激励学生命题，促成物理自觉，升华核心素养——以“木板+滑块”模型为例谈新高考理念下的二轮专题复习

罗玉芹

（江苏省淮阴中学，江苏 淮安 223001）

自觉指自己有所认识而觉悟，自己感觉到，自己意识到，是内在的自我发现的过程.物理自觉指的是学生在物理学习中，主动积极地通过知识建构整合、迁移重组、质疑创新、内化物理观念，形成对物理内在本质规律的自我发现和自我领悟，从而提升自身解决实际问题的能力和素养.

一轮复习注重的是夯实基础，注重知识点的各个击破，侧重的是必备知识的梳理和关键能力的培养，学生往往“只见树木不见森林”.二轮复习需要注重规律、方法和思维的整合，培养融合创新能力，侧重学科素养和核心价值的培养.因此，二轮复习更需要活化课堂，激励学生参与试题命制与问题解决，培养高阶思维，以促成学生物理自觉，升华学生物理核心素养.要站在学生的视角，贴合学生的认知，打破知识体系的框架限制，搭设台阶，层层递进，“低起点，高落点”的设计以主题为引领、以学生为主体的二轮复习专题.

下面以“木板+滑块”模型为例，谈谈新高考理念下的高三物理二轮专题复习的实践与思考.

1 预期目标

学生是学习真正的主人，学生只有全面参与问题的设计和解决，才能真正实现对物理规律的自我觉醒.从学生的视角进行课堂设计，鼓励学生以基础模型为载体，从基本情境入手，自主设计问题，并通过不断升级题设条件，丰富试题的广度和深度.学生自主命制试题，通过对信息量表达的规范和全面的思考，促成学生读题解题时提取有效信息的获取自觉；通过对题目中的因果关系和逻辑关系的思考，促成学生解题时的逻辑思维自觉；通过对解决问题所需要调用的规律和方法的思考，深化对物理规律的内涵和外延理解，全面促成物理自觉，升华核心素养.

2 前课准备

每个学习小组结合已有认知，编制3道以“板块”模型为情境载体的试题，问题难易要有梯度，其中至少有一题是开放性试题.

教师收集和筛选学生命制的试题，按照由简单到复杂，由特殊到一般的认知规律逐次设计活动流程，课堂上以学生自主命制的问题为活动主线，通过由浅入深、由特殊到一般，逐步探究和总结，在问题设置和问题解决中形成系统的认知.

3 活动流程

以学生命制的试题为主线，通过“激活规律，提炼方法”“迁移情境，建构模型”“聚焦节点，融合过程”3个环节，逐步推进，建构“板块”模型大概念，培育学生解决物理问题的大思维，引领学生达成物理自觉.

3.1 激活规律，提炼方法

物理规律是物理现象或物理过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映.［1］教师激发学生通过自主命制和解决问题，加深对物理规律的内涵和外延全面深入的理解，加深对物理方法使用条件、优劣势的剖析，引领学生选择合理的规律和合适的方法灵活处理问题.

图1

学生命题1：如图1所示，质量为M的木板静置于光滑水平面上，质量为m的小滑块以水平速度v0滑上木板，滑块与木板间动摩擦因数为μ，若滑块恰好不会从木板上滑落，求：

（1）滑块最终速度大小；

（2）木板的长度.

试题品评：这是一道学习探究情境的基础问题，题设条件“光滑”、“恰好”，简化了问题情境，突破口明确，适用于选取多种物理规律和方法解题，有利于规律激活和方法提炼，适合作为讨论问题的母题呈现.

物理自觉：题设关键词“光滑”说明木板和地面之间没有摩擦力，“恰好”说明滑块滑至木板右端时与木板的速度相同，由于系统所受合外力为零，根据动量守恒定律可轻松求得滑块最终速度；根据牛顿运动定律和运动学公式亦可成功求解.滑块对木板的相对位移大小等于木板的长度，可依据运动学公式求解位移之差，可依据vt图像求解，可依据能量守恒定律求解，可依据相对运动公式求解，学生尝试用不同规律和方法解题，通过和其他同学的思维碰撞，体会动力学观点、能量观点和动量观点处理具体问题的优越性，激活学生对规律的理解，尝试用多种方法解题，有效训练学生解决问题的思维，唤醒学生的物理自觉.

学生命题2：如图1所示，质量为M、长为L的木板静置于光滑水平面上，质量为m的小滑块以水平速度v0滑上木板，滑块与木板间动摩擦因数为μ.试分析板块可能的运动情况和可以求解的物理量.

