基于高考试题的作业设计与思考——以2021年全国乙卷第24题为例

云南 张保雷 娄忠平

物理作业是高中物理学习的重要载体，在帮助学生强化物理知识、达成教学目标、提高科学思维、培养学科能力及学科核心素养等方面具有重要的作用。一线教师在进行物理教学和备考的过程中，应尽量让学生的物理知识结构化，并形成良好的知识体系，让学生能够利用所学的知识解决各种实际问题。如何实现上述作业目标，值得高中教育者思考。然而有些教师在进行物理教学和备考时布置的物理作业大多依赖教辅资料、高考试题和模拟试题，其中高考试题是公认的质量最高的试题，但是高考试题的选拔功能决定了高考试题有梯度、有难度，不少高考试题与作业的理念相悖。以高考试题为引领，进行作业设计，是直接、可靠、易操作的作业设计方法。下面笔者在对2021年全国高考乙卷理综第24题深入分析的基础上，设计符合学生认知、满足不同阶段和不同层次学生学习的作业，供高中物理教师参考。

1 试题与评析

【试题】一篮球质量为m=0.60 kg，一运动员使其从距地面高度为h1=1.8 m处由静止自由落下，反弹高度为h2=1.2 m。若使篮球从距地面h3=1.5 m的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球、球落地后反弹的高度也为1.5 m。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为t=0.20 s；该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取g=10 m/s2，不计空气阻力。求：

(1)运动员拍球过程中对篮球所做的功；

(2)运动员拍球时对篮球的作用力的大小。

【答案】(1)W=4.5 J (2)F=9 N

【评析】本题以打篮球的基本动作为情境，考查牛顿运动定律、运动学公式、功能关系等物理主干知识，旨在考查考生获取信息、综合分析处理信息、建立物理模型、类比推理等关键能力。从学科素养的角度，既有对运动观和能量转化与守恒的考查，又有对模型建构、科学推理的考查，同时还有引导学生关注身体健康、加强身体锻炼、积极参加体育运动的价值引领。该题是一道既体现基础性、应用性、综合性，又兼具创新性和区分度的高考优秀试题，可见一道高考试题需要承载多项“任务”。一道试题可能有知识的交叉，能力的复合以及素养的融合，但是如果直接将此类试题作为所有学生的作业就不合适了。为使学生最终能达到解答高考试题的要求，教师可以根据学生的学情，设计作业，具体举例如下。

2 作业设计

2021年全国高考乙卷理综第24题是以自由落体运动模型为基础，可以使用多种方法解答，其中匀变速直线运动规律和功能关系是两条常用的解答途径，但是无论选择何种路径解答，画出模型图，把试题情境转化成需要的过程都是解题的关键。在高一阶段，学生学习自由落体运动后可以完成作业1，学习了功与能后可以完成作业2，作业1、2既可以巩固基础知识，又可以培养学生把实际情境转化成物理模型的能力。具体如下：

【作业1·高一上学期】一运动员将一篮球从距地面高度为h1=1.8 m处由静止释放，重力加速度大小取g=10 m/s2，不计空气阻力。画出该过程的简图，求：

(1)篮球下落的时间；

(2)篮球撞地前瞬间的速度大小。

图1

(2)由自由落体运动规律v=gt，代入数据得篮球撞地前瞬间的速度大小为v=6 m/s，对篮球从静止下落到地面过程由速度和位移的关系式v2=2gh1，代入数据得v=6 m/s。

【答案】(1)t=0.6 s (2)v=6 m/s

【作业2·高一下学习功能后】一篮球质量为m=0.60 kg，一运动员使其从距地面高度为h1=1.8 m处由静止自由落下，反弹高度为h2=1.2 m。与地面作用时间可忽略，重力加速度大小取g=10 m/s，不计空气阻力。画出该过程的简图，分别用运动学和能量转化与守恒，计算篮球撞地前后的速度大小和动能变化。

图2

【答案】篮球撞地前后动能减少了3.6 J。

【点评】“作业1、2”旨在复习和巩固学生对自由落体运动、竖直上抛运动规律和能量守恒定律的理解，培养学生把生活情境转化为物理模型的能力、推理能力和逆向思维能力。这些基础知识和关键能力是解答复杂直线运动问题的基础，并在巩固基础的同时，为学生能够解决复杂问题，做好知识、方法、能力和心理的准备。

在学生掌握了基本知识和基本方法后，下一步的教学重点就是要进一步培养和提升学生的推理能力、分析综合能力等学科能力和模型建构、科学推理等学科素养，为此笔者设计了作业3、4、5、6、7。

(1)与地面第一次碰撞后篮球上升的最大高度；

(2)篮球停止前运动的总路程。

【答案】(1)1.35 m (2)12.6 m

【点评】“作业3”解法多样，可以引导学生重点关注利用能量转化与守恒定律的方式解答。同时需要学生进行数学归纳，发现每次与地面碰撞时篮球运动的规律。用数列的知识解答，旨在培养学生的推理能力和利用数学解决物理问题的能力，开阔学生视野，提升学生的科学思维。

(1)运动员拍球过程中对篮球所做的功；

(2)若运动员在拍球时，对球的作用力为恒力，求作用力大小与作用距离之间的关系。

(1)运动员拍球过程中对篮球作用力的冲量；

(2)若运动员拍球时对球的作用力为恒力，求作用力大小与作用时间之间的关系。

【点评】“作业4、5”是为了让学生在巩固基础知识的同时，从不同角度对同一物理过程进行分析，体会同一过程的不同问题需要选用不同的物理知识和物理方法来解答。

(1)运动员拍球的作用力的大小；

(2)请用v-t图像描述篮球下落的过程。

图3

【答案】(1)9 N (2)见解析

【点评】物理图像是形象、直观描述物理过程的重要方法，学生如果能正确地作出篮球下落的v-t图像，那么就说明学生对该物理过程已经有了深入正确地理解，相关问题也就迎刃而解了。“作业4、5、6”旨在让学生分别从牛顿运动定律、功和能、冲量和动量三个方向解决物理问题，让学生在巩固基础知识的同时，从不同角度对物理问题进行建模分析，培养思维的灵敏度和视野的宽度。有了以上作业的铺垫，学生将会对该物理过程有深入的认识和理解，并具备了相关的解题能力，继而再尝试解答2021年全国高考乙卷理综第24题就相对容易了。

【作业7·一轮或二轮复习】2021年全国高考乙卷理综24题(略)。

对学有余力的学生，为其提供进一步学习的方向或提供具有挑战性的作业也是老师的责任，为此笔者设计了作业8。

【作业8·二轮或三轮复习】在2021年全国高考乙卷理综24题的基础上追问。

(3)请你思考后，查找资料，回答：篮球在碰撞地面的过程中，为什么每次与地面碰撞前后的动能的比值不变，机械能损失有什么规律？

【点评】作业8为挑战性作业，即使学生不能按要求完成作业，在学生经历了思考，查找资料后，也能让学生对碰撞有更深入的思考和认识，还能促使学生的知识更加结构化、思维更加活跃、眼界更加开阔，同时培养学生的科学思维和科学推理能力，培养学生勇于探究的科学态度。

3 结束语

深度学习是指在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，且能够将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策和解决问题的学习。深度学习不是一蹴而就，需要在基础学习的基础上逐渐逼近深度学习，笔者认为在长期的高考备考过程中，基于高考试题，设计有梯度的作业是充分利用高考试题，达到教学目的、提升作业质量和促进学生深度学习的有效方法之一。