高中物理论文：基于两道物理高考题的思考

高中物理论文：基于两道物理高考题的思考

高中物理论文 因“材”施教，深挖求变5‎ ‎ -------基于两道物理高考题的思考 ‎【摘要】历年的物理高考试题中都有来源于教材资源的创新题，教师在教学过程中应重视对教材资源的有效利用，挖掘教材中的潜在资源，通过变式，迁移等手段，帮助学生“穿线搭桥”，促成有效课堂的形成，最终从“教教材”到“用教材教”的观念转变。‎ ‎【关键词】教材 变式 迁移 ‎ 高考试题在现阶段仍然对教学起着“指挥棒”的作用，体现新课程理念和物理思想方法的试题对于改进教学有着积极的作用。高考试题中有相当一部分试题是对“基本知识、基本技能、基本方法”的考查，考题往往是对教材原题的变形、改造及综合。‎ 教材是众多专家集体智慧的结晶，是知识与方法的重要载体。教材中的许多题目，设计比较新颖，很有拓展、开发和挖掘的余地和空间。高考卷中许多小题源于教材，许多综合题也由例题和习题经过组合、加工而成。几乎所有的高考题都可以用教材上的知识去解决，所以教材是高考命题的发源地，许多高考题都能在课本上找到“根源”。对教材资源的充分利用，不是仅从认知的角度熟悉教材，应站在教学整体的高度与教材对话，不能仅停留在表面重复“昨天的故事”，而是要从理解教学本质的角度审视教材，从知识综合运用的角度拓宽教材，从升华思想方法的角度用活教材，只有这样，才能使我们的课堂做到事半功倍。 一、扎根教材习题，变式教学促发展 许多教师在教学过程中会给学生讲解大量的练习题，以防学生“吃不饱”。结果不仅师生都精疲力尽，而且学生的学习效率低下，容易走进“题海”的死胡同，即扼杀了学生的创新意识，也让学生觉得学好物理就得大量的解题。如果教师能让学生在做完一些经典的练习题后再引导他们反思问题，对问题进行进一步的拓展，引导学生从旧问题中提出新问题。实际上，物理解题的实质就是促使问题发生一连串的转化。苏联教育学家亚诺斯卡娅在回答“解题意味着什么”时说:“解题——就是意味着把所要解的问题转化为已经解决过的问题。”通过对不同问题进行相似比较，透过不同事物之间表现上的差异，揭示出它们内在上的相似，从而将不同的问题沟通起来，将面临的新问题转化为过去已经解决的问题，将旧问题求解的经验顺利的迁移到新的问题上来。‎ 例如：（2012年浙江省理科综合物理部分第25题）为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示，自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘幅条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=。后轮以角速度rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。‎ ‎（1）当金属条ab进入“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向；‎ ‎（2）当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；‎ ‎（3）从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象；‎ ‎（4）若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。‎ ‎ 该考题考查知识内容设计：磁通量；电磁感应定律；楞次定律；电阻的串并联；闭合电路欧姆定律。试题着眼基础知识、基本技能和基本方法综合运用的考核。命题理念承前启后，注重对科学方法、思维能力和科学素养的考核。‎ 仔细研究不难发现，该考题所涉及到知识点与人教版普通高中课程标准实验教材《物理3-2》“楞次定律”一节，“问题与练习题”第7题有着本质的联系。‎ 题目如下：1831年10月29日，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲），它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上第一台发电机。据说，在法拉第表演他的圆盘发电机时，一位妇人道：“法拉第先生，这东西有什么用呢？”