基于深度学习的高三物理习题教学策略

广东 陈庆贺

高三物理习题教学是强化物理学科知识、达成课堂教学目标、提高学生科学思维、培养学生综合分析物理问题的能力及学科核心素养的重要手段，直接影响学生高考备考的效果。深度学习是以发展学生的高阶思维和培养学生解决问题为目标的高层次的学习方式，着重强调学生对知识和规律的深度理解、整合与运用，在促进学生形成系统的物理观念和科学思维等方面具有无可替代的作用，为高三物理习题教学的建构和设计提供了新的思路和方向。基于深度学习的理念，笔者认为高三物理习题教学可以采取以下教学策略，从而打造有内涵、有深度、有实效的习题课。

一、教学设计精细化

高三习题教学需要精细化的教学设计，以利于激发学生的学习兴趣、提升学生的认知水平及提高学生的物理能力。教学设计精细化，要求教师在每个知识点的教学中，遵循学生的认知发展规律，以典型例题为线索，引导学生由浅入深地分析和思考问题。在此过程中，学生不仅巩固了所学的物理知识，而且潜移默化地经历和体会知识背后的物理逻辑思维和物理思想方法，从而有效地提升了思维品质。

【例1】如图1所示，假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体，一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为

图1

( )

首先，教学中需要学生明确：此公式只适用于两个质点(或两个均匀球体)之间，其中r为两个质点(或均匀球体的球心)之间的距离。此时，学生对万有引力定律的认知还只是停留在机械的、表面的阶段。

接着，可以向学生提出以下问题：若把一个质量为m的物体置于质量为M的地球的球心处，此时物体所受的万有引力有多大？通过这个问题的求解，可以让学生加深对万有引力定律公式适用范围的理解，而且还可以初步体会微元法和对称性等物理思想方法。

最后，再向学生呈现例1。通过对例1的分析、思考和求解，可以使学生既真正体会到该公式的适用范围，又对万有引力定律的“平方反比关系”有了更深刻地理解，还能进一步感受物理学思想方法、体验物理规律之美，真正促进了学生对知识的深度理解，提升学生的学科能力。

二、知识结构系统化

高三的习题教学不仅仅是习题的练习，更重要的是通过练习促进学生物理知识结构的形成，实现物理知识结构系统化。这就要求教师在教学过程中，有意识地综合运用表格、方框图、网络图、概念图、思维导图等形象、直观的方式，对原有孤立的、分散的、碎片化的知识进行梳理整合、拓展加深，从而促进学生思维的可视化发展，构建物理学科的知识体系。

【例2】在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项。质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，当地的重力加速度为g，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是

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A.动能减少了Fh

B.重力势能增加了mgh

C.机械能减少了(F-mg)h

D.机械能减少了Fh

【反思】高中物理教材以及教学内容的安排，通常是以模块化的形式呈现知识内容，如“能量的守恒和转化”这部分核心知识，在力学、电磁学、热学、近代物理等章节中均有不同程度的体现。这种离散的、分板块的设置方式适合学生初始学习，但是不利于学生形成系统的能量观。因此，在高三的习题教学中，可以通过讲解例题2，让学生熟悉和理解力学中的各种功能关系，然后引导学生从“能量的守恒和转化”这一普遍规律的高度进行演绎推理，得到如下的结构化表格，从而有效促进学生形成系统化的物理知识。

表1

三、问题进阶链式化

高三的习题教学由于时间紧、任务重，所以并不能满足于“讲一题，会一题”，而是要尽量实现“做一题，懂一类”。因此，在习题教学中要有意识地给学生设置进阶的问题链，让学生在链式问题的解决过程中，始终抓住解决问题的本质和方法，并在推理、归纳的过程中渗透问题意识和证据意识，从而让学生理解知识、掌握规律，使学生形成良好的认知结构，也就实现了举一反三。

【例3】如图2所示，与水平面夹角θ=37°的光滑斜面和半径R=0.4 m的光滑圆轨道相切，均固定于竖直平面内。一质量为m的小滑块从斜面上的A点由静止开始下滑，忽略空气阻力，要使小滑块通过圆环轨道的最高点C，求小滑块释放点距水平面的高度。

图2

【反思】动能定理是高中物理的核心重点内容之一，也是每年高考的热门考点，且在压轴题中常有出现，因此在高三的习题教学中可通过链式问题进阶的方式进行有效突破。首先通过例3的训练，让学生对动能定理的典型应用有了初步的了解和掌握。在此基础上，可以通过设置以下链式进阶问题，使学生对动能定理、力与运动、功能关系等知识的理解更加深入，从而构建正确的力与运动观和能量观。

进阶1.若小滑块沿圆环轨道运动而不脱轨，小滑块释放点距水平面的高度应满足什么条件？

此问题主要考查对“不脱轨”的理解，它包括两种情况：小滑块可以做完整的圆周运动(与例3一致)和小滑块运动到圆轨道圆心等高处之前速度减为0(临界点为在圆心等高处速度为0)。此问题可培养学生的审题能力、理解能力和综合分析能力。

