)生的思維為起點，從題目的背景、內(nèi)容、方法、過程及滲透物理思想等出發(fā)，通過教師“導(dǎo)”，讓學(xué)生“慢”思考，使不同的學(xué)生會得到不同的觀點和思路，都養(yǎng)成善于思考的習(xí)慣.給出足夠的時間讓學(xué)生“探”，探出適合自己的解決問題的經(jīng)驗，教師幫助學(xué)生確定解決問題的方向，疏通思維阻塞的原因與位置，開闊思維的視野.在“慢”中思考，在“導(dǎo)”中探究，在“探”中提升.

（2）用物理問題鏈展開教學(xué).高考壓軸題往往難度比較大，抽象難懂，學(xué)生一眼不能看出解題方法.在教學(xué)過程中，可通過設(shè)計有價值、有層次的環(huán)環(huán)相扣的問題鏈來搭建學(xué)生探究新知或解題思路、解題方法的平臺，激發(fā)學(xué)生去學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生思維參與，促進學(xué)生積極思考，體會物理知識點生成過程、物理的基本思維方法，以及物理思考中嚴(yán)謹、理性的科學(xué)精神.用問題組織學(xué)生討論，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在展示環(huán)節(jié)上相互質(zhì)疑、爭辯，疑難處教師點撥，使課堂處在動態(tài)和不斷生成的過程中，引領(lǐng)學(xué)生在“誤”中“悟”，在“錯”中“磋”.教學(xué)中充分暴露學(xué)生的思維過程，找到打開學(xué)生“假懂”這把鎖的鑰匙.在設(shè)計與實施物理問題鏈教學(xué)時，需要從學(xué)生思考的角度和符合學(xué)生自然的思考脈絡(luò)去設(shè)計問題，把握以關(guān)聯(lián)為邏輯起點、以物理思維為基本依據(jù)、以教學(xué)功能為定位等3個關(guān)鍵點.

（3）注重認知結(jié)構(gòu)的完善.學(xué)生的物理認知結(jié)構(gòu)越完善，物理學(xué)習(xí)的效果越明顯.教師在教學(xué)中把握學(xué)生的學(xué)習(xí)起點，在其最近發(fā)展區(qū)內(nèi)通過問題導(dǎo)入，由淺入深、由點到面、循序漸進地開展教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生逐步構(gòu)建物理知識體系框架，完善物理認識結(jié)構(gòu)，提升物理核心素養(yǎng).當(dāng)前乃至以后的高考，更加強調(diào)高考物理考查的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性.特別是綜合性，要求對同一層面的知識、能力、素養(yǎng)，能夠橫向融會貫通，形成完整的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；對不同層面的知識、能力、素養(yǎng)，能夠縱向融會貫通，形成緊密相連、具備內(nèi)在邏輯關(guān)系的整體.

解題教學(xué)過程中，只要我們教師耐心地“導(dǎo)”，幫助學(xué)生確定解題問題的方向，疏通思維的障礙，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)思維的空間，讓學(xué)生“慢”思考，在反思中完善知識體系，在“探”中培養(yǎng)思維的批判性和深刻性，定能使學(xué)生對解題思維從無序走向有序，從偶然走向必然，從淺顯走向深刻.