如何提高高中学生解决物理情景问题的能力

林 丽

（四川省青神中学校，四川 眉山 620460）

不管是近年来高考还是各地的诊断性考试，物理试题都呈现了这样的一些特点：试题展现的较为新颖，情景题较多，对学生审题要求更高，试题更注重真实性，对学生应用数学知识解决物理问题的能力提高，这就对我们的学生在学习物理中有了更高的要求，也使我们教师面临了新的挑战。为了提高学生在解决物理情景问题的能力[1]。笔者做了以下的研究。

一、学生为什么在面对情景问题时会存在问题

1.情景问题导致物理模型不能建立

1.1 情景不熟悉

在物理考试中不是每个情景都是我们熟悉的，有些是学生完全没见过的，例如2021年高考甲卷的第15题“旋转纽扣”是一种传统游戏。扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。这一题由于是传统的游戏，对70后和80后学生来讲情景很熟悉，但对现在的学生来讲从未见过，导致学生不能把这类题与所学的物理模型建立起来

1.2 情景较新或涉及科技前沿

在物理试题中会出现一些情景较新或科技前沿，例如：2021年6月10日，搭载3名宇航员的神州十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，三位宇航将在太空生活6个月。若某位连同装备共100 kg的宇航员出仓执行任务，在离飞船30m的位置与飞船处于相对静止状态，为返回飞船，宇航服中的高压气源一次性喷出一定质量的速度40 m/s的气体，5分钟后宇航员返回飞船，则喷出气体的质量为多少？该题涉及了最新的神州13号，学生对发射卫星的过程是比较熟悉的，但该题考的不是发射卫星的变轨问题，而是依据神州13为情景考动量定理。这类试题的特点涉及科技前沿，对于很多学生来说只是知道在实际生活中有这些东西，但是从物理考题来看不知它能与什么样的知识相结合。

1.3 情景描述较为复杂

有些情景本身不难，但在描述情景问题时，出题人为了描述清楚题目本身考的意图，描述试题时描述得非常细致，导致情景较复杂[2]。例如，以2022年北京冬奥会上高山滑雪为情景运动轨迹有直线段和弧线段。分别描述了各直线段的距离，直线段上滑道作用于滑板的作用力，其中描述在斜面内分为与运动方向始终相反的分量和垂直于运动方向的分量，其中与运动方向相反的分量大小是运动员与滑板总重力的k倍；在弧线段运动员均减速，经过弧线段后的动能是进入弧线段时动能的一半。若运动员在直线段运动过程中保持姿态不变，从P1点由静止开始下滑。该题描述情景的信息文字太长，为了使该题严谨，这些文字又是必不可少的，学生一看到大量的文字就头晕脑涨，再加上对情景的叙述复杂，不易理解，致使学生做题时抓不住重点，不易从描述中提取有用信息。

1.4 情景较熟，但学生读漏关键字

物理题中有很多是非常熟悉的情景的，但学生在这类题中反而容易出错，因为学生觉得这类情景很熟，知识也简单，但往往容易漏掉关键的区别，导致容易失分。例如，小明同学在家做家务时用拖把拖地，沿推杆方向对拖把施加拉力F，此时拉力与水平方向的夹角为θ，且拖把刚好做匀速直线运动。该题情景是生活中常见的劳动情景，学生在家也基本使用过，可是学生在审题时只读了沿推杆方向，而漏了施加的是拉力从而把这题看成了推力导致结果错误。

2.课堂教学仍然陈旧

教学方法单一，手段陈旧，教学方法还处于一支粉笔、一张嘴、一块黑板，从而使学生不能体会情景问题，只是存在于老师的讲解和学生自我的想象，对情景就理解不清。有些老师更甚至让学生死记一些物理模型，

当考到一样问题时就会做，情景稍微变化，就完全不知试题在考的什么物理模型。

3.学生应对考试只是机械刷题，忽略了考试的本质

现在的学生为了考试，就喜欢机械刷题，他们可能会觉得，不会的题目，刷题多了，自然就会了，他们在初中的时候因为知识内容少，知识简单，通过大量机械做题来获得了成就感，但在上高中后，对学生的能力要求更高了，题目更加灵活、开放，更多考查学生发现问题、解决问题的能力时，这些学生存在的问题，就会暴露出来。特别是情景类问题，遇到的有可能是同一情景但是所考查的是不同的物理模型[3]。如果学生还是靠大量机械刷题，有可能做出来的答案南辕北辙。

