探索学科本原，践行试题创新体系——中学物理原创试题设计探索

福建

郑行军

习题教学是物理教学的重要组成部分，高效的习题教学对于物理教学质量水平的提升有着极其重要的意义。近几年随着新课程改革的不断深入和各种新技术手段的运用，很多新颖的发展模式已经深入到教育领域并引起巨大的教育变革，如何对物理习题进行重新设计和命制，使之更契合新课改的要求，从而提高习题教学和习题检测的评价与反馈功能是当下物理教学研究的一项重要课题。

一、以物理题型为主线建立模块化习题系统

物理习题是实际物理问题和物理现象的科学简化、科学抽象和理想化过程，而学生解答物理习题的过程就是在实际的情境中灵活地应用物理知识和方法的过程，所以分析习题所给出的物理情境和过程特征，从中抽象出相应的理想化物理模型，分析物理过程的特点，是解答物理习题的必经之路。在进行习题设计时应该以物理模型为主线，创造出物理情境，在指导学生解题时有意识地培养学生在物理情境中抽象出物理模型的意识；在设置与教学同步配套的习题时，应以题型为主线，对某一章或几章知识点进行规范化、模块化的整理，构建起能够科学的引导和检测学生对于知识认知、知识应用等知识和技能掌握程度的习题资源交互平台，从而实现教、学、用的有效整合。

【案例1】牛顿运动定律习题命题规划

根据章节内容特点和学生认知水平将全章习题分化为基本概念、题型归类、实验探究三个模块重新归类，如图1所示，以题型为全章习题主体，引导学生强化模型化解题意识，实现学习进阶。

二、设计习题变式与关联，触发学生思维迁移

物理是一门以模型构建知识脉络的学科，所有物理现象和物理规律都会依据一个基本的物理模型而进行衍生拓展，因此在进行习题命题时，应根据物理学科特点，以基本模型为出发点，不断衍生附加信息，构建习题支架。教师在进行习题选取和设计时，可以根据学生当时的学习认知发展水平，科学合理的选择题源，对习题进行再构造，对题设条件信息合理延伸，不断地变化知识结构、思维方法，引导学生突破解题思维定式，触发思维迁移，实现学习效果的螺旋式上升。

【案例2】关联性原创习题设计

【习题题源】如图2所示，汽车通过轻质光滑的定滑轮，将一个质量为m的物体从井中拉出，绳与汽车连接点距滑轮顶点高h，开始时物体静止，滑轮两侧的绳都竖直绷紧，汽车以v向右匀速运动，运动到跟汽车连接的细绳与水平夹角为30°，则 ( )

A．从开始到绳与水平夹角为30°时，拉力做功mgh

C．在绳与水平夹角为30°时，拉力功率为mgv

【习题关联变式设计】摄制组在某大楼边拍摄武打片，要求特技演员从地面飞到屋顶。如图3所示，若特技演员质量m=50 kg，导演在某房顶离地H=12 m处架设了滑轮组(人和车均视为质点，且滑轮直径远小于H)，不计一切摩擦。若轨道车从图中A匀速前进到B，速度v=10 m/s，绳BO与水平方向的夹角为53°，则由于绕在轮上细钢丝的拉动，使演员由地面从静止开始向上运动。在车从A运动到B的过程中(取g=10 m/s2，sin53°=0.8) ( )

A．演员上升的高度为1.5 m

B．演员上升过程一直做匀加速直线运动

C．演员最大速度为3 m/s

D．钢丝在这一过程中对演员做功为975 J

【试题原创思路】在上题斜拉牵引常规模型的基础上引入电影拍摄的实际情境，使题目更贴近生活实际，为考查学生对于题源中的三个重要知识点(运动的合成与分解、位移关系和动能定理求解变力做功)的掌握程度，本题在原有的斜拉牵引模型的基础上附加了滑轮组模型，通过对原有习题的重构，可以很好地检测学生是否真正理解速度关系和位移关系的内涵，从而提升学生的审题和综合分析能力。

三、科学组合物理模型，加强学生推理与综合分析能力的培养

新高考要求设计的试题能考查学生是否能够把一个复杂问题合理肢解并找出它们之间的隐含联系；是否能够提出解决问题的方法，运用物理知识综合解决所遇到的问题。基于这个思想，在进行习题命制时将两个或几个简单模型进行有机组合成为一个新的习题也是一个很好的设计思路。

【案例3】组合型原创习题设计

【习题组合设计】科技的发展，使得人类在其他星球上生活成为可能。未来某一天，一辆汽车在某星球表面有一定坡度的圆环形路面水平转弯，图4为路面的剖面图。路面倾角为θ，汽车质量为m，转弯时汽车速率恒为v，转弯半径为r，且恰好没有受到侧向摩擦力。设该星球的半径为R，引力常量为G，则以下说法正确的是 ( )

【试题分析】本题组合了两个基本模型:汽车转弯及天体的运动，以重力加速度为关联量考查了力的合成、牛顿运动定律及万有引力定律。组合题型的分析要求学生首先要清楚了解两个基本模型的解题策略，而后以关联量为桥梁联立求解，即可突破此题的思维障碍。

四、有机整合物理模型与数学知识，提升应用数学处理物理问题的能力

数学与物理是两门紧密联系的学科，数学符号是物理概念、规律最常用的表述形式，是研究和解决物理问题的重要工具，扎实的数学功底和良好的数学建模能力是学好物理的基础。高考考纲就明确要求学生能运用几何图形、函数图象进行表达、分析物理问题。在解答物理习题时应体现出数学知识、数学方法的运用，提升学生综合分析能力。

【案例4】数理型原创习题设计

(1)小环a滑至斜面时的速度大小；

(2)小环a与斜面碰撞后沿斜面方向的分速度？

【试题分析】本题综合了曲线运动和曲线方程等多个知识点，解题策略需以曲线方程为切入点求出环滑至斜面的坐标，由动能定理求环滑至斜面的速度大小；由函数导数求出速度与水平方向的夹角，而后利用运动的合成与分解求环与斜面碰撞后的沿斜面方向的分速度，题目涉及运动的合成与分解、动能定理、二次函数和导数等数学和物理知识，是一道非常典型的数理结合型物理习题。

【数理习题设计2】在光滑的水平面内建立如图6所示的直角坐标系，长为L的光滑细杆AB的两个端点A、B被分别约束在x轴和y轴上运动，现让A沿x轴正方向以速度v0匀速运动。已知P点为杆的中点，杆AB与x轴的夹角为θ。则下列说法正确的是 ( )

A．P点的运动轨迹是一条直线

B．P点的运动轨迹是圆弧的一部分

C．P点的运动速度大小v=v0tanθ

【试题分析】本题设计的隐含信息是由数学方法分析动点P运动轨迹的函数方程，由方程判断P点的速度方向与杆AB夹角的变化规律，从而找出P点速度与A点速度的关系，是一道新颖的数理结合型习题。

习题的训练是课程教学的动态延伸，一套科学、合理、优化的物理习题可以最大限度地反映学生的认知水平，科学的检测学生的学习情况，发展独特的个体个性。教师可以有效利用各种技术手段，多思考、多创新，用各种新颖试题去吸引学生，激发学习兴趣，使学生的学习能力和创新思维能力得以充分的发挥，从而积极地推动习题教学的发展与变革。