试题品评：这是一道开放式情境问题，对学生思考物理问题的全面性提出更高要求，有利于学生对滑块是否会从木板上滑落这个关键节点的理解，有利于学生综合分析能力的提升.

物理自觉：学生通过由具体的问题求解到全面思考该模型下的各种可能运动情形，对基本的板块模型形成一个相对系统的认知，对滑块位移、木板位移、它们之间的相对位移以及滑块动能、木板动能、系统内能之间的关系有了准确的认知，深刻认识到受力分析是处理板块模型的核心环节，摩擦力突变是分析相对运动情形的关键节点，总结处理“板块”问题的思路和方法，形成由现象分析到本质思考、由感性认识到理性思维的物理自觉.

学生命题3：如图1所示，质量为M的足够长木板静置于光滑水平面上，质量为m的小滑块以水平速度v0滑上木板，滑块与木板间动摩擦因数为μ.若仅改变上述题设条件中的一个，试分析如何增加滑块在足够长木板上的运动位移及增加它们之间因摩擦产生的内能.

试题品评：这是一道进阶式情境问题，顺应学生的认知和思维发展，学生通过自主思考、小组合作讨论，展示解题心得、剖析错解原因，进一步提炼出解决问题的具体思路和方法，有利于培养学生全方位、多角度分析问题解决问题的能力.

解法1展示：图像法定性探究相对位移大小（图2中虚线均为条件改变后的情况）.

图2

解法2展示：公式法定量求解相对位移大小

公式法定量求解产生的内能

物理自觉：图像法在比较相对位移大小时，更直观、形象、快捷，优势明显；若采用图像法求解产生的内能，研究ΔE仅随M或v0变化时，形象快捷准确；在研究ΔE仅随m或μ的变化时，因为涉及到变化趋势相反的两个变量，不能得出结论，此时用公式法求解产生的内能优势很明显.认识到图像法和公式法在解决问题时各有优势，相辅相成又相得益彰，拓展了思维的深度、厚度和广度，提升了思维的深刻性、灵活性和敏捷性，形成处理问题时先尝试用多种方法解题、再对多种方法进行比较和择优的物理自觉.

3.2 迁移情境，建构模型

情境迁移能力属于高阶思维能力，对学生的关键能力和学科素养要求高.教师需要给学生以恰当的引领，需要精心设计情境变换，呈现给学生看似形态各异的、跨度很大的不同情境，引领学生通过分析和比较，透过情境找出它们的本质联结，形成“板块”模型大概念，促成思维提升.

迁移问题情境1：如图3所示，子弹打木块.这可视为一对摩擦力关联的“板块”模型，其中子弹相当于上述命题情境中的滑块、木块相当于该情境中的木板.

图3

迁移问题情境2：如图4所示，滑块冲上光滑圆弧槽.这可视为一对弹力关联的“板块”模型，其中圆弧槽相当于上述命题情境中的木板.

图4

迁移问题情境3：如图5所示，电磁感应现象中的双棒问题.这可视为一对安培力关联的“板块”模型，a棒相当于上述命题情境中的滑块，b棒相当于该情境中的木板.

图5

迁移问题情境4：如图6所示，足够长的轻质薄板静置于光滑水平面，物块M静止于薄木板的右端，物块m以水平速度v0滑上薄板，m、M与薄板之间的滑动摩擦力满足μmg＜μMg时.

图6

这可视为一对摩擦关联的“板块”模型，其中M和轻质薄板的组合体相当于上述命题情境中的长木板.

物理自觉：通过对板块模型的迁移，强化对板块模型的建构，在具体问题情境中运用等效观点培育学生的科学思维，提升学生的学科核心素养.总结出“板块”模型的实质就是“一对大小相等，方向相反的作用力”关联的实物模型，从相互作用观点、运动观点和能量观点促进学生的认知升华、思维迁移和素养养成，有效提升综合分析能力、模型建构能力、信息重新整合的创新能力.

3.3 聚焦节点，融合过程

通过对相关物体的受力分析、运动过程分析以及对摩擦力突变的关键节点的判断，先将实际复杂的运动过程分解为多个子过程，分别确定各个子过程的运动性质，再将各个子过程有机融合，有效衔接，全程综合考虑，提升分析、解决复杂问题的能力.

学生命题4：如图7所示，质量为M、长为L的木板静置于光滑水平面上，质量为m的小滑块以水平速度v0滑上木板，滑块与木板间动摩擦因数为μ1，木板与地面之间的动摩擦因数为μ2，试分析滑块和木板可能有哪几种运动情况.

