考場構建“模型” 思維探究“設計”

摘 要：通過透析2021年中考物理命題最新動態，對一道壓軸題的微觀思維探究過程展開分析與思考，讓筆者感受到 “教的邏輯”與“學的邏輯”急需轉變，未來教學將是進階性的.教師在日常教學中常采用“真實情境”導入學習目標，設置“系列任務”和“問題嵌入”，通過一系列學生“自主探究”活動實現深度學習可能代表著未來的一種學習方式.

關鍵詞：中考物理;思維探究;杠桿;項目

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0055-03

基金項目：蕪湖市2019年安徽省重點課題“基于項目學習的中學物理深度教學實踐研究”（項目編號：JKZ19004）.

作者簡介：滕元斌（1970-），男，安徽蕪湖人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理課堂教學、中考研究.

1 試題呈現

2021年安徽省中考物理試卷第23題是一道思維探究題（如圖1所示）：在研究物理問題時，常需要突出研究對象的主要因素，忽略次要因素，將其簡化為物理模型.

如圖1甲所示，一質量分布均勻的杠桿，忽略厚度和寬度，長度不可忽略，用細線將它從中點懸起，杠桿能在水平位置平衡.將它繞懸點在豎直面內緩慢轉過一定角度后（如圖乙所示）釋放，為研究其能否平衡，可將它看成等長的兩部分，請在圖乙中畫出這兩部分各自所受重力的示意圖和力臂，并用杠桿平衡條件證明杠桿在該位置仍能平衡.

如圖丙所示，一質量分布均勻的長方形木板，忽略厚度，長度和寬度不可忽略，用細線將它從AB邊的中點懸起，杠桿能在水平位置平衡.將它繞懸點在豎直面內緩慢轉過一定角度后（如圖丁所示）釋放，木板在該位置能否平衡？寫出你的判斷依據.

本試卷一改歷年安徽省物理中考試題計算與推導題的總體設計，推導題作為初高中物理銜接的重大體現，一直是安徽省中考題的必考題型，而它的分值一直是4分或5分，相對比較穩定;且一般是相對比較容易過渡的公式推導或情境問題解答.而今年一改常態，作為最后一題，有推導、計算、說理與運用，分值在總分下降的前提下還提高至8分，顯然，設計者已將它設置成壓軸題.從甲圖到丁圖的思維進階，是一種必須沉浸其中后方能較全面地完成思考探究的“項目”研究.從某種意義上說，它是升級版的考場科學探究活動.

2 思路剖析

2.1 設計意圖

表面上看它只是考查學生杠桿模型與杠桿的平衡條件，但實際上它同時兼顧學生日常思維探究的考查、物理知識的綜合運用、生活化問題的思考研究、重力知識、數學中全等和解三角形等知識的實際運用.在一定程度上考查學生科學思維的深度學習，通過考后統計分析，筆者認為本試題的難度偏高，區分度較好，是一道力求讓學生進行實時現場探究（一個項目）與充分發揮學習用具功能（一物多用）等能力的優秀試題.

2.2 思路一

第（1）小題的回答難度不大，正確率較高，答案是：杠桿在該位置仍能平衡.杠桿兩部分各自所受重力的示意圖和力臂如圖2所示，設杠桿的長度為L， 所受重力為G，杠桿轉過的角度為θ.

解法1：基于對杠桿平衡條件的認識，分析得出杠桿兩邊可看成兩部分，質量均勻，兩側等重（力相等），中點懸起（支點），兩側力臂相等，因此G1×L1=G2×L2，再進一步聯想到平時的探究實驗，將它繞懸點在豎直面內緩慢轉過一定角度后（如圖1乙所示）釋放，此時力與力臂還是相等的，因此G1×L1=G2×L2 ，所以杠桿在該位置仍能平衡.

解法2：利用數學知識全等三角形對應邊相等，如圖2所示，可以直接利用數學知識，易證△AOO1≌△BOO2，因為OO1=OO2=12L，所以L1=L2，G1=G2 =G2，所以可得G1×L1=G2×L2，所以杠桿在該位置仍能平衡.

解法3：由圖2可知（利用數學知識，三角函數知識）：

L1=L2 =14L·cosθ，G1=G2 =G2.可得G1×L1=G2×L2，所以杠桿在該位置仍能平衡.

評析：解法1、解法2、解法3在思路上有明顯層級之分，與學生的思維方式密切相關，解法1更符合初中學生的思維模式，而從命題建模思想出發，命題人最想得到的是解法3，而本題若只有第一小題，那么上述同學的不同解法區分基本無效.好在本題設計成思維探究題，接下來學生還要面對第2小題的挑戰，所以在進行進一步深入思考之后，又會有許多同學在下一步解題中重復上述思路.可見解法1考查學生語言表達與邏輯思維能力的綜合運用，而解法2與解法3的出現則是數學建模思想的運用，簡化問題數學化，更顯簡捷.從學生思維“項目化”不斷進階的探究而言，最終讓學生明白杠桿平衡不一定在水平方向.

