福建 康賢明 李蘭芝

《中國高考評價體系》以下簡稱高考評價體系由“一核四層四翼”組成。其中“四層”為考查內(nèi)容，包括核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識，回答了高考“考什么”的問題。在“四層”中必備知識的積累是形成關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)的基礎(chǔ)，也是高三復(fù)習(xí)備考的重點(diǎn)內(nèi)容。高考評價體系強(qiáng)調(diào)必備知識的考查，不是強(qiáng)調(diào)對知識的死記硬背以及對孤立的、靜態(tài)的知識點(diǎn)的考查，而是要求學(xué)生在培養(yǎng)物理關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成過程中必須具備可遷移的知識。讓學(xué)生掌握必備的可遷移的知識的關(guān)鍵是要建立牢固的知識結(jié)構(gòu)及利用知識結(jié)構(gòu)解決問題。本文通過物理學(xué)科必備知識的結(jié)構(gòu)及其建構(gòu)的路徑，探索備考策略，為科學(xué)復(fù)習(xí)提供一定指導(dǎo)作用。

一、物理學(xué)科必備知識的結(jié)構(gòu)

物理學(xué)科的必備知識是由物理學(xué)科的基本事實、基本概念、基本規(guī)律、基本方法組成的基礎(chǔ)知識體系。高中物理學(xué)科的基本事實是什么？筆者認(rèn)為，物理學(xué)科的基本事實是由物理觀念所統(tǒng)領(lǐng)。物理觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動觀念、相互作用觀念和能量觀念。物理觀念的結(jié)構(gòu)可用圖1表示，其中物質(zhì)運(yùn)動是物理學(xué)研究的現(xiàn)象，而相互作用和能量是研究物質(zhì)運(yùn)動的兩條線索。物理觀念結(jié)構(gòu)圖可以說是物理學(xué)科必備知識的主框架，基本概念、基本規(guī)律和基本方法都要在這個主框架上進(jìn)行搭建。

圖1 物理觀念的結(jié)構(gòu)圖

對于學(xué)生而言，物理觀念結(jié)構(gòu)圖過于抽象，不易把握。筆者將物質(zhì)的運(yùn)動形象地描述為“對象在環(huán)境中經(jīng)歷的過程”，因為高中階段所研究的大多數(shù)物理現(xiàn)象，本質(zhì)上都是某個研究對象在某個環(huán)境中經(jīng)歷的某個過程，物理學(xué)首先要描述這個過程，說明如何經(jīng)歷這個過程，然后再從相互作用和能量兩個角度解釋形成這個過程的原因。實際情況往往比較復(fù)雜，而為了描述和解釋這些基本事實，物理學(xué)通過建立理想化模型的方法，使描述的對象、環(huán)境和過程都模型化，再用物理規(guī)律表達(dá)這些基本事實就相對簡單了?；诖?，筆者將物理學(xué)科的基本事實用圖2表示，即物理學(xué)描述的基本事實是研究對象模型在環(huán)境模型中經(jīng)歷的過程模型的規(guī)律。這個基本事實結(jié)構(gòu)圖既是物理學(xué)科必備知識的框架，又是物理解題的思維框架。

圖2 基本事實結(jié)構(gòu)圖

概念是表達(dá)的工具。物理學(xué)科需要一些專業(yè)的語言表達(dá)物理現(xiàn)象。在基本事實框架的基礎(chǔ)上，就可以搭建基本概念的結(jié)構(gòu)。而物理學(xué)中的概念大多是對物理量的相關(guān)描述，筆者按照基本事實的結(jié)構(gòu)，把物理量分為四種：物質(zhì)特征量、狀態(tài)量、過程量和作用量。其中物質(zhì)特征量簡稱特征量，是描述物質(zhì)屬性的物理量。由于物質(zhì)分為對象和環(huán)境，則可將特征量分為兩類，一是對象特征量，常見的有質(zhì)量m、電量q、電流I等；二是環(huán)境特征量，環(huán)境又分為場環(huán)境和裝置環(huán)境。場環(huán)境的特征量有重力加速度g、電場強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等，而裝置環(huán)境的特征量有動摩擦因數(shù)μ和勁度系數(shù)k等。一個物理過程是從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化，描述狀態(tài)的物理量有位置x、速度v、動量P、動能Ek；過程量有時間t、位移s；作用量有力F、沖量I、功W，需說明的是沖量I和功W也可以歸為過程量?；靖拍罱Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖3中并沒有包括高中物理所有物理量，但基本包含了力學(xué)(包括電場和磁場)體系的核心物理量。盡管將物理量按照該方法進(jìn)行分類可能并不科學(xué)，但有利于解題時對信息進(jìn)行梳理。

