雁過有聲，教亦有痕

汪顯和

摘 要：核心素養(yǎng)是當前教育流行的主題，是學生終身學習能力的核心部分。物理習題中的情景緊密聯(lián)系生活、科技，物理量之間的時間關系、因果關系、空間關聯(lián)等關系都盡情展現(xiàn)，物理事件的發(fā)生發(fā)展時間的先后順序、前因后果和空間上逐步遷移、環(huán)環(huán)相扣。實踐證明，利用物理習題教學對學生核心素養(yǎng)進行培養(yǎng)行之有效。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；習題；教育目標

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）7-0041-4

物理習題中的情景緊密聯(lián)系生活、科技。而且習題中各物理量之間的時空關系、因果關系環(huán)環(huán)相扣，其復雜性使習題教學成為抓住物理核心素養(yǎng)教育的非常重要的任務，利用物理題目實施物理核心素養(yǎng)教育是行之有效的。

1 題目及解析

1.1 題目（2016年10月，浙江高考加試題）

為了探究電動機轉速與彈簧伸長量之間的關系，小明設計了如圖1所示的裝置，半徑為l的圓形金屬導軌固定在水平面上，一根長也為l、電阻為R的金屬棒ab一端與導軌接觸良好，另一端固定在圓心處的導電轉軸OO'上，由電動機A帶動旋轉。在金屬導軌區(qū)域內存在垂直于導軌平面，大小為B1、方向豎直向下的勻強磁場。另有一質量為m、電阻為R的金屬棒cd用輕質彈簧懸掛在豎直平面內，并與固定在豎直平面內的“U”型導軌保持良好接觸。導軌間距為l，底部接阻值也為R的電阻，處于大小為B2、方向垂直導軌平面向里的勻強磁場中，從圓形金屬導軌引出導線和通電電刷從轉軸引出導線經開關S與“U”型導軌連接，當開關S斷開，棒cd靜止時，彈簧伸長量為x0；當開關S閉合，電動機以某一轉速勻速轉動，棒cd再次靜止時，彈簧伸長量為x（不超過彈性限度）。不計其余電阻和摩擦等阻力，求此時：

1）通過棒cd的電流Icd；

2）電動機對該裝置的輸出功率P；

3）電動機轉動角速度ω與彈簧伸長量x之間的函數(shù)關系。

解析 1）S斷開，cd棒靜止，有

1.2 方法歸納

解答電磁感應綜合問題一般需要搞清楚三個關系：運動過程的關系、等效電路的關系和物體受力的關系。這三個關系在具體問題的發(fā)生和發(fā)展中相互制約，呈現(xiàn)一個閉合三角形的過程（如圖2）。解決電磁感應問題的思維過程都應該按照這個封閉三角形的過程進行分析。

1.3 思維呈現(xiàn)

（1）明確運動過程。ab棒在磁場1中勻速轉動切割磁感線，cd棒在磁場2中，在開關斷開時是靜止的，開關閉合最后穩(wěn)定時也是靜止的。

（2）畫出等效電路。ab棒切割磁感線相當于電源，根據(jù)右手定則可知b端相當于電源的正極，導體棒cd和電阻R并聯(lián)，等效電路如圖3。由于棒ab、cd和電阻R的電阻相等，都為R，可以知道電路中的總電阻為R=，流過cd的電流方向從d到c，大小和流過電阻R上的電流相等都為總電流的一半，即IZ=2Icd。

（3）受力分析。開關斷開時cd棒保持靜止，對cd棒受力分析可得（1）式mg=kx0。開關斷開時，由于流過cd的電流方向從d到c，根據(jù)左手定則可以判定cd棒所受的安培力方向豎直向下，可以得到（2）式mg+B2Icdl=kx。聯(lián)立（1）（2）兩個式子就可以解得流過cd棒的電流。根據(jù)能量的關系可以知道電動機對該裝置所提供的能量轉化為電能，最終全部轉化為焦耳熱。根據(jù)能量守恒定律可以得出（6）式，結合電路規(guī)律得出（5）式和（4）式，聯(lián)立（3）（4）（5）（6）就可以解得電動機對該裝置的輸出功率。第（3）小題是要找ω和x的關系，x是彈簧的伸長量，彈簧拉著cd，所以還是要從cd的受力情況入手，即利用（2）式，結合電路規(guī)律（8）式和（7）式，就可以解得最后結果（9）式。