2.3 思路二

第（2）小題是在第（1）小題的思路之下，進一步拓展，并與實際寬度不可忽略相聯系，答案要求學生只要“能利用杠桿平衡條件或力的平衡條件簡要表述不能平衡的原因即可，對重心位置、力臂大小、力的大小等判斷過程不做要求”，而筆者認為學生對知識的感性認識很有必要.繼第（1）小題的解答之后，學生可以運用前面的物理量進行推理或解答，最終得出：不能平衡.

解法1：（杠桿平衡條件法）將木板看成左右相同的兩部分，各自所受重力和力臂如圖3所示，設木板所受重力為G，由圖可知L1

解法2：（二力的平衡法）木板轉過一定角度后釋放，其受力情況如圖4所示.

此時木板的重心已偏向右側（如圖4所示），可知木板受到的拉力F和重力G不在一條直線上，不滿足二力平衡的條件，所以木板在該位置不能平衡.木板會繞O點，順時針轉動，直到最終在水平位置保持平衡.

解法3：（整體杠桿法）如圖5所示，將木板看成一個整體，此時重心在幾何中心，由圖可知重力的方向與支點不在一條直線上.

對于一個杠桿而言，只有一個力，且它的力臂不為零，所以杠桿不能平衡.

評析：從學生視角看，解法1更符合初中學生的思維模式，而從命題人的建模思想出發，最想得到的是學生思維的進階——發散思維，充分利用題意保持平衡，也就是靜止狀態.這樣能夠得出解法2和解法3，可見解法1考查學生思維能力的綜合運用，而解法2與解法3的出現則是物理建模的進一步推廣，讓學生在充分運用題意之下，發散出思維的火花，相對而言，解法更直接、更簡潔明了.

3 教學啟示

通過對中考“壓軸題”的解法分析，筆者發現試題在繼承歷年中考推導題的基礎上，進一步拓展科學思維與核心素養，對學生科學探究、科學推理進行全新的考查，同時注重將物理模型的運用過渡到基礎知識、思維能力的綜合考查.而從數學、語文角度的學科整合又讓我們看到學生考場思維探究的作用和意義.這種考查方式更類似于目前比較流行的項目式學習方式.

3.1 “教的邏輯”轉變——情境性

透析目前中學物理日常教學的諸多實踐，在落實物理模型教學與學生能力發展教學上，現實與理想依然存在一定差距，通過對2021年安徽中考壓軸題23題解法與考查要求的分析可見，教師在今后的物理教學中一定要注重體現建?；顒拥倪^程性.讓學生充分融入活動過程中，比如當前較熱門的“項目式學習”的系列活動、系列任務、系列問題……等過程，就能讓學生在教師引導下的自主、合作、研討及交流中，更充分地體驗建模過程的情境性（真實情境）.因而作為教的主導者，教師必須轉變“教的邏輯”：“教”的“目的”是為了學生更好的“學”，教的最高境界是“不教”，從而能達到落實核心素養的目的.

3.2 “學的邏輯”轉變——進階性

壓軸題象征中考的選拔性特征，它要求學生在考場一定時間內，充分體驗知識與能力的內化、拓展過程，使學生日常學習中深層次的思維過程得以體現、得到評估，這實際上是一個學習過程從簡單到復雜、從間斷到連續的推理認知發展的過程，未來的物理學習更趨向于思維的進階.學生一味機械式的記憶，實際上已無法適應這樣的考查過程.學生的學習過程要轉變，達到思維越開放，答案越接近命題的目的.

當前項目式大單元設計背景下的教學實踐，體現當下活動設計的基本模式：學生自主設計方案、小組交流與研討、師生互動、生生互動、學生自主評估、主題研討、撰寫學習心得體會、制作學具或“產品”、歸納系列解題方法與策略等全新學習形式，讓更多學生在“學的邏輯”上得以轉變，最大限度地提升學習效率、學生個人能力與群體層次，從而實現學習方式的真正轉變，它讓學習水平的層次像一個個“臺階”具有一定的梯度，學習的方式不斷得以進階——從簡單到復雜、從間斷到連續.

總之，根據當前的物理教學實際，學生的認知水平大多停留在記憶、再現這一淺層學習狀態，思維得不到提升，能力得不到發展，課堂也是低效的.在項目學習中通過中考壓軸題的深入思考，讓我們明確，在今后的物理課堂教學中，教師的“教”和學生的“學”的觀念均要緊跟時代（特別是中考）的步伐.當前大量實踐經驗告訴我們：教師在日常教學中常采用“真實情境”導入學習目標，設置“系列任務”和“問題嵌入”，通過一系列學生“自主探究”活動實現的項目學習可能代表著未來的一種學習方式.在這種的教學過程中，教師的教學行為和目的不是單純地讓學生進行知識的記憶性遷移，而是要引導學生通過自主學習、交流、合作探究來解決開放性問題并完成學科知識的建構.

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（收稿日期：2021-07-14）