二、如何解决学生面对情景问题时存在的问题

1.在课堂教学中怎样结合情景来教学

1.1 利用现代化教学手段优化物理情景

有些情景由于并不是我们随处可见的，甚至是抽象的，我们可以利用现代化教学手段，能生动地再现生活情景，也能将不同的情景进行整合，并且能动态的展示情景的核心内容。如在讲卫星的发射时，可以利用视频观看卫星发射的全过程，并利用PPT制作动画效果来结合可以涉及的物理问题，让学生对情景一目了然，使学生对问题更加深刻和进一步的理解。

1.2 课堂上多角度的进行情景设问，把所学的知识能有机的结合起来

所谓课堂上情境设问，是指在我们的课堂教学中，依据教学内容，展示内容对应的情景，并向学生提出一些需要解决的问题，这样可以让学生从情景出发，结合自己所具有的物理知识去解决问题。我们还可以从一个背景中多角度的去设问。利用相同的试题背景构建出不同的物理模型，有利于学生对知识的掌握和灵活运用。如滑雪作为试题背景，滑雪运动员可以做直线运动、圆弧运动、平抛运动。可以设置以下情景问题运动员若要直线下滑的快需要如何做，下滑的加速度是多少？经圆弧的最低点，运动员处于超重还是失重状态，最低到最高重力的功率如何变化？平抛中运动员什么时候离斜面最远，最远距离是多少，若增大运动员平抛的初速度，落在同一斜面上的速度方向是否会变？这样从不同的运动不同的问题去问，可提高学生所学知识与所做的题能够结合起来，举一反三，融会贯通。

1.3 课堂上用实验来设置物理情景问题

物理课堂中，演示实验是必要的，学生可以通过实验形象、准确地理解知识内容，提高学生探究问题的能力。我们利用演示实验创设情景问题，老师提出问题，让学生在观察与思考中发现问题、提出质疑，并用实验来有效地解决问题。这样能够调动学生的学习热情，增强学生的应试能力和学习能力。如竖直圆周运动的绳模型，我们可以用自制的绳模型来演示绳模型的运动，当运动速度较小时不能过最高点，若超过半圆但不过最高点，小球将做斜抛运动，若不超过半圆，则小球会来回摆动，通过演示，让学生通过自我观察就可以解决问题，而且让学生对这一情景印象深刻。如可以自制力的合成的平行四边形，可以用器材直观看出两个分力大小不变，夹角变小，合力增大。

1.4 教学中利用数学工具来辅助理解情景问题

在解决物理问题时，数学方法是必不可少的。数学方法在物理学中的应用有推导法、比值定义法、极值法、微元法、图像法、函数图像法、几何图形法、矢量法、微元法、数形结合法等。我们可以利用数学工具来帮助自己理清情景题意，比如当我们在遇到多过程的问题时，情景可能较为复杂，我们可以利用画示意图来帮助理解情景，使物理过程形象、直观。并利用速度时间图像来形象地描绘出运动的变化特点，而且可以利用该图像快速看出速度、加速度、位移的变化。当我们在物理中遇到描述了立体空间的运动时，我们可以利用数学上的三维坐标来找立体空间关系。动态平衡问题中当遇到三个力的平衡，其中一个力大小方向不变，其余两个力的夹角不变，可以利用数学中的圆形来画动态变化图，这样求解不仅形象直观而且简洁明了。