法拉第答道：“妇人，一个刚刚出生的婴儿有什么用呢？”图乙是这个圆盘发电机示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。使铜盘转动，电阻R中就有电流流过。‎ ‎（1）说明圆盘发电机的原理 ‎（2）圆盘如图示方向转动，请判断通过R的电流方向。‎ 解析：‎ ‎（1）如图所示，圆盘中的任意一根半径CD都在切割磁感线，半径可以看成是一个电源，根据右手定则可以判断，D点的电势比C点高，也就是说，圆盘边缘上的电势比圆心的电势高，在CD之间接上用电器，转动的圆盘就可以为用电器供电。‎ ‎（2）根据右手定则判断，D点电势比C点高，所以流过电阻R的电流方向自下而上。‎ 说明：本题可拓展为求CD间的感应电动势。设半径为r，转盘匀速转动的角速度ω，匀强磁场的磁感应强度为B，求圆盘转动时的感应电动势的大小。答案为E=1/2Br2ω。(摘自教师教学用书)‎ 实际上，最近几年的浙江省高考命题充分体现高考试题源于教材、高于教材的特点，许多试题设计时有意识地将教材中的例题、习题进行了移植与改编。教材习题是经过专家多次筛选后的精品，教材中的例题，习题，实验大多都蕴含着丰富深刻的知识背景，既“典型”，又是对知识的高度浓缩。‎ 如何挖掘教材习题潜在的教学资源，让其更好的服务于我们的教学，让我们的学生在习题训练中体会到情景的多样性和本质上的同一性呢？笔者通过增设“小问题”的形式对该题进行变式教学。通过设置问题情境，让学生已有经验知识和新问题之间架起一座桥梁。有了这座桥梁，教师用不着“赶”，用不着“牵”，就可能激发学生自觉主动地进行创造性学习，把学生的学习动机、知识基础、思维活动激活，凝聚起来。‎ 问题 问题设置意图 问题1：圆盘发电机中哪段导体相当于电源？‎ 加深对电磁感应现象中电路综合题等效电源的理解。‎ 问题2：感应电动势的大小是多少？‎ 通过推导，复习动生电动势公式和应用，为变式做好知识准备。‎ 问题3：画出等效电路图？‎ 电路结构的认识，同样为变式及真题赏析和训练铺垫基础。‎ 通过情景的微变化，训练学生处理实际问题的能力，也是对“前知识”进行巩固、落实和提高。‎ 问题4：如图，如果磁场只分布在虚线的区域之外，导体在切割磁感线的时候产生多大的电动势？ ‎ 考题赏析和训练：2012年高考题25题 赏析考题目的在于让学生体会高考题和平时训练题的差别和联系，让学生体会到高考题就在我们身边，距离我们并不遥远，平时学习过程中要做“有心人”，心理上让学生感受高考题的亲切感，最终提高学生学习物理的兴趣和信心。‎ 教师应深入研究教材的基础上充分感悟教材的编写意图，积极开发教材的潜在功能，创设问题链情景，探索问题的引申、拓展和推广等，进行有效性的变式教学，在习题课的题目选编中，应优先考虑课本中的例题和习题，并且对其进行适当的拓展，演变一题多解、一题多变、一题多用、多题一法的习题，提高学生灵活运用知识的能力，使其源于教材，而又不拘泥于教材。我们不应该“丢了西瓜捡芝麻”，忽略课本习题而去搞题海战术。有高考命题专家就认为：“扭转“题海”怪现象的最好方法是引导教学研究高考试题，搞“高考题库”总比搞“市面题海”科学些，效果好些！”这是减轻学生过重学习负担的一种明确导向，作为教师应该用好高考题，吃透教材，教师先跳出“题海”才能帮助我们学生跳出“题海”。‎ 二、挖掘教材实验，创新设计求迁移 ‎《物理课程标准》明确提出的物理课程科学探究及物理实验能力要求将通过高考理科综合卷（物理部分）和自选模块卷（物理部分）得到充分体现。实验要关注学生基本素养及实验体验，要求在教学中认真进行实验设计和操作，认真进行实验条件的控制，认真处理实验数据，分析结论，在实验体验的基础上提升实验的基本素养，同时在规定实验的基础上，对实验进行拓展与变式，让学生的思维保持活力。‎ 纵观历年高考物理实验题都源于教材实验，高考对物理实验能力的考查，将关注学生是否进行过正确的实验操作，对实验数据正确分析处理，进而获得实验结果和体验，具备实验的基本素养，并能进行拓展和探究性研究，倡导物理学习“既见理，又见理”。命题的这一导向，有利于认真做过实验及能够将实验与思维有机结合的学生取得好成绩。引导教学中更好地体现新课改理念，克服实验数据中简单、机械的操作，强化知行合一的学习方法。 ‎ 例如：（2011年浙江省理科综合物理部分22题）在探究导体电阻与其影响因素的定量关系”‎ 试验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S=0．20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路。M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点。在实验过程中，电流表读书始终为I=1．25A,电压表读数U随OP间距离x的变化如下表：‎ x/mm ‎600‎ ‎700‎ ‎800‎ ‎900‎ ‎1000‎ ‎1200‎ ‎1400‎ ‎1600‎ ‎1800‎ ‎2000‎ ‎2100‎ ‎2200‎ ‎2300‎ ‎2400‎ U/V ‎3.95‎ ‎4.50‎ ‎5.10‎ ‎5.90‎ ‎6.50‎ ‎6.65‎ ‎6.82‎ ‎6.93‎ ‎7.02‎ ‎7.15‎ ‎7.85‎ ‎8.50‎ ‎9.05‎ ‎9.75‎ ‎ （1）绘出电压表读数随间距离变化的图线；‎ ‎（2）求出金属丝的电阻率，并进行比较。‎ 该考题实际上是教材基本实验的变形，“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”这个实验本身难度不大，但命题者别出心裁地将三段不同材料的电阻丝串联在一起，题目的亮点就出现了。在平时的教学过程中学生接触比较多是对单一变化趋势的图像进行分析，教师在平时教学过程中比较强调图像中的斜率和截距意义的理解。但是该题中考生如果根据题目给出的数据作图，得出三段折线图像，如果学生看到三段电阻丝串联，就想在理论上先找出电阻率和测量数据的关系式，那就陷入了泥沼之中。如何让学生今后在碰到此类问题的时候能够“泥潭自救”，这就需要教师在平时课堂设计过程中培养学生分析和解决问题的能力。‎ 分析和解决物理问题的过程不外乎两种情形，一是在“问题原型”的启发下，结合具体的情境，在原有模式下分析和解决所面临的物理问题；另一种是没有现成的“问题原型”可以借鉴，需要重新构建解题模式，需要有更多的创新思维参与结题活动。因此在教学过程中，教师要帮助学生构建丰富的“问题原型”，并促使“问题原型”的迁移。‎ 实际上，2011年这道高考题，我们可以通过教材实验的处理就能找到“问题原型”‎ 例如：教材3-1《电阻定律》这节课中，提供的探究方案一，“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”，如图，A、b、c、d是四条不同金属导体。在长度、横截面界、材料三个因素方面，b、c、d跟a相比，分别只有一个因素不同：b与a长度不同；c与a横截面积不同；d与a材料不同。利用控制变量法的方法可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系。改变滑动变阻器滑片的位置，可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论。‎ 从理论上讲，这个实验的设计非常的完美，也非常容易得出结论，但笔者根据学校现有的实验器材去操作这个实验的时候，由于电压表精度的限制，导体两端获得的电压往往误差比较大，很难让学生获得信服的结论。基于以上考虑，笔者对该实验中探究导体长度与电阻的关系作了重新设计，并拓展提升，组织教学。‎ 实验设计方案：与DISDISLab数字实验系统相结合，用电压传感器测出电压，位移传感器来测导体的长度，来研究到导体长度变化时，导体两端的电压如何变化。实验电路图如下：‎ 教学片段设计及拓展提升：‎ 教师活动 学生活动 设计意图 教师指导学生阅读书本“探究方案一”。‎ 问题1、根据该实验的设计电路图，说出该实验设计的原理。‎ 教师演示：根据电路图连接实验设备，根据实验的需要用电压传感器来代替电压表，为了探究导体长度和电阻的关系用位移传感器来测量长度的变化。实验前介绍下电压传感器和位移传感器的使用方法。‎ 演示1：逐渐改变导线的长度，观察电压传感器的示数变化并通过电脑软件来记录U和L的数值。‎ 问题2、U和L可能是怎样的关系。通过数据的拟合得出U和L 的关系。(教师截图，并保留数据)‎ 课堂延伸：‎ 思考1： 展示U-L图像，让学生来猜测直线的斜率有何意义？