核心素養(yǎng)背景下高中物理習(xí)題編制策略的探討

摘

要：習(xí)題編制是教師的一項基本功，也是每一位教師應(yīng)該具備的基本專業(yè)素養(yǎng)之一。高質(zhì)量的習(xí)題通過教師的講解可以很好地幫助學(xué)生梳理和完善知識結(jié)構(gòu)，進而強化學(xué)生建模能力。本文通過三道試題為例，分析物理習(xí)題編制策略，從而促進教師迅速地對舊題翻新，編制出高質(zhì)量習(xí)題。教師在不斷提升創(chuàng)新能力的同時，既能培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，又能讓學(xué)生逐漸從習(xí)題中解脫出來。關(guān)鍵詞：習(xí)題編制;創(chuàng)新能力;建模能力新課標(biāo)改革下，高考已從單純考查某些知識點向考查學(xué)生解決問題和分析問題方向轉(zhuǎn)變，要求考生在有限的考試時間內(nèi)更快、更準(zhǔn)確地完成試卷作答。物理學(xué)科作為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，要著力培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和創(chuàng)造能力，而習(xí)題訓(xùn)練是學(xué)生理解物理核心思想的重要組成部分。因此，精準(zhǔn)有效的習(xí)題編制能夠快速培養(yǎng)學(xué)生思維能力。然而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，許多教師都習(xí)慣于從各大網(wǎng)站下載和拼湊現(xiàn)成的習(xí)題且大多都未經(jīng)過集體備課討論和篩選直接印發(fā)給學(xué)生，從而導(dǎo)致試題不具有針對性，降低課堂效率，不利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。本文將以幾道試題為例，幫助分析物理習(xí)題編制策略，從而進一步有效促進教學(xué)。習(xí)題編制可以通過設(shè)問形式主動引導(dǎo)設(shè)計者去思考，去打破舊的思維模式，從而建立新思路。針對物理學(xué)科特點及考題經(jīng)常呈現(xiàn)的形式，筆者建議從下面三個方面入手進行習(xí)題編制，如表1所示。帶電粒子在有界磁場中的運動問題，是電磁學(xué)重要模塊，也是培養(yǎng)學(xué)生形成物理概念、解決物理問題重要組成部分。下文將通過幾道試題出發(fā)，探討和分析如何通過習(xí)題編制構(gòu)建帶電粒子在有界場中運動模型，從而達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。一、欣賞高考真題，品味習(xí)題改編例1

圖1是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖，空間有三個同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內(nèi)為無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個圓心角均略小于90°的扇環(huán)形勻強磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各區(qū)感應(yīng)強度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外。電子以初動能Ek0從圓b上P點沿徑向進入電場，電場可以反向，保證電子每次進入電場即被全程加速，已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為R，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，忽略相對論效應(yīng)，取tan22.5°=0.4。（1）當(dāng)Ek0=0時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進入磁場，且在電場內(nèi)相鄰運動軌跡的夾角θ均為45°，最終從Q點出射，運動軌跡如圖中帶箭頭實線所示，求Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度大小、電子在Ⅰ區(qū)磁場中的運動時間及在Q點出射時的動能;（2）已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射。當(dāng)Ek0=keU時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。試題解答：（1）電子從P點出發(fā)經(jīng)過兩次電場加速，由動能定理得：2eU=mv2①電子進入磁場I區(qū)域后開始做圓周運動，由幾何關(guān)系可知電子圓周運動半徑：r=0.4R②由圓周運動知識：evB=m③t=④綜上所得：B=

