多一點(diǎn)學(xué)科本質(zhì)剖析少一點(diǎn)“機(jī)械刷題”
——兼談2021年高考全國(guó)理綜乙卷第24題評(píng)析

孫鵬偉 于 勇

(西安交通大學(xué)附屬中學(xué) 陜西 西安 710043)

2021年全國(guó)高考剛剛落下帷幕，教育部考試中心就在《中國(guó)教育報(bào)》刊發(fā)了命題專(zhuān)家評(píng)析2021年高考試題的文章，其中物理命題專(zhuān)家在“注重綜合能力 加強(qiáng)學(xué)以致用”為主題的評(píng)析中指出：2021年高考物理貫徹落實(shí)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》要求，……引導(dǎo)教學(xué)減少死記硬背和“機(jī)械刷題”的現(xiàn)象，助力高中育人方式改革，同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)試題注重“創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)學(xué)以致用”的觀點(diǎn).然而，走出理綜考場(chǎng)的許多考生卻對(duì)“真實(shí)問(wèn)題情境”物理試題發(fā)出一聲聲“嘆息”！ “嘆息”什么？以“運(yùn)動(dòng)員拍籃球”為情境的第24題成為“拍砸理綜”的“拍砸球”！看到第24題，許多一線(xiàn)物理教師也在“隱隱嘆噓”中“反思”！備考復(fù)習(xí)中，以“擊球、拍球、踢球”為背景的試題不知“刷”了多少道！但考生為什么會(huì)“栽倒”在“拍籃球”的問(wèn)題情境上？

【題目】(2021年高考全國(guó)理綜乙卷第24題)一籃球質(zhì)量m=0.60 kg，一運(yùn)動(dòng)員使其從距地面高度h1=1.8 m處由靜止自由落下，反彈高度h2=1.2 m.若使籃球從距地面h3=1.5 m 的高度由靜止下落，并在開(kāi)始下落的同時(shí)向下拍球，球落地后反彈的高度也為 1.5 m.假設(shè)運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)球的作用力為恒力，作用時(shí)間t=0.20 s；該籃球每次與地面碰撞前后動(dòng)能的比值不變.重力加速度大小取g=10 m/s2，不計(jì)空氣阻力.求 :

(1)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球所做的功；

(2)運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)籃球的作用力的大小.

1 典型錯(cuò)解

(1)假設(shè)球自h高處自由落下后反彈高度h4=1.5 m，球兩次與地面碰撞前后的動(dòng)能分別為Ek1,Ek2,Ek3,Ek4，根據(jù)題意可得

得

h=2.25 m

根據(jù)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程對(duì)籃球所做的功等效于球自由下落(h-h3)高度重力做的功，則

W=mg(h-h3)=4.5 J

(2)運(yùn)動(dòng)員向下拍球作用0.2 s時(shí)，球的速度“等于”球自由下落(h-h3)高度時(shí)運(yùn)動(dòng)的速度.

根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律得

根據(jù)動(dòng)量定理

(F+mg)t=mv

則

2 錯(cuò)解剖析

(1)“機(jī)械刷題”導(dǎo)致學(xué)生失去物理“咬文嚼字”的功力

“擊球、拍球、踢球”作為物理問(wèn)題的試題情境，在各種復(fù)習(xí)資料書(shū)中大量出現(xiàn)，但都以“擊球”的情境呈現(xiàn)，即假設(shè)手對(duì)球的作用力大、作用時(shí)間短，在“擊”的瞬間不考慮球位移變化.學(xué)生在大量“機(jī)械刷過(guò)”這類(lèi)情境試題后所形成的思維定勢(shì)，使學(xué)生失去了對(duì)“擊球、拍球、踢球”情境的觀察和對(duì)比，也失去了物理“咬文嚼字”的功力，思維被“固化”在“擊球”模型的模具里，定格了學(xué)生直接將球自由下落(h-h3)高度時(shí)的速度視為“拍籃球”結(jié)束時(shí)瞬間的速度，也定格了學(xué)生應(yīng)用“動(dòng)量定理”求解“運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)籃球作用力的大小”.