‎ 教师通过板演来推理斜率的意义。‎ 学生阅读并思考讨论问题 学生观察并思考实验的数据 分析导体电阻与它的长度的关系：‎ 让学生利用串联知识，探讨此时导体电阻与长度关系。‎ 学生思考讨论 同学学生阅读、思考、讨论提高学生的探究合作能力和自学能力 通过数字传感的使用和数据的处理，提高学生处理数据的能力。‎ 通过数据的处理和保留为后续2011高考题的拓展提供帮助。‎ 培养学生的理论分析能力，学会用学过的知识再生新的知识，感受逻辑的力量 ‎ ‎ 思考2：如何在第一段导线的基础上在串联上一段相同横截面积不同材料的导线，继续做该实验，会得到怎样的图像？‎ 思考3：出示2011年浙江省高考题电学实验题让学生课后讨论完成。‎ 学生根据以前对图像问题的认识，通过讨论，合作途径完成斜率的意义。‎ 学生思考讨论 知识的深化和拓展，通过知识的不断拓延，让课堂所获得的图像不断的接近高考题，让学生感受高考题就在课堂中，高考题就在身边，并通过课后的合作讨论完成，体会成功。‎ ‎2011年的这道高考实验题是考查学生能力的好题，但是学生的得分率不高，暴露出他们对知识应用分析能力，数据处理能力上的不足，知识的迁移能力不强，没有掌握且不能灵活运用科学的思维方法。‎ 布鲁诺认为：“领会基本的原理和观念，看来是通向“训练迁移”的大道，因为基本概念和原理不仅是构成认知结构的重要框架，而且清晰、稳固、概括性强的概念和原理为新的学习提供了适当的起固定作用的观念”。学生能把所学的知识应用到新学习中或以后的生活和工作中是教育教学的根本目的之一。学生在学习中产生的有效迁移量越大，说明学生的缘由认知结构构建得越好。作为教学活动的先行组织者的教师，在每项教学活动中都应注意创设和利用有利于积极迁移的条件和教育契机，促进有效迁移的发生。这要求我们教师首先要努力塑造学生良好的认知结构，其实要善于设计，最后提高学生认知结构的巩固性和可辨识性，促进知识迁移。‎ 三、领会教材意图，活用促转变 教材所呈现的知识最终要转变为学生认知结构中的内容，需要教师在教学过程中将其加工，才能使学生真正掌握物理知识。如何在物理教学中将静态的知识转变为学生头脑中认知结构不是一个量的转化，实际上是一个结构的重组，设计学生心理的同化和顺应问题，是一个质的变化过程。‎ 基础教育课程改革纲要中强调科学探究在学生学习中的重要性，它的目的就是要让学生经历知识建构的过程。在物理教学中，教师依据教材运用一定的教学方法通过教学活动过程与学生共同构建物理知识，在教学活动中用“教教材”的观点对待教学，不发挥自己的主观能动性，就跳不出教材编写者对物理知识认识的范围。比如，现行教材的内容注重与社会实际、科技进步、学生经验联系，编入了新的栏目，如“思考与讨论”、“说一说”、“做一做”等栏目，目的是增加学生的生活体验，提高学生能力，故高考将会更加重视能力考查。‎ 下图为笔者认为教材利用的层次图，我们应该努力提高领悟教材的能力，让物理教材成为教师“悟”理的教材。‎ 教材 教之“源”‎ 教之“材”‎ 教之“魂”‎ 概念 规律 模型 图片 实验 例题 习题 人文 变式 组合 归纳 演绎 发散 替代 体验 ‎……‎ 新课程理念要求教师从“教教材”转变为“用教材教”的教学理念。教师如果拘泥于教材，等于放弃了自己对物理知识的认知，通过教材提供的素材结合教师自己对物理知识的再认知，这样有利于教学活动的开展。教学活动实际上是教师对物理知识结构的再认知，是对教材的再编写。努力让物理教学回归本源，让学生感受到“物理是有趣的，物理是有用的，物理并不难”激发学生学习的兴趣和动力，让更多的学生热爱物理，喜欢物理。‎ 参考文献：‎ ‎[1]梁旭主编，《普通高中物理新课程案例研究》，浙江教育出版社，2010年8月。‎ ‎[2]浙江省高考命题咨询委员会编著，《2012年浙江省高考命题解析---理科综合》，浙江摄影出版社，2012年12月 ‎[3]《普通高中课程标准实验教材物理3-2教师教学用书》，人民教育出版社，2010年4月 ‎ ‎[4]浙江省普通高中新课程实验工作专业指导委员会，《浙江省普通高中新课程实验物理学科教学指导意见》，浙江教育出版社，2012年7月 ‎[5]陈坚，《高效物理课堂的“教学起点” 》，中学物理教学参考，2012年10月 ‎[6]朱美健，《物理教材编写和中学物理教学要注重无形知识的构建》，中学物理教学参考 2008年8月。‎