浅谈基于“三位一体”的物理试卷讲评课

孙鹏伟

(西安交大二附中，陕西 西安 710061)

学习不是为了考试,但考试是为了更好地学习,考试后对试卷的讲评是为了更有效的学习.在高三的备课复习中,不仅考试的频次比较高,而且考练与讲评常常占用了比较多课堂教学时间,对于有限的课堂教学时间,有效的讲评就尤为重要.如何有效讲评试卷?其中以“问题化学习”方式设计试卷讲评课,即根据学生答卷情况,围绕试题中所涉及的物理知识、物理方法、物理思想、物理观念设计“以学生问题为起点、以学科问题为基础、以教师问题为引导”的三位一体系列有效问题,开展有效的试卷讲评,实现对所考查知识的再次建构与能力的提高,提高备考复习的效率与效益.

1 以学生问题为起点,解决答卷中显性与隐性问题

1.1 源自学生答卷中显性的问题

根据学生答卷情况,依据试题双向细目表,从对基础知识认知、理解、掌握、应用等方面查找大多数学生所存在的问题;依据物理学科特点,从物理方法、思想、观念及科学思维等方面查找大多数学生所存在的问题.例如,在曲线运动的章节检测中学生错误率比较高的一道试题如下.

(B) 水平恒力作用2t时间,物体速度大小为v0.

根据试题学生的答卷主要存在以下问题:

(1) 基础知识认知问题.不清楚当物体受到水平恒力的作用且运动为先减速到最小速度(最小速度不为0),然后又加速的运动一定是曲线运动.

(2) 基本规律理解问题.没有理解对于变速运动当物体速度有最小值时,合外力的方向一定和速度方向垂直,因此不能准确判断物体的运动是曲线运动且开始合外力的方向和速度方向之间夹角为钝角.

(3) 建构模型问题.即物体的运动是类斜上抛运动模型.水平恒力等效为重力,当初速度大小方向一定时,运动的最小速度(即水平方向分速度)和物体重力(合外力)大小无关.

(5) 建立物理思想问题.即对称性思想.类斜上抛运动在运动过程中其速度大小在时间和空间上都表现为对称性,由运动的对称性可知,初速度为v0,经过ts速度为最小值,再经过ts速度大小又变为v0.

图1

(6) 形成物理观念问题.即运动的观念,也就是运动的时空观.即(A)、(C)选项分别应用动量定理和动能定理求解.

上述问题的解决就能够建构如图1所示的运动模型,问题自然得到解决.

1.2 源自学生答卷中隐性的问题

学生做对的试题其求解分析、推理演绎等解答过程往往都是一致的,但做错的试题其错误的原因是多种多样的.教师在进行讲评课的准备环节,必须分析学生做错试题的背后隐性的问题,尤其关注因为基本概念不清、规律理解不到位、物理思想方法没有建立及物理观念缺失等问题而导致的错误.

图2

(1) 若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x.

(2) 为使这装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm.

(3) 讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v′与撞击速度v的关系.

该题从2012年高考中出现后的至今5年中,笔者分别在不同学校的高三年级第一轮复习后做过测试,在学生事先做过或教师讲过的情况下,时隔一段时间后再次出现,多数学生仍不能思路顺畅地正确分析解答,甚至逢考必错.究其原因,关键问题如下.

(1) 建构模型意识缺失.没有认识到“轻质弹簧与轻杆”是“轻质模型”问题.

(2) 对轻质模型的理解不到位.不知道“轻质”因为其质量m=0,无论轻杆如何运动,根据牛顿运动定律其合外力始终为0.

(3) 基本概念不清.轻杆在每次运动过程中因沿运动方向所受到的“滑动摩擦力”不变,根据(2)结论得到,轻杆在每次运动过程中弹簧的弹力不变且相同,即弹簧的压缩量保持不变且都相同.

(4) 能量守恒的观念缺失.小车撞击弹簧并使轻杆运动,每次撞击转化的弹性势能都相同,根据能量守恒得小车每次被弹回时的速度都相同.