2 習題教學中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

總結上面的解析和思維過程可以看出，本題的解答過程無論是從內容上、解題的方法上，還是學生所需要的能力素養(yǎng)方面都體現(xiàn)了當前比較流行的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。所謂的核心素養(yǎng)可以歸納為三面九項，即“自主行動”“溝通互動”“社會參與”三大方面，包括身心素質和自我精進、系統(tǒng)思考與解決問題、規(guī)劃執(zhí)行與創(chuàng)新應變；符號運用與溝通表達、科技信息與媒體素養(yǎng)、藝術涵養(yǎng)與美感素養(yǎng)；道德實踐與公民意識、人際關系與團隊合作、多元文化與國際理解。無論從問題情境的設置、物理知識、物理方法以及對學生能力的要求都充分體現(xiàn)了學科教學對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.1 自主行動素養(yǎng)

2.1.1 身心素質和自我精進

該素養(yǎng)的核心內涵是具備身心健全發(fā)展的素質，擁有合宜的人性觀與自我觀，同時透過選擇、分析與運用新知，有效規(guī)劃生涯發(fā)展，探尋生命意義，不斷自我精進，追求至善。每次重大考試對學生的心理素質都是一種鍛煉，像這樣大量文字敘述的問題對學生來說更加是一種考驗，穩(wěn)定的健全的心理素質是解決難題的關鍵。能夠穩(wěn)定的、冷靜的、準確的從大量的文字下面快速有效地找到有用的信息，做好合宜的規(guī)劃，這對學生的身心素質有很大的促進。比如：本題中從該裝置的意義到該裝置的詳細介紹是通過大量文字描述出來的，準確理解文字內容，對解題的過程做好清晰的規(guī)劃，這就是一個自我精進的過程。

2.1.2 系統(tǒng)思考與解決問題

該素養(yǎng)的核心內涵是具備理解、思辨分析、推理批判的系統(tǒng)思考與后設思考素養(yǎng)，并能行動與反思，以有效處理及解決生活、生命問題。物理學的特點是與生活科技聯(lián)系十分密切，是自然科學的重要基礎。真實的生活和科技是物理學的源泉，所以在具體解題過程中真實準確的時空觀是應該時時準確把握和運用的。例如本題的時間過程有兩個：第一個是開關斷開，第二個過程是開關閉合?？臻g場景有兩個：一個是棒ab在磁場1中做圓周運動切割磁感線，一個是在磁場2中cd棒靜止。分清時間和空間上的這兩個過程是解決問題的關鍵。這樣的分析過程中充分體現(xiàn)了物理學的時空觀，物理事件的發(fā)生和發(fā)展完全遵循時間和空間的規(guī)律，所以遵循時空發(fā)展的系統(tǒng)思考與解決方法是研究物理問題的最佳途徑，也是學生在學習成長過程中所必須要掌握的終身學習必備素養(yǎng)。

2.1.3 規(guī)范執(zhí)行與創(chuàng)新應變

該素養(yǎng)的核心內涵是具備規(guī)劃及執(zhí)行計劃的能力，并試探與發(fā)展多元專業(yè)知能、充實生活經驗，發(fā)揮創(chuàng)新精神，以適應社會變遷、增進個人的彈性適應力。例如在上面的問題中，對磁場1中的ab棒切割磁感線產生電動勢的判斷要用右手來確定電源的正極，而到磁場2中對cd棒的安培力分析的時候就需要切換成左手定則進行安培力的判斷。在右手定則中大拇指的方向代表運動的方向，而在左手安培定則中大拇指的方向則是代表受到安培力的方向。通過這種在解題過程中通過不同的場景、不同的過程進行不同方法、不同角度、不同手段的轉換應用，可以促進我們學生的規(guī)范執(zhí)行和創(chuàng)新應變素養(yǎng)的提高。