(2)“機(jī)械刷題”導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“等效思想”的實(shí)質(zhì)不求甚解

(3)“機(jī)械刷題”導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“運(yùn)動(dòng)的時(shí)空觀”概念理解不到位

物體的運(yùn)動(dòng)都是在連續(xù)的時(shí)間和空間范疇之內(nèi)，時(shí)間和空間是物體運(yùn)動(dòng)中必定存在的兩條重要線(xiàn)索，因此，運(yùn)動(dòng)按照時(shí)間順序設(shè)置就是多過(guò)程運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)按照空間設(shè)置就是多場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)[2].多過(guò)程與多場(chǎng)景相互對(duì)應(yīng)不可分割，即在一段時(shí)間里的運(yùn)動(dòng)必定對(duì)應(yīng)一段位移，運(yùn)動(dòng)了一段位移必定發(fā)生在一段時(shí)間里.基于此，在運(yùn)動(dòng)員對(duì)球作用0.20 s的時(shí)間里，籃球向下運(yùn)動(dòng)了s=0.5 m位移，根據(jù)上述等效思想，籃球在0.2 s末的速度應(yīng)等于自由下落(h-h3-s)高度時(shí)的速度，即

(4)“機(jī)械刷題”導(dǎo)致學(xué)生構(gòu)建真實(shí)問(wèn)題情境“物理模型”能力的缺失

模型建構(gòu)是科學(xué)思維素養(yǎng)中的一個(gè)重要要素，物理學(xué)習(xí)中的分析、抽象、概括等思維方法在模型建構(gòu)中體現(xiàn)得最為充分，其重要性正像人教社彭前程教授所說(shuō)：在某種意義上，物理學(xué)是用模型描述自然、用數(shù)學(xué)表達(dá)模型、用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目茖W(xué)[3].因此，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、能力和素養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，必須注重將真實(shí)問(wèn)題情境轉(zhuǎn)化為“物理模型”能力的培養(yǎng)，使學(xué)生在建構(gòu)“物理模型”中解決真實(shí)的問(wèn)題，這些也正是近幾年高考命題專(zhuān)家就如何使考題發(fā)揮“引導(dǎo)教學(xué)”核心功能的守望.例如，2019年高考新課標(biāo)卷Ⅱ的第25題，一改所有復(fù)習(xí)資料中所呈現(xiàn)的“不考慮司機(jī)踩剎車(chē)過(guò)程”模型情境，以汽車(chē)在平直公路上剎車(chē)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況為背景，即司機(jī)看到前方障礙物立即踩剎車(chē)，汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程為“司機(jī)反應(yīng)過(guò)程運(yùn)動(dòng)(汽車(chē)勻速運(yùn)動(dòng))+踩剎車(chē)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)(汽車(chē)變速運(yùn)動(dòng))+剎車(chē)板被踩死后的運(yùn)動(dòng)(汽車(chē)勻減速運(yùn)動(dòng))”.“試”過(guò)境遷，當(dāng)年考生的“傷痛”或許因?yàn)闀r(shí)光的流逝而慢慢遺忘，但一線(xiàn)教師不可能忘記，大量的“機(jī)械刷題”使考生對(duì)“機(jī)動(dòng)車(chē)輛剎車(chē)模型”形成了思維定勢(shì)，導(dǎo)致了他們?cè)诿鎸?duì)“阻力逐漸增大的剎車(chē)過(guò)程”情境無(wú)所適從.時(shí)隔兩年，“拍籃球”的真實(shí)問(wèn)題情境，為什么再次被建構(gòu)成“擊球”的“物理模型”，這一點(diǎn)值得每位物理教師反思.

3 正確解析

(1)籃球自由下落碰地前后的動(dòng)能之比不變，根據(jù)機(jī)械能守恒得

設(shè)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球所做功為W,根據(jù)功能關(guān)系得

則

W=4.5 J

總之，無(wú)論是基于高考“立德樹(shù)人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”核心功能的備考復(fù)習(xí)，還是基于“注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)”課程目標(biāo)的新課教學(xué)，教師都應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生多一點(diǎn)從物理學(xué)科本質(zhì)的視角剖析真實(shí)問(wèn)題情境，讓學(xué)生在建構(gòu)真實(shí)問(wèn)題情境的“物理模型”中充分感受到所學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含的應(yīng)用價(jià)值，少一點(diǎn)“機(jī)械刷題”，將疲于“機(jī)械刷題”的時(shí)間、精力和智力切實(shí)轉(zhuǎn)向解決真實(shí)問(wèn)題中，在真實(shí)問(wèn)題的解決中促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成.