圖3 基本概念結(jié)構(gòu)圖

規(guī)律是概念的聯(lián)系。對象在環(huán)境中，對象與環(huán)境的相互作用的規(guī)律就是各種類型的力的規(guī)律，而這些規(guī)律是對象特征量與環(huán)境特征量的組合，例如重力G=mg，就是對象的特征量質(zhì)量m和重力場環(huán)境特征量g的組合。對象經(jīng)歷過程的規(guī)律，分為規(guī)律的描述和解釋，如用運(yùn)動學(xué)物理量和運(yùn)動學(xué)公式或函數(shù)描述運(yùn)動過程的規(guī)律，用動量定理或動能定理解釋形成運(yùn)動的過程的原因?；疽?guī)律結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。圖中描述過程的規(guī)律包括三個因果和兩個守恒。三個因果是指牛頓運(yùn)動定律、動量定理和動能定理，而兩個守恒是指動量守恒和能量守恒。

圖4 基本規(guī)律結(jié)構(gòu)圖

基本事實的結(jié)構(gòu)是“對象在環(huán)境中經(jīng)歷過程”，那么解決問題的思維流程就是找對象、找環(huán)境和找過程，如圖5所示。教學(xué)中要求學(xué)生始終抓住這個流程，按照流程進(jìn)行審題和解題。利用該流程圖解題，學(xué)生能較容易結(jié)構(gòu)化的調(diào)用所梳理的知識結(jié)構(gòu)。如分析環(huán)境時，就會從試題信息中找到相應(yīng)環(huán)境信息，建構(gòu)環(huán)境模型，再從知識結(jié)構(gòu)圖中回憶不同環(huán)境的特點(diǎn)并進(jìn)行分析，最后用受力分析圖表示出來；再如分析過程時，根據(jù)試題的信息建構(gòu)過程模型，然后畫出過程草圖。畫完受力分析圖和過程草圖后，再根據(jù)圖中標(biāo)注的信息，選擇合適的規(guī)律列方程求解。

圖5 解題思維結(jié)構(gòu)圖

筆者認(rèn)為，在剛進(jìn)入高三復(fù)習(xí)時，教師就可以將圖1至圖4這四個結(jié)構(gòu)圖用講授法介紹給學(xué)生，讓學(xué)生有一個初步的認(rèn)識，并能站在一定的高度俯瞰高三復(fù)習(xí)，同時讓學(xué)生對整個知識體系有總體的認(rèn)識，使復(fù)習(xí)有了結(jié)構(gòu)和方向。

二、逐步完善知識結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)

必備知識結(jié)構(gòu)化只搭個框架還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。學(xué)生要理解這個框架的內(nèi)涵，形成物理觀念，需要在框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行添磚加瓦，逐步完善知識結(jié)構(gòu)。而且在整個高三復(fù)習(xí)中，要以基本框架為導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行。下面將舉例說明完善知識結(jié)構(gòu)的具體實施方案。

【例1】描述運(yùn)動的物理量的知識結(jié)構(gòu)圖

在復(fù)習(xí)“運(yùn)動的描述”單元時，如果讓學(xué)生畫知識結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生往往只能畫出知識羅列型的樹狀圖，這樣的結(jié)構(gòu)圖只是便于記憶，不能加深對知識的理解。描述運(yùn)動的各物理量之間存在嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，如圖6所示。復(fù)習(xí)中，教師可以先引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷圖6的構(gòu)建過程，然后要求學(xué)生能自主繪制該結(jié)構(gòu)圖。值得強(qiáng)調(diào)的是，該圖不要直接給學(xué)生，應(yīng)該先讓學(xué)生自己畫羅列型的樹狀圖，然后引導(dǎo)學(xué)生思考樹狀圖中的知識點(diǎn)與知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，最后再一步步引導(dǎo)學(xué)生畫出結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生親身體驗知識結(jié)構(gòu)的搭建過程。