进阶2.若小滑块从斜面上距水平面h=2R的高度由静止释放，小滑块运动到什么位置将脱离轨道？

此问题需要学生深刻理解“脱离轨道”意味着小滑块与轨道之间的弹力变成零这一临界条件。通过此问题，一方面深化学生对“不脱离轨道”问题的认识；另一方面引导学生全面论证“脱轨”应满足的条件，综合应用牛顿第二定律和动能定理进行解题，培养学生科学思维能力和探究能力。

进阶3.若小滑块从斜面上距水平面h=2R的高度由静止释放，设小滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5，则小滑块第一次通过最低点B时的速度是多少？

进阶4.(紧接进阶3)请分析小滑块的运动情况。

此问题需要学生先判断出小滑块不能通过圆轨道圆心等高处，则小滑块将做往返运动。由于小滑块在斜面上受到的摩擦力做负功，所以小滑块每次冲上斜面最高点的位置将逐渐降低，最终在圆轨道上对称地做往返运动。通过此问题，可以让学生充分体会和运用力与运动的相关知识，提高学生的综合分析能力。

进阶5.(紧接进阶4)求小滑块在斜面上滑行的总路程。

此问题要求学生能在上述分析的基础上，整体把握小滑块运动的全过程，找到“斜面上滑行总路程”的本质，即摩擦力做功，且大小不变的摩擦阻力做功与物体运动的路程有关(W=-fs路，这是高中物理唯一能直接求路程的公式)，从而培养学生抽象与概括、联想与推理的能力。

进阶6.(紧接进阶5)小滑块经过圆轨道最低点B时，求它对轨道的最小压力。

此问题要求学生能在进阶5的基础上，理解小滑块在圆轨道上对称地做往返运动时经过B点的速率最大，此时对应所受到的支持力也最大，从而利用动能定理和牛顿第二定律进行求解。然后，再利用牛顿第三定律即可求出小滑块对轨道的最大压力。本题将力与运动、功能关系完美结合，加强了学生对所学规律的深入认知，培养了学生分析综合、推理论证的科学思维和严谨认真的科学态度。

四、解题方法模型化

模型是客观事物的真实表征，是认识世界的手段和工具，也是新高考物理试题的重要考查方向。高三的习题教学，应有意识地帮助学生归纳和建构常见的物理模型和数学方法模型，并进行针对性训练，从而发展学生的模型建构能力。

【例4】如图3所示，滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上。a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动。不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g，则

图3

( )

A.a落地前，轻杆对b一直做正功

C.a下落过程中，其加速度大小始终不大于g

D.a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg

题目1.如图4所示，飞行员利用秋千进行身体素质训练。他将秋千绳拉到水平位置，然后由静止开始下摆，当秋千绳与水平方面的夹角为多大时，飞行员(可把飞行员看作质点)所受重力做功的瞬时功率最大？

图4

题目2.如图5所示，相距为2L的A、B两点处有两个电荷量均为+Q的点电荷，求两点电荷连线上场强的最大值。

图5

题目3.如图6所示，运动员在快艇的水平牵引力作用下，脚踏倾斜滑板在水上匀速滑行，设滑板是光滑的，若运动员与滑板的总质量为m，滑板的总面积为S，水的密度为ρ。当滑板与水平方向的夹角(板前端抬起的角度)为θ时，水对板的作用力大小F=ρSv2sin2θ，方向垂直于板面，式中v为快艇的牵引速度，S为滑板的滑水面积。为了使滑板能在水面上滑行，求快艇水平牵引滑板的最小速度。

图6

以上几道题目虽然分别涉及力和运动、功和功率、电场的性质等不同章节，但是解决问题时所用的数学方法模型却是一样的，即都是利用了不等式求极值。因此，教师在备课时要对现有的习题资源进行梳理、分类和整合，让学生多进行这种“形异神同”的训练，以帮助学生体会物理知识和数学方法的本质，提升学生的解题能力。

五、归纳总结辨析化

归纳和总结是学生有效提高学习效果的重要方法，也是实现深度学习的重要环节。高三的习题教学，要善于对学生在学习过程中出现的各种问题和错误进行分类整理、归纳总结，以实现把学习问题转变为学习资源，从而加深对所学知识的理解和掌握。

【例5】磁流体发电机的原理如图7所示。将一束等离子体连续以速度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，可在相距为d、面积为S的两平行金属板间产生电压。现把上、下板和电阻R连接，上、下板等效为直流电源的两极。等离子体稳定时在两极板间均匀分布，电阻率为ρ。忽略边缘效应及离子的重力，下列说法正确的是

图7

( )

A.上板为正极，a、b两端电压U=Bdv

【反思】“洛伦兹力与现代科技”这一部分知识中所涉及的磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件等现代科学设备，其本质都是速度选择器，即带电粒子在复合场中所受的电场力与洛伦兹力等大反向，但学生在碰到这类问题时，常常混淆不清。究其原因为学生在分析过程中没有抓住问题的关键，有意无意地弱化或忽略了这些仪器设备的个性特征，导致对结论的理解过于程式化而出错。为了解决这一问题，可以让学生完成例5后，引导学生以列表的形式归纳这些仪器的工作原理，辨析它们各自考查的侧重点，从而有效突破思维障碍。

表2