云南 張保雷 婁忠平

物理作業(yè)是高中物理學(xué)習(xí)的重要載體，在幫助學(xué)生強(qiáng)化物理知識(shí)、達(dá)成教學(xué)目標(biāo)、提高科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)科能力及學(xué)科核心素養(yǎng)等方面具有重要的作用。一線教師在進(jìn)行物理教學(xué)和備考的過(guò)程中，應(yīng)盡量讓學(xué)生的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)化，并形成良好的知識(shí)體系，讓學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識(shí)解決各種實(shí)際問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)上述作業(yè)目標(biāo)，值得高中教育者思考。然而有些教師在進(jìn)行物理教學(xué)和備考時(shí)布置的物理作業(yè)大多依賴教輔資料、高考試題和模擬試題，其中高考試題是公認(rèn)的質(zhì)量最高的試題，但是高考試題的選拔功能決定了高考試題有梯度、有難度，不少高考試題與作業(yè)的理念相悖。以高考試題為引領(lǐng)，進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)，是直接、可靠、易操作的作業(yè)設(shè)計(jì)方法。下面筆者在對(duì)2021年全國(guó)高考乙卷理綜第24題深入分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知、滿足不同階段和不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的作業(yè)，供高中物理教師參考。

1 試題與評(píng)析

【試題】一籃球質(zhì)量為m=0.60 kg，一運(yùn)動(dòng)員使其從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止自由落下，反彈高度為h2=1.2 m。若使籃球從距地面h3=1.5 m的高度由靜止下落，并在開始下落的同時(shí)向下拍球、球落地后反彈的高度也為1.5 m。假設(shè)運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)球的作用力為恒力，作用時(shí)間為t=0.20 s；該籃球每次與地面碰撞前后的動(dòng)能的比值不變。重力加速度大小取g=10 m/s2，不計(jì)空氣阻力。求：

(1)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球所做的功；

(2)運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)籃球的作用力的大小。

【答案】(1)W=4.5 J (2)F=9 N

【評(píng)析】本題以打籃球的基本動(dòng)作為情境，考查牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、功能關(guān)系等物理主干知識(shí)，旨在考查考生獲取信息、綜合分析處理信息、建立物理模型、類比推理等關(guān)鍵能力。從學(xué)科素養(yǎng)的角度，既有對(duì)運(yùn)動(dòng)觀和能量轉(zhuǎn)化與守恒的考查，又有對(duì)模型建構(gòu)、科學(xué)推理的考查，同時(shí)還有引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身體健康、加強(qiáng)身體鍛煉、積極參加體育運(yùn)動(dòng)的價(jià)值引領(lǐng)。該題是一道既體現(xiàn)基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性，又兼具創(chuàng)新性和區(qū)分度的高考優(yōu)秀試題，可見一道高考試題需要承載多項(xiàng)“任務(wù)”。一道試題可能有知識(shí)的交叉，能力的復(fù)合以及素養(yǎng)的融合，但是如果直接將此類試題作為所有學(xué)生的作業(yè)就不合適了。為使學(xué)生最終能達(dá)到解答高考試題的要求，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計(jì)作業(yè)，具體舉例如下。

2 作業(yè)設(shè)計(jì)

2021年全國(guó)高考乙卷理綜第24題是以自由落體運(yùn)動(dòng)模型為基礎(chǔ)，可以使用多種方法解答，其中勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律和功能關(guān)系是兩條常用的解答途徑，但是無(wú)論選擇何種路徑解答，畫出模型圖，把試題情境轉(zhuǎn)化成需要的過(guò)程都是解題的關(guān)鍵。在高一階段，學(xué)生學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)后可以完成作業(yè)1，學(xué)習(xí)了功與能后可以完成作業(yè)2，作業(yè)1、2既可以鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，又可以培養(yǎng)學(xué)生把實(shí)際情境轉(zhuǎn)化成物理模型的能力。具體如下：

【作業(yè)1·高一上學(xué)期】一運(yùn)動(dòng)員將一籃球從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止釋放，重力加速度大小取g=10 m/s2，不計(jì)空氣阻力。畫出該過(guò)程的簡(jiǎn)圖，求：

(1)籃球下落的時(shí)間；

(2)籃球撞地前瞬間的速度大小。

圖1

(2)由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律v=gt，代入數(shù)據(jù)得籃球撞地前瞬間的速度大小為v=6 m/s，對(duì)籃球從靜止下落到地面過(guò)程由速度和位移的關(guān)系式v2=2gh1，代入數(shù)據(jù)得v=6 m/s。

【答案】(1)t=0.6 s (2)v=6 m/s

【作業(yè)2·高一下學(xué)習(xí)功能后】一籃球質(zhì)量為m=0.60 kg，一運(yùn)動(dòng)員使其從距地面高度為h1=1.8 m處由靜止自由落下，反彈高度為h2=1.2 m。與地面作用時(shí)間可忽略，重力加速度大小取g=10 m/s，不計(jì)空氣阻力。畫出該過(guò)程的簡(jiǎn)圖，分別用運(yùn)動(dòng)學(xué)和能量轉(zhuǎn)化與守恒，計(jì)算籃球撞地前后的速度大小和動(dòng)能變化。