圖6 描述運(yùn)動的物理量結(jié)構(gòu)

【例2】運(yùn)動模型結(jié)構(gòu)圖

以質(zhì)點(diǎn)在重力場中的不同運(yùn)動問題為情境，梳理運(yùn)動模型，包括勻變速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、豎直上拋運(yùn)動、平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動等。圖7為運(yùn)動模型的結(jié)構(gòu)圖，該圖主要是運(yùn)動模型的分類，可以引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖軟件進(jìn)行繪制，便于學(xué)生比較、梳理和記憶。實際操作中，還可以讓學(xué)生自己進(jìn)行細(xì)化，畫出屬于自己的知識結(jié)構(gòu)圖。

圖7 運(yùn)動模型結(jié)構(gòu)圖

【例3】環(huán)境模型結(jié)構(gòu)圖

以物體在不同環(huán)境中的平衡問題為情境，梳理環(huán)境模型，完善物質(zhì)觀念和相互作用觀念。環(huán)境模型結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。教師幫助學(xué)生梳理出該框架后，要求學(xué)生在該框架的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，完善每個環(huán)境模型的特點(diǎn)和細(xì)節(jié)。如重力場的兩個基本模型，即在小尺度空間內(nèi)的重力場和在大尺度空間的重力場，分別有什么規(guī)律。

圖8 環(huán)境模型結(jié)構(gòu)圖

【例4】靜電場的知識結(jié)構(gòu)圖

靜電場這一環(huán)境模型，高中階段要求比較高、涉及的物理量也較多，如果僅簡單的羅列這些物理量，學(xué)生往往無法理解其內(nèi)涵，且容易遺忘。從研究物質(zhì)運(yùn)動的兩條線索出發(fā)，梳理靜電場力的性質(zhì)與能的性質(zhì)，幫助學(xué)生梳理出一個網(wǎng)狀的立體式知識結(jié)構(gòu)圖，如圖9所示。

圖9 靜電場知識結(jié)構(gòu)圖

三、知識結(jié)構(gòu)圖指導(dǎo)下的復(fù)習(xí)策略

知識結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)只是框架和方向，高三復(fù)習(xí)中，如何在結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向下在框架上添磚加瓦呢？筆者的做法是聚焦框架中的某個點(diǎn)，編寫題組，并讓學(xué)生進(jìn)行刻意訓(xùn)練。所謂刻意練習(xí)是指教師結(jié)合學(xué)情，把要訓(xùn)練的內(nèi)容拆分成有針對性的小塊，讓學(xué)生在“學(xué)習(xí)區(qū)”內(nèi)對每一個小塊進(jìn)行重復(fù)練習(xí)，教師再針對訓(xùn)練的情況給出反饋和改進(jìn)建議。學(xué)生通過高一高二的學(xué)習(xí)已經(jīng)儲備了一定的物理學(xué)科必備知識，高三復(fù)習(xí)的目的就是要讓知識結(jié)構(gòu)化，所以刻意練習(xí)也應(yīng)該是結(jié)構(gòu)化的練習(xí)。下面舉例說明。

【案例1】多題一解，完善知識結(jié)構(gòu)

本題組的教學(xué)內(nèi)容是對象在環(huán)境中做勻速直線運(yùn)動。教學(xué)目標(biāo)是學(xué)會建構(gòu)勻速直線運(yùn)動的模型，學(xué)會分析不同環(huán)境下物體的受力，理解不同環(huán)境的特點(diǎn)。