2.2 溝通互動素養(yǎng)

2.2.1 符號運用與溝通表達

該素養(yǎng)的核心內涵是具備理解及使用語言、文字、數(shù)理、肢體及藝術等各種符號進行表達、溝通及互動，并能了解與合作他人，應用在日常生活及工作上。物理問題的解決過程要求我們的同學能夠讀懂文字描述，能夠將文字的信息轉換成圖像直觀表達；能夠將圖像的信息用簡潔的數(shù)學公式進行表示；能夠利用數(shù)學的手段準確得出簡單結果；能夠用物理的語言準確地將計算的結果進行簡潔的描述等等。這些過程都能夠幫助我們的學生深入地探究世界的本質，能夠運用科學的符號標記自己的認識內容和過程，最終有效幫助我們的學生能夠有效快速地與他人團隊、自然世界、科技媒體等等進行和諧順暢的溝通。最終促進學生的科學溝通表達的素養(yǎng)的發(fā)展。

2.2.2 科技信息與媒體素養(yǎng)

該素養(yǎng)的核心內涵是具備善用科技、信息與各類媒體之能力，培養(yǎng)相關倫理及媒體識讀的素養(yǎng)，并能分析、思辨、批判人與科技、信息及媒體之關系?？萍几咚侔l(fā)展，信息高度膨脹，互聯(lián)網(wǎng)下的社會每天都有大量的信息堆在你面前，有用的沒用的、國內的國外的、近的遠的、娛樂的八卦的、新聞的、美食的、農業(yè)的、軍事的等等。能否搜尋信息并能從所獲得的信息中快速準確地辨識獲得對自己有用的信息是當前非常重要的一種能力。類似于上述問題，物理的習題通常以生活經歷、社會科技等為背景，學生利用所掌握的知識對題中所給信息進行篩選，判斷出哪些是有用的，哪些是沒用的。有用的之間又是怎樣的聯(lián)系，該如何去運用等等。通過這種問題的解決無形當中培養(yǎng)了學生科學地獲取和篩選信息的能力，提高了信息媒體素養(yǎng)。

2.2.3 藝術涵養(yǎng)與美感素養(yǎng)

該素養(yǎng)的核心內涵是具備藝術感知、創(chuàng)作與鑒賞能力，體會藝術文化之美，透過生活美學的省思，豐富對美善的人和事物進行賞析、建構與分享的態(tài)度與能力。能否高質量的生活，享受社會自然所帶給我們的快樂取決于一個人是否具備藝術涵養(yǎng)與審美素養(yǎng)。[1]物理學是研究物質運動和物質結構的科學，是探究物質世界一切規(guī)律的學科。在物理學中常用的研究方法就是從簡單到復雜，從理想到實際。為了研究的方便物理學常常將物質世界的實際物體抽象成為一個簡單的模型進行研究，例如質點、重心、點電荷等等，這是建立物理模型的過程，也是一種大膽的藝術感知與創(chuàng)造。比如上述問題中，利用等效電路將整個裝置中的電路的情況表示出來，這不僅需要物理學的知識，更是需要美感素養(yǎng)和對實際事物進行科學構建的能力。在解決物理問題的過程中通過經常使用等效法、理想法、模型法、類比法、對稱法等等科學方法不僅可以鍛煉學生科學解決物理問題的能力，還可以培養(yǎng)學生的藝術涵養(yǎng)，促進審美素養(yǎng)的提高。

2.3 社會參與素養(yǎng)