圖2

【答案】籃球撞地前后動(dòng)能減少了3.6 J。

【點(diǎn)評(píng)】“作業(yè)1、2”旨在復(fù)習(xí)和鞏固學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律和能量守恒定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生把生活情境轉(zhuǎn)化為物理模型的能力、推理能力和逆向思維能力。這些基礎(chǔ)知識(shí)和關(guān)鍵能力是解答復(fù)雜直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基礎(chǔ)，并在鞏固基礎(chǔ)的同時(shí)，為學(xué)生能夠解決復(fù)雜問(wèn)題，做好知識(shí)、方法、能力和心理的準(zhǔn)備。

在學(xué)生掌握了基本知識(shí)和基本方法后，下一步的教學(xué)重點(diǎn)就是要進(jìn)一步培養(yǎng)和提升學(xué)生的推理能力、分析綜合能力等學(xué)科能力和模型建構(gòu)、科學(xué)推理等學(xué)科素養(yǎng)，為此筆者設(shè)計(jì)了作業(yè)3、4、5、6、7。

(1)與地面第一次碰撞后籃球上升的最大高度；

(2)籃球停止前運(yùn)動(dòng)的總路程。

【答案】(1)1.35 m (2)12.6 m

【點(diǎn)評(píng)】“作業(yè)3”解法多樣，可以引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的方式解答。同時(shí)需要學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)歸納，發(fā)現(xiàn)每次與地面碰撞時(shí)籃球運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。用數(shù)列的知識(shí)解答，旨在培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和利用數(shù)學(xué)解決物理問(wèn)題的能力，開闊學(xué)生視野，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

(1)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球所做的功；

(2)若運(yùn)動(dòng)員在拍球時(shí)，對(duì)球的作用力為恒力，求作用力大小與作用距離之間的關(guān)系。

(1)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球作用力的沖量；

(2)若運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)球的作用力為恒力，求作用力大小與作用時(shí)間之間的關(guān)系。

【點(diǎn)評(píng)】“作業(yè)4、5”是為了讓學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，從不同角度對(duì)同一物理過(guò)程進(jìn)行分析，體會(huì)同一過(guò)程的不同問(wèn)題需要選用不同的物理知識(shí)和物理方法來(lái)解答。

(1)運(yùn)動(dòng)員拍球的作用力的大??；

(2)請(qǐng)用v-t圖像描述籃球下落的過(guò)程。

圖3

【答案】(1)9 N (2)見解析

【點(diǎn)評(píng)】物理圖像是形象、直觀描述物理過(guò)程的重要方法，學(xué)生如果能正確地作出籃球下落的v-t圖像，那么就說(shuō)明學(xué)生對(duì)該物理過(guò)程已經(jīng)有了深入正確地理解，相關(guān)問(wèn)題也就迎刃而解了。“作業(yè)4、5、6”旨在讓學(xué)生分別從牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功和能、沖量和動(dòng)量三個(gè)方向解決物理問(wèn)題，讓學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，從不同角度對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行建模分析，培養(yǎng)思維的靈敏度和視野的寬度。有了以上作業(yè)的鋪墊，學(xué)生將會(huì)對(duì)該物理過(guò)程有深入的認(rèn)識(shí)和理解，并具備了相關(guān)的解題能力，繼而再嘗試解答2021年全國(guó)高考乙卷理綜第24題就相對(duì)容易了。

【作業(yè)7·一輪或二輪復(fù)習(xí)】2021年全國(guó)高考乙卷理綜24題(略)。

對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，為其提供進(jìn)一步學(xué)習(xí)的方向或提供具有挑戰(zhàn)性的作業(yè)也是老師的責(zé)任，為此筆者設(shè)計(jì)了作業(yè)8。

【作業(yè)8·二輪或三輪復(fù)習(xí)】在2021年全國(guó)高考乙卷理綜24題的基礎(chǔ)上追問(wèn)。

(3)請(qǐng)你思考后，查找資料，回答：籃球在碰撞地面的過(guò)程中，為什么每次與地面碰撞前后的動(dòng)能的比值不變，機(jī)械能損失有什么規(guī)律？

【點(diǎn)評(píng)】作業(yè)8為挑戰(zhàn)性作業(yè)，即使學(xué)生不能按要求完成作業(yè)，在學(xué)生經(jīng)歷了思考，查找資料后，也能讓學(xué)生對(duì)碰撞有更深入的思考和認(rèn)識(shí)，還能促使學(xué)生的知識(shí)更加結(jié)構(gòu)化、思維更加活躍、眼界更加開闊，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)推理能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的科學(xué)態(tài)度。

3 結(jié)束語(yǔ)

深度學(xué)習(xí)是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，且能夠?qū)⒁延械闹R(shí)遷移到新的情境中，作出決策和解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)不是一蹴而就，需要在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上逐漸逼近深度學(xué)習(xí)，筆者認(rèn)為在長(zhǎng)期的高考備考過(guò)程中，基于高考試題，設(shè)計(jì)有梯度的作業(yè)是充分利用高考試題，達(dá)到教學(xué)目的、提升作業(yè)質(zhì)量和促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效方法之一。