【訓(xùn)練1】如圖10所示，一質(zhì)量為m的正方體物塊置于風(fēng)洞內(nèi)的水平面上，其一面與風(fēng)速垂直，當(dāng)風(fēng)速為v0時剛好能推動該物塊。已知風(fēng)對物塊的推力F∝Sv2，其中v為風(fēng)速、S為物塊迎風(fēng)面積。當(dāng)風(fēng)速變?yōu)?v0時，剛好能推動用同一材料做成的另一正方體物塊，求該物塊的質(zhì)量。

圖10

【訓(xùn)練2】如圖11所示，質(zhì)量為M的探空氣球在勻速下降，若氣球所受浮力F始終保持不變，氣球在運(yùn)動過程中所受阻力僅與速率有關(guān)，重力加速度為g?，F(xiàn)欲使該氣球以同樣速率勻速上升，則需從氣球吊籃中減少的質(zhì)量為多少？

圖11

【訓(xùn)練3】在雷雨云下沿豎直方向的電場強(qiáng)度為104V/m，已知一半徑為1 mm的雨滴在此電場中不會下落，取重力加速度大小為10 m/s2，水的密度為103kg/m3。求雨滴攜帶電荷量的最小值。

【訓(xùn)練4】一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩極板間有一帶電量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動時所受空氣阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間電壓為零，經(jīng)過一段時間后，油滴以速率v勻速下降；若兩極板間的電壓為U，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速上升。若兩極板間電壓為-U，求油滴做勻速運(yùn)動時速度大小和方向。

圖12

本題組5道習(xí)題的事件結(jié)構(gòu)都是對象在環(huán)境中做勻速直線運(yùn)動，雖試題的情境不同，解法卻幾乎相同，即同一直線上的受力平衡問題。學(xué)生在完成試題的過程中，自然而然的經(jīng)歷了對知識結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。教學(xué)中還可以讓學(xué)生發(fā)散思維，在知識結(jié)構(gòu)中，研究對象還可以在哪些環(huán)境或環(huán)境的組合中做勻速直線運(yùn)動?？梢姡谶@樣的刻意練習(xí)中，學(xué)生的目標(biāo)明確、方向聚焦，教師無需太多的講解，只需在關(guān)鍵之處對學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)撥即可。復(fù)習(xí)中，教師可以選取不同的切入點(diǎn)，設(shè)計編寫大量這樣的題組，讓學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。

【案例2】一題多問，使知識結(jié)構(gòu)圖立體化

針對某一情境，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計不同層次、逐層遞進(jìn)的設(shè)問，讓學(xué)生在解決問題的過程中完成知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。舉例如下：

如圖13所示，水平線MN上方有一水平向右的勻強(qiáng)電場，一帶電粒子從A點(diǎn)以速度v0豎直向上射入電場，粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q，到達(dá)點(diǎn)B時的速度方向變?yōu)樗?，大小?v0，已知重力加速度大小為g，求：

圖13

(1)粒子從A運(yùn)動到B的時間；

(2)AB兩點(diǎn)豎直方向的距離、水平方向的距離；

(3)從A點(diǎn)到B點(diǎn)，粒子動能的變化量；

(4)從A點(diǎn)到B點(diǎn)，粒子重力勢能的變化量；

(5)從A點(diǎn)到B點(diǎn)，粒子電勢能的變化量；

(6)從A點(diǎn)到B點(diǎn)，粒子機(jī)械能的變化量；

(7)AB兩點(diǎn)的電勢差；

(8)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度；

(9)粒子再次經(jīng)過水平線MN上的C點(diǎn)(圖13中未畫出)時A、B間的距離；

(10)粒子再次經(jīng)過水平線MN上的C點(diǎn)(圖13中未畫出)時的速度大??；

(11)從A到C的過程中，粒子動能的最小值。

本題改編自選擇題，如果讓學(xué)生直接對原題進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)生往往淺嘗輒止，做出答案就不再深究了，若改成多個設(shè)問的解答題，學(xué)生在逐一解決的過程中，需要調(diào)用圖9中靜電場的知識結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生不斷調(diào)用知識結(jié)構(gòu)圖的過程，就是使知識結(jié)構(gòu)圖深化和立體化的過程。

四、結(jié)束語