挖掘教材资源 实施变式教学 提升思维品质①——引导学生回归物理教材的尝试

(1. 内蒙古自治区乌拉特前旗第一中学,内蒙古 巴彦淖尔 014400；2. 天津经济技术开发区教育促进中心,天津 300457)

专题复习是高三物理课堂教学的主要课型之一，其效率直接影响教学效果与高考成绩[1]。高考物理命题坚持“突出基础性、注重综合性、加强应用性、体现创新性”的理念，对专题复习课来说，典型例题的教学无疑成为落实好该理念的重要抓手。

近年有不少高考物理试题源于教材，高于教材，试题虽源自教材，但遵循“能力立意”的要求。要提高学生的物理问题解决能力，就要培养学生的思维品质。从心理学角度讲，思维品质是思维产生和发展中表现出的个性差异。主要体现在思维的广阔性与深刻性、思维的独立性与批判性、思维的逻辑性与敏捷性三方面。具体到高中物理学科，物理思维品质主要体现在：能对高中物理概念、规律有正确、全面的认识，能对相似的物理概念、规律加以区分并应用于具体事例中，能综合所学的物理知识准确、快捷地解决问题。

倘若以物理教材中的习题素材为蓝本进行拓展、变式、创新，无疑是提高复习效率、培养学生思维品质的有效途径。鉴于此，笔者以专题复习课教学为例，与同行们探讨如何利用教材习题进行变式教学，促进物理知识建构，培养学生思维品质的复习策略。

1 一题多问，加深概念和规律的理解，提升思维的深度和广度

例1(由人教版物理选修3-2改编)：设图1中的磁感应强度B=1T，平行导轨宽l=1m，光滑金属棒PQ以v=1m/s速度贴着导轨向左匀速运动，R=1Ω,金属棒PQ的质量为m=0.1kg,电阻为0.5Ω，导线框的电阻不计。

图1

图2

问题1：运动的金属棒PQ会产生感应电动势，相当于电源。画出该装置的等效电路图。

解：画出电路图如图2所示。

问题2：通过R的电流大小等于多少？方向如何？

问题3：金属棒PQ两端的电势差UPQ为多少？

问题4：整个电路消耗的电功率为多少？电阻R消耗的电功率为多少？

问题5：求金属棒PQ所受的安培力F安。

问题6：求使金属棒PQ向左匀速运动所需要的外力F外。

问题7：外力做功的功率为多少？克服安培力做功的功率为多少？

问题8：若撤去外力F外，则金属棒PQ将会怎样运动？当金属棒PQ运动的速度为0.5m/s时，求金属棒PQ的加速度大小和方向。

问题9：若撤去外力F外后，导体棒还能向左运动x=0.15m，则电路中通过电阻的电量为多少？

设计意图：问题1、2、3、4、9以电磁学基础知识为载体设计，问题5、6、7、8以动力学知识为载体设计，所有问题均以高中物理核心知识为依托，既体现基础性，又彰显了综合性。问题是思维的起点，有不同的层次梯度，高水平的问题可以提升知识理解的深度和思维的全面性[2]。设计问题时要根据学生已有认知水平和课程标准，围绕学科核心概念、重要物理规律，根据循序渐进、螺旋上升的原则，设计连贯的、逐级递进的问题序列，降低综合性问题的难度，驱动学生的认知思维向着高水平思维不断进阶。

2 一题多解，加强知识点之间的横向对比，提升思维的独立性与批判性

例2(由人教版物理2改编)：把质量为0.5kg的石块从10m高处以30°角斜向右上方抛出(如图3)，初速度是v0=5m/s。不计空气阻力，取g=10m/s2。求石块落地时的速度为多大？

图3

解析：方法1：利用“动能定理”求解。

方法2：利用“机械能守恒定律”求解。

方法3：利用“运动的合成与分解”求解。

设计意图：动力学观点、能量观点、动量观点通常称为解决力学问题的三把“金钥匙”。2017年高考物理考试大纲完善了考核目标和考查内容，将动量知识列为必考内容，这为解决物理问题打开了又一扇窗。通过一题多解可以提高学生分析问题和解决问题的灵活性和创造性，同时，也可极大地激发学生学习物理的兴趣，并使物理知识系统化，使得思维独立性与批判性有较大的提升。

3 一题多变，设置梯度，促进物理知识的建构，提升思维的逻辑性与敏捷性

例3(由人教版必修2改编)：游乐场的过山车可以底朝上在圆形轨道上运行，游客却不会掉下来(如图4)。我们把这种情形抽象为如图5所示的模型：弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接。使小球从弧形轨道上端滚下，小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动。

图4

图5

变式1:已知轨道最高点P距离水平地面高为h，圆环轨道半径为R，小球质量为m，重力加速度为g,不计一切阻力。若该小球从P点静止释放后，经过最低点B时的速度为多大？对轨道的压力是多少？

变式2:已知圆环轨道半径为R，小球从P点静止释放后，当小球经过圆轨道最高点A时，轨道对小球的作用力恰好等于小球的重力，则P点距离地面的高度h是多少？

变式3：已知圆环轨道半径为R，若小球从静止释放后，小球若能在圆轨道上完成圆周运动，P点的高度至少多大？

变式4：已知圆环轨道半径为R，将小球从P点释放，要求小球能通过圆形轨道最高点，且在该最高点与轨道间的压力不能超过5mg(g为重力加速度)。求P点高度h的取值范围？

变式5：小球从高为h的P点释放后恰好通过半径为R的圆轨道最高点A，若考虑阻力影响，则小球自P点运动到A点的过程中，克服阻力做功为多少？

变式6:图6为某游乐场内水上滑梯轨道示意图。整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切。点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面。一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB上任意位置滑下，不计空气阻力。

图6

(1) 若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面D点，OD=2R，求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf；

设计意图：变式1、2旨在帮助学生树立模型意识，培养建模能力，巩固学生对基本规律的掌握；变式3、4旨在提高学生运用数学知识处理物理问题的能力；变式5、6旨对基础知识进行整合和迁移应用，体现创新性。对例题进行广泛变换与引申，尽可能引申出更多相关性、相似性的新问题，引导学生建构知识体系，进一步发展学生思维的敏捷性，培养学生良好的思维品质。复习的目的不仅在“温故”，更在“知新”，包括知识的加深和技能的扩展，同时对思维能力与运算能力进行训练和再提高，尤其是使学生对知识的系统化能力、分析解决问题的能力上升到一个新的高度。

4 结语

中学物理教材中的习题是诸多教育专家、学者和一线教师在长期的教学实践中积累下来的典型案例，是对教材内容的必要补充和强化，是重要思想方法的提炼和升华，其极强的衍生性成为高考试题推陈出新的源泉。开发教材习题不仅可以提高学生对概念、规律、定理等基础知识的理解和掌握，更重要的是可以开发学生的智力，提高学生解决问题的能力和物理思维品质，促进学生物理核心素养的提高。

[1] 朱铁成.中学物理教学案例研究与分析[M].杭州：浙江大学出版社，2012：187.

[2] 查汉华，杨海清.基于证据意识培养的进阶式问题驱动教学[J].中学物理教学参考，2017,(6):15-17.