具体教学案例：以《人造卫星宇宙速度》的教学设计为例

课前准备：学生收集资料卫星的有关资料了解以下问题：1.我国哪一年发射了自己的第一颗人造卫？人造卫星的轨道有哪些？

引入新课：学生上台展示查找的资料

教师：现在我们地球上空有非常多的人造卫星，它们会相撞吗？它们如何被发射来绕地球运动的？今天我们就通过学习来解决这一问题。

新课教学：

播放不同卫星绕地运动的视频学生观察

问：（1）不同卫星的其运行轨道相同吗？

（2）这些不同卫星靠什么力来运动？

PPT展示，图中有三颗不同的人造地球卫星围绕地球运动，它们运行的轨道如图所示。

问：三颗卫星的轨道正确吗？为什么？什么样的卫星轨道才是正确的？

学生回答：卫星轨道的圆心必须要在地心。

教师小结：根据卫星轨道的不同可以分为三种轨道：赤道轨道、极地轨道和其他轨道。

教师：有那么多不同轨道和不同高度额卫星，问怎样才能将卫星发送到指定轨道上的呢？

利用PPT动画放牛顿发射卫星的设想。

学生抛物演示：观察落地点随速度的变化情况。

问：当我们平抛一个物体时物体落地地面上的某一点，增大抛出的速度，物体会距我们越远。

问：如果我们增大物体平抛的速度到足够的某一值，物体有没有可能不再落回地面？

学生出现不同观点。

问：物体至少需要多大的速度才会不再落回地面？

学生分小组讨论：（教师引导利用万有引力知识）

学生讨论得出：物体需要大约7.9km/s

教师总结出，所以我们要发射一颗人造卫星至少需要7.9km/s，这就是地球的第一宇宙速度。

第一宇宙速度的定义：人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。

问：如果要发射更高轨道的速度需要怎么办呢？高轨道上卫星运行的速度与低轨道相比大还是小？为什么？

播放神十三的发射过程的视频。

学生讨论分析：发射的轨道越高所需要的速度越大，在从低轨道到高轨道的过程中动能会大量转换为势能，所以在高轨道的卫星速度反而小。

教师总结：区分发射速度和环绕速度，指出第一宇宙速度是最小的发射速度，也是卫星绕地球运动的最大速度。

PPT展示宇宙的三大速度。

问：我们发射高轨道卫星时是否是直接发射到高轨道呢？如果不是，具体是怎样发射的呢？（学生思考下去查找资料，下节课探究）。

课堂小结：本节课主要学习了人造卫星宇宙速度，让大家对卫星的发射有了初步的认识，下节课我们将讲一下特殊的人造卫星-同步卫星几同步卫星如何发射，同学们下来查找一下相关资料。

2.在作业讲评中对同情景类的问题进行归纳总结

学生在做题时经常会碰到同个情景类的问题，虽然情景基本是一样的但考查的方向有可能不一样，这会导致学生做一样的情景题时不能保证每次都对。如冰壶的运动类的有关试题。这些试题经常可能都会涉及动量守恒，但在不同的题中有不同的描述，有些可能描述实际中出现摩擦冰面的情况，导致提出会出现不同摩擦的过程，不同的题中会出现不同的速度去碰撞，导致碰撞的结果不同，不同的题会有不同的表达方式来表示情景，图像、文字。如果学生没把具体的问题分析清楚，就会出现一团混乱。而我们老师在评讲试题时如果将题进行对比，在进行归纳总结，那学生对模型的建立就会轻而易举。

3.关注科技发展前沿，引导学生联系所学知识理解科技前沿

科学技术的发展必然以物理学科为基础。前沿科技可以涉及到物理的各个方面。动力学、能量、动量、电磁学等等。如第5代通信技术，使学生可以从物理学的角度理解5G技术的特点，引导学生结合所学的近代物理、物理光学、电磁波的知识了解5G技术诸如信号频率、波段、电磁波的发射于接收等相关信息，思考相关问题。如神十三引导学生结合卫星的发射，宇宙的速度、变轨、对接、能量、动量等相关知识。

4.关注体育运动，引导学生用物理知识的解决问题

体育运动情景也与物理知识结合紧密。如冬奥会的滑雪，冰壶比赛等可以涉及特殊的匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动等多过程问题；可以涉及力学、能量、动量，撑竿跳高架可以涉及能量变化、超重、失重，打篮球可以涉及抛体运动，掷铅球可以涉及动量定理、动能定理，掷链球涉及圆周运动和离心现象，等等。所有的体育运动可以结合物理中的力学、运动学、能量、动量来考试。

结语

总而言之，物理情景题相对于其他常规题型有着一定的难度，为了提高学生情景题的解题能力，我们老师一定要不断改变自己的教学模式，在教学中利用各种方法来辅助自己的情景教学，使学生在平时的学习中去提升解决这类问题的能力，从而更好地适应新课程改背景下的题型，适应新的高考。