2.3.1 道德實踐與公民意識

該素養(yǎng)的核心內涵是具備道德實踐的素養(yǎng)，從個人小我到社會公民，循序漸進，養(yǎng)成社會責任感及公民意識，主動關注公共議題并積極參與社會活動，關懷自然生態(tài)與人類持續(xù)發(fā)展，而展現(xiàn)知善、知樂與行善的品德。如何培養(yǎng)學生的道德實踐和公民意識是當今教育的一大主題。例如當今社會能源問題是一大主題，如何有效解決能源的問題事關人類生存，我們每位同學都有責任。物理學與社會生活科技聯(lián)系十分密切，物理學的很多發(fā)展都是在為了促進社會大發(fā)展作貢獻的過程中不斷發(fā)展的。比如本題的物理背景正好是與科技有關的，電動機的轉動使得ab棒切割磁感線，產生電動勢，所以這就是一個相當于發(fā)電機的裝置。那么能否在這個裝置的基礎上改造出一個更大的更實用的發(fā)電機以供生活所用呢？以此鼓勵我們的學生帶著一種為社會為人類作貢獻的意識，利用自己所掌握的知識和能力投入到實踐創(chuàng)造中去。

2.3.2 人際關系與團隊合作

該核心素養(yǎng)的核心內涵是具備友善的人際情懷及與他人建立良好的互動關系，并發(fā)展與人溝通協(xié)調，包容異己、社會參與及服務等團隊合作的素養(yǎng)。人生來就是社會人，就一定會存在與他人和社會之間關系的處理的問題。當今社會錯綜復雜，一個人也不可能完全具備各種能力。所以，如何處理人際關系以及如何能夠與團隊進行很好的合作是一種非常重要的立足社會的能力。上述問題中對文字敘述詳細解讀的過程，猶如處理人際關系過程中理解他人一樣。解題過程中對一些物理量的關系的把握，對所列的方程進行求解的過程猶如團隊合作過程中進行自如的調動類似。從一個過程到另一個過程的自然過渡，從一個場景到另一個場景的順暢切換，都能夠對學生如何很好地處理人際關系和如何參與團隊之間的合作提供虛擬世界的模擬訓練，有利于學生人際關系和團隊合作能力的提高。

2.3.3 多元文化與國際理解

該素養(yǎng)的核心內涵是具備自我文化認同的信念，并尊重與欣賞多元文化，積極關心全球議題及國際形勢，且能順應時代脈動與社會需要，發(fā)展國際理解、多元文化價值觀與世界和平的胸懷。任何一門學科都不是獨立的，物理學科也是。對物理習題背景的理解、物理模型的抽象、物理方程的得出以及最后求解討論的過程等等無不要求我們的學生能夠運用物理知識以外的知識和方法進行解決。這就需要我們的學生能夠將物理之外的知識能夠很好地融合起來，形成真正的跨學科的多元素養(yǎng)。物理學的時空觀，教會學生如何進行局部與整體的把握，幫助學生在處理問題的過程中能夠統(tǒng)領全局、粗中有細、科學辯證地分析問題的能力。物理習題的多個過程、多個場景、多生活經歷、多科技背景、多文化元素等的特點，有利于促進我們學生未來發(fā)展中所需要的多元文化和國際理解素養(yǎng)的培養(yǎng)。

“教是為了不教，學是為了能夠自己學”，這就是我們教育教學目的的概括。用當下流行的說法就是在教育教學過程中要培養(yǎng)學生科學的核心素養(yǎng)，形成學生終身學習的能力?！把氵^有聲，教亦有痕”，物理習題的教育功能也非常重要。在物理習題中，物理量之間的時間關系、因果關系、空間關聯(lián)等等關系都盡情展現(xiàn)，物理事件的發(fā)生發(fā)展具有時間的先后順序、前因后果和空間上逐步遷移、環(huán)環(huán)相扣的性質。整個物理問題就是一個有機的整體，猶如被賦予了生命的藝術品。物理習題教學能夠有效提高學生的建模能力、空間想象能力、實踐與創(chuàng)新精神與能力、數(shù)學能力、藝術審美的能力等等，能夠有效培養(yǎng)學生嚴密的思維、嚴謹?shù)倪壿?、科學辯證的分析問題的能力等等，可以有效促進學生核心素養(yǎng)的提高。

參考文獻：

[1]蔡清田.核心素養(yǎng)在臺灣十二年國民基本教育課程改革的角色[J].全球教育展望，2016（2）：18-19.

（欄目編輯 羅琬華）