t=

Ek=8eU（2）要電子不與I區(qū)磁場外邊界相碰，需保證電子做圓周運動軌跡與I區(qū)磁場相切。根據(jù)幾何關(guān)系得：r1+=R⑤此外，動能定理得：2eU=mv-Ek0⑥圓周運動得：ev1B=m⑦由以上各式得：k=新高考模式下要求選拔綜合素養(yǎng)高、全方位發(fā)展的人才，這也對一線教師教育教學(xué)提出新的考驗。教師在教學(xué)過程中要著力培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)和解決實際問題的能力，要滲透物理規(guī)律的實質(zhì)，要讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和探究中培養(yǎng)科學(xué)思維。（一）整體把握物理情景該題以帶電粒子在電磁場中運動問題作為載體，以帶電粒子在電場中的直線運動、磁場中的圓周運動作為物理情境，粒子運動軌跡與生活中常見對稱圖形相符，切實考查學(xué)生對生活場景的進一步理解以及考生對電磁場概念、運動學(xué)知識、動能定理、圓周運動等基本知識的掌握情況，也對考生邏輯判斷推理和數(shù)學(xué)應(yīng)用等能力提出相應(yīng)要求（如圖2所示）。（二）信息呈現(xiàn)形式與課程標(biāo)準(zhǔn)完全相符本題是以生活中常見的對稱模型圖文并茂呈現(xiàn)，學(xué)生不陌生。從知識點考查角度來看，輻射狀電場分布與高中物理選修3-1中磁電式電流表中磁場輻射分布是一致的，著重考查考生在新高考下對知識遷移;另一方面，常規(guī)的考查動能定理、圓周運動和直線運動知識點，重點培養(yǎng)學(xué)生以物理的科學(xué)視角去用所學(xué)知識解決實際問題的能力。（三）亮點呈現(xiàn)本卷中該題是最后一道壓軸題，避開了以往復(fù)雜物理過程分析和計算，更加注重物理過程的分析，列式較少，計算方便快捷。題目還著重考查考生物理思維和將數(shù)學(xué)、物理結(jié)合到一起解決問題能力，能有效提升考生對問題分析判斷和綜合應(yīng)用能力，強化了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。二、習(xí)題編制例2

如圖3，兩個共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫a、b、c和d，外筒的外半徑為r。在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感應(yīng)強度的大小為B，在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向外的電場。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的S點出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時間的運動之后恰好又回到出發(fā)點S，則兩極之間的電壓U應(yīng)是多少？（不計重力，整個裝置在真空中）習(xí)題編制過程：步驟一：明確考點例1、例2均考查帶電粒子在電磁場中運動問題，尤其突出運動的對稱性。步驟二：根據(jù)習(xí)題編制三條建議進行逐條核查能否他用或借用？將“加速運動、勻速運動和圓周運動”用于“加速運動和圓周運動”組合。能否改變或替換？將“三次圓周運動”變?yōu)椤八拇螆A周運動”。能否擴大？可將例2中的外圓開孔數(shù)增加為4、5、6…n。步驟三：設(shè)計題目主干和問題即當(dāng)外圓開五孔時，帶電粒子的運動軌跡如何？與現(xiàn)實生活中“五片花瓣”進行比較，依次拓展本題。例3

如圖4所示，間距為L的平行金屬板MN與一對光滑的平行導(dǎo)軌相連，平行導(dǎo)軌間距為d，平行導(dǎo)軌右側(cè)與阻值為R的電阻連接。一根阻值為r的導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直且以速度v0沿導(dǎo)軌向右勻速運動，棒的右側(cè)存在一個垂直紙面向里，大小為B的勻強磁場。當(dāng)棒進入磁場時，粒子源P釋放一個初速度為零的帶負電的粒子，已知帶電粒子的質(zhì)量為m（重力不計）、電量為q，粒子經(jīng)電場加速后從M板上的小孔O穿出，在板的上方，有一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場，已知外圓的半徑為2d，內(nèi)圓的半徑為d，兩圓的圓心與小孔重合，求：（1）粒子到達M板的速度大小v;（2）若粒子不能從外圓邊界飛出，則環(huán)形區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強度最小為多少？步驟一：明確考點例1與例3考查帶電在有界磁場中運動問題，重點考慮如何尋找邊界臨界條件。步驟二：根據(jù)改編建議進行逐條核驗改變條件：將“輻射狀電場分布”變成“平行板電容器”。題干條件發(fā)生變換：將“直接給定電場”替換為“電磁感應(yīng)中單棒切割產(chǎn)生電動勢問題”。知識點考查擴大：增加電磁感應(yīng)和閉合電路歐姆定律的考查。步驟三：設(shè)計提問本習(xí)題編制側(cè)重于對有界磁場中邊界問題的考查，弱化粒子運動軌跡的對稱性問題考查。例2和例3均研究的是帶電粒子在電磁場中運動問題，其與高考題例1有很多相似點。例2側(cè)重于對粒子軌跡的考查，例3則側(cè)重于對有界問題的考查，這就要求習(xí)題編制者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定模型、根據(jù)學(xué)生實際情況確定難度。如考哪部分知識點？知識點以什么形式呈現(xiàn)（選擇、實驗、計算等）？該習(xí)題是用于新課、習(xí)題課還是綜合復(fù)習(xí)課？只有命題者明確考查的具體