2 以学科问题为基础,建构以学科教育为目标的系列化问题

完整意义的物理教育应当包括物理知识教育、物理方法教育、物理思想教育、物理观念教育与物理精神教育.[1]因此,对于物理学科的试卷讲评课,以物理学科问题为基础,就是从物理学科教育出发,依据考题双向细目表查找在建构物理知识方面存在的问题,依据学生答卷情况查找在物理方法及物理思想的建立中存在的问题,依据所考查的章节知识查找在建立物理观念方面存在的问题.通过对试卷的评讲,必须使学生在应用中掌握方法、形成思想及建立观念.

图3

(A)v1>v2,W1>W2.

(B)v1=v2,W1>W2.

(C)v1

(D)v1=v2,W1=W2.

图4 图5

例4.(2016年江苏高考题)如图6所示,倾角为α的斜面A被固定在水平面上,细线的一端固定于墙面,另一端跨过斜面顶端的小滑轮与物块B相连,B静止在斜面上.滑轮左侧的细线水平,右侧的细线与斜面平行.A、B的质量均为m.撤去固定A的装置后,A、B均做直线运动.不计一切摩擦,重力加速度为g.求:

图6

(1)A固定不动时,A对B支持力的大小N;

(2)A滑动的位移为x时,B的位移大小s;

(3)A滑动的位移为x时的速度大小vx.

依据学生试卷所表现的思维不顺畅、关系不明确甚至不会做等问题,指导学生从物理方法、思想、观念切入,建构物理模型.

(1) 建立物理观念.

① 时空观念.画运动几何图寻找两个运动过程的空间关系.

② 相互作用观念.根据两个物体间的相互作用寻找其他物理量的关系.

③ 守恒观念.从能量守恒观念寻找两个物体能量的关系.

(2) 形成物理思想.

① 等效思想.B斜向下的运动等效为沿水平方向与竖直方向的两个分运动.

② 能量守恒思想.A、B整体满足能量守恒,B减少的重力势能转化为A、B运动的动能.

图7

(3) 掌握物理方法.

① 建构连接体模型的位移关系.如图7所示,有

② 建构连接体模型的速度微元关系.

③ 应用机械能守恒建立等量关系.

通过上述的问题引导和讲评,建立学科观念、形成学科思想、掌握学科方法.

3 以教师问题为引导,建构发展学生能力及提高思维品质的问题

就题讲题的讲评那是纠错,对于知识综合性强、思维灵活性要求高等难度较大试题,教师还应根据试题再设计以发展学生思维能力为主的试题,例如,设计多题一解的横向拓展、探究一题多解的纵向挖掘,培养学生的发散思维能力,提高学生的思维品质.若回眸近几年全国课标卷高考试题的第25题,自2013年至2017年连续5年的试题都表现为一题多解.例如2013年课标卷Ⅰ第25题的第(2)问如下.

图8

例5.如图8,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ,间距为L.导轨上端接有一平行板电容器,电容为C.导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g.忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求金属棒的速度大小随时间变化的关系.

解法1.根据物理微元法思想.

设在Δt内导体速度变化Δv,导体两端电压变化ΔU,电容器两板电荷量增加ΔQ,根据Δv=aΔt，ΔU=BLΔv，ΔQ=CΔU=BCLΔv，可得

根据牛顿运动定律，有

mgsinθ-μmgcosθ-B2L2Ca=ma，

解法2.根据物理时空观念.

根据动量定理得

(mgsinθ-μmgcosθ-BIL)Δt=mΔv.

由Q=IΔt=CΔU，ΔU=BLΔv，代入上式得

(mgsinθ-μmgcosθ)Δt-B2L2CΔv=mΔv，

解法3.根据能量守恒观念.

设导体下滑s位移时,瞬时速度为v,则电容器两板电压U=BLv,电容器充电储存的能量为

根据能量守恒得

点评:解法1中,导体变速运动,微元法切入,思维从“时间微元”向其他“物理微元”辐射;解法2中,从运动观念的时空观切入,思维从动量定理的“线”指向安培力冲量的“点”;解法3中,依据能量守恒观念,使思维呈现“立体状”发散,由表及里逐一拨开,最终指向与公式v2=2as的对比.[2]

1 邢红军,张抗抗.论物理思想的教育价值及其启示[J].教育科学研究,2016(8):61-68.

2 孙鹏伟.探析近四年高考“压轴题”的变化[J].中学物理教学参考,2016(11):65-67.