图7

试题品评：这是一道开放式情境问题，与学生命题3情境不同之处是木板和地面之间不光滑，对学生的综合分析能力提出了更高的要求.首先需要判断“木板是否能够滑动”，若木板能滑动，还需进一步判断与滑块“是否能够共速”以及“共速后能否一直保持相对静止”两个关键节点，对关键节点的突破有利于提升学生的抽象思维.如图8所示，为滑块和木板可能的4种运动情形.

图8

物理自觉：通过对滑块和木板受力分析可知，它们存在以下多种可能的运动：起始时木板是否会滑动；物块是否会从木板上滑落；共速后是否能够保持相对静止.木板是否滑动，取决于滑块给木板的摩擦力和地面给木板的摩擦力大小的比较；滑块是否滑落，取决于木板长度是否足够长或滑块到达木板右端前是否共速；共速后是否保持相对静止一起做减速运动，取决于动摩擦因数μ1、μ2大小的比较，且领悟到：木板一旦能被滑块带动［满足条件：μ1mg＞μ2（m+M）g］，它们若能达到共速，共速后就一定保持相对静止（满足条件：μ1＞μ2）一起做减速运动.综上分析，判断“板块”的可能运动情形，应在“起始、滑落和共速”这几个关键节点的突破上下功夫，此类复杂过程问题便可迎刃而解.

学生命题5：如图9所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，质量M=0.2kg的足够长绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端放置质量m=0.1kg、电荷量q=+0.2C的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数μ=0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力；现对木板施加方向水平向左、大小为0.6N的恒力F，取g=10m/s2.则滑块

图9

（A）先做加速度减小的加速运动，最后做匀速直线运动.

（B）一直做加速度为2m/s2的匀加速运动，直到滑块飞离木板为止.

（C）速度为6m/s时，滑块开始减速.

（D）最终做速度为10m/s的匀速运动.

试题品评：这是一道力电情境综合题，加入了洛伦兹力的作用，知识跨度大，能力要求高，适合考查学生的思维迁移和学以致用能力，有利于形成处理“板块”类问题的综合思路，有利于提升学生综合分析能力，有利于高阶思维的培养，这正是物理二轮复习需要达成的目标.

物理自觉：因滑块与绝缘木板之间动摩擦因数μ=0.5，可判断出滑块随木板一起作加速运动的加速度a≤μg=5m/s2.用假设法、整体法推得滑块速度较小（即速度v＜6m/s）时能随木板一起作加速度a1=2m/s2的匀加速运动.滑块运动过程中速度增加引起所受洛伦兹力的增加、滑块和木板之间弹力的减少，从而引起摩擦力的减少；当滑块的加速度a2＜2m/s2时不能保证滑块随木板一起作加速运动，即滑块速度v=6m/s时它们开始相对滑动；当滑块速度v=10m/s时，滑块所受洛伦兹力和其重力平衡，以后滑块做匀速直线运动，木板做加速度a3=3m/s2的匀加速运动.

处理运动过程较为复杂的问题时，需要从两大“分析”——受力分析、运动过程分析入手，结合各种性质力的特点，抓住运动状态关键节点，分步研究运动过程，确定运动过程在不同阶段的运动性质，各个击破、层层推进、先分后总，逐步解决问题，养成先分析后综合的物理自觉.

3.4 导图引领，升华认知

教师和学生一起总结概括，共同完成思维导图.

课堂总结以高度浓缩的思维可视化导图形式呈现，如图10所示.通过整体架构，“既见树木又见森林”，思路清晰，有助于学生对“板块”模型形成全方位、多角度的系统认知，提高解决问题能力，深入内化物理观念，提升科学思维品质，形成物理大概念大思路，促成物理自觉.

图10 思维可视化导图

4 实践感悟

学习进阶的思想认为，学习是一种不断积累发展的过程，学生对核心概念的理解、物理规律的掌握和运动情景的建立不是一蹴而就的，而是需要经过许多个不同的中间水平，而在一定的时间范围内，依靠恰当的教学策略，学生对这核心概念、物理规律的理解和运用，便会不断发展，逐渐成熟.［2］

学生是学习真正的主人，学生通过全面参与问题的设计和解决，通过积极主动参与知识与模型的重组、整合、建构、完善等思维的碰撞，到方法的选择、评估和优化，真正实现自我觉醒和能力提升.教师通过活化课堂，真实从学生的视角进行课堂设计，聚焦学生的思维难点和盲点，通过多种手段激励和引导学生积极参与、主动体验、碰撞修正，实现学生的物理自觉.把培养学生的核心素养真正落实在教育教学的每一个环节，有效达成学科育人目的.