母題賦源 拓展賦能

陳文祥

摘? ?要：立足學生全面發展，指向核心素養、適應學生終身發展的教學，重視提升學科思維能力。在習題教學中，精選母題作為知識本源，通過拓展母題提升學生的科學思維能力。

關鍵詞：母題；科學思維；能力

引言

《義務教育物理課程標準（2022版）》中提出：物理課程要培養的核心素養，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任[ 1 ]。在初中物理教學中，習題教學是提升科學思維能力的重要環節，尤其是進入中考復習階段，精選母題作為知識本源，通過拓展母題，提升科學思維能力，落實“雙減”政策，從而幫助學生減輕學業負擔，避免陷入題海戰術泥潭，提高復習效率。以變阻器母題教學例談如何提升科學思維能力。

1? 精選母題? 建立知識結構體系

“母題”是題目的本源，是一類具有非常典型基礎性與代表性的題型或題目，具有相同的解題思路，是作為知識點復習的核心出發點，是大量習題的共同本質形式。由母題賦源的知識點構成復習主題，通過拓展母題，讓學生在“形異質同”的拓展練習中抓住本質。

母題：在如圖1所示的電路中，閉合開關S，滑片P向右滑動，各元件始終處于安全工作狀態，且電源電壓恒定，則下列說法正確的是，答案：D

評析： 精選母題，母題中的滑動變阻器的基本知識點，如如何判斷滑動變阻器接入電路有效電阻的變化，滑動變阻器在串聯電路中的保護與控制作用，滑動變阻器串聯型動態電路定性分析的基本方法等。引導學生喚醒記憶，共同探討出求解母題的基本思路，形成解決同類問題的基本模型，并對知識點進行整合、重組，建立知識結構體系，消除題海戰術，減輕學生的學業負擔，從而提高學生學習效率。

2? 拓展母題? 提升科學思維能力

科學思維是從物理學視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據和科學推理對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，予以檢驗和修正，進而提出創造性見解的品格與能力[ 1 ]。

2.1? 拓展母題? 提升模型建構能力

模型建構作為一種認識手段和思維方式，是學生根據研究問題和情境，在對客觀事物抽象和概括的基礎上構建易于研究的 、能反映事物本質特征和共同屬性的理想模型、理想過程、理想實驗和物理概念的過程[ 2 ]。模型建構能充分揭示物理問題，抓住問題核心要素，并展示出物理規律，形成具體解決一類問題的一般方法，使解決物理問題的思路清晰，加深對概念、過程和系統的理解。

拓展例1：在圖2所示的電路中，托盤質量忽略不計，電阻R是壓敏電阻，其阻值與受到壓力F大小的關系如表1所示，其中電流表？髿的量程為“0～0.6 A”，定值電阻RO=150 Ω。

試題設計意圖：這是非常典型的敏感電阻類串聯型動態電路定性分析與定量求解問題，涉及到知識有：識別電路、串聯電路電壓、電流和電阻特點、歐姆定律的應用、應用數學函數與圖表信息等。電路分析方法：首先弄清壓敏電阻的特性（即阻值變化規律），然后將壓敏電阻看作滑動變阻器進行電路分析。其中弄清電阻值何時變大、何時變小是解題的關鍵。根據壓敏電阻的阻值與其所受壓力的關系表，利用數學的分析方法求出壓敏電阻的阻值R與壓力F關系的表達式R=300 Ω-（0.6 Ω/N）·F，由R-F的關系式可知當壓力變大時，壓敏電阻的阻值變小，依母題中對滑動變阻器串聯型動態電路分析方法判斷，當電路中電流最大時，壓敏電阻最小，從而確定壓敏電阻的變化范圍，再根據R-F的關系式確定測量的壓力范圍。

評析： 模型建構是一種非常重要的科學思維，模型建構過程既是思維過程，也是思維方法。題目中展示真實情境，抓住變阻器的本質特征，把隱藏在物理情境中的復雜的研究對象傳感器類電阻簡化、類比，結合數學函數圖像、提供的實驗數據等，明確傳感器類電阻（壓敏電阻、光敏電阻、氣敏電阻、熱敏電阻、磁敏電阻等）的阻值隨外界環境（壓力、光照強度、氣體濃度、溫度、磁場強度等）的變化情況，然后將其看成特殊的“滑動變阻器”模型，進行動態電路分析即可，從而揭示變阻器的本質與規律，提升了模型建構能力。

2.2? 拓展母題? 提升科學推理能力

科學推理能力是能運用所學的物理概念、規律進行簡單的演繹推理，得到結論，解決日常生活中的實際問題。邏輯思維是科學推理能力的重要支撐點，科學推理重視知識間內在規律及相互關系的認識。

拓展例2：在如圖3所示的電路中，活塞輕質細桿與滑動變阻器R1的滑片P相連，忽略活塞與T型管道壁的摩擦，電路設計要求用電壓表改裝成風速表，R為定值電阻，閉合S后，當風速變大時，要求風速表的示數相應變大，則風速表應接在

A．A、B兩點間

B．B、C兩點間

C．C、D兩點間

D．A、D兩點間

答案：A

試題設計意圖：這是滑動變阻器串聯型動態電路問題，涉及到識別電路、串聯電路電壓、電流和電阻特點、歐姆定律的應用、流體壓強的特點等知識點，重點考查滑動變阻在串聯電路中控制電路中電流與用電器兩端電壓的作用。電路分析方法：首先弄清風速度變化與滑動變阻器的阻值變化的規律，當通過T型管的風速變大時，活塞上方空氣流速變大，壓強變小，活塞上下表面產生一個向上的壓強差，使活塞產生一個向上的壓力差，活塞向上運動，活塞帶動滑動變阻器的滑片向上滑動，滑動變阻器接入電路的電阻值變小，然后依母題中對滑動變阻器串聯型動態電路分析方法判斷，定值電阻R兩端電壓變大，所以風速表應接在A、B兩點間。

評析：科學推理是科學思維能力的重要組成部份，關鍵要重視邏輯推理能力，由題目中給定的條件，當風速增大時，根據流體壓強與流速關系的規律推理出活塞向上運動，從而推理出滑動變阻R1的滑片P向上運動，推理出滑動變阻器接入電路的電阻值變小，結合滑動變阻器串聯型動態電路的演繹推理，當風速變大時，要求風速表的示數相應變大的目標方案與推理結論一一進行匹配，最終找到結論。在這層層邏輯推理的過程中，學生經歷了解決問題方案的探尋過程，從而對物理概念、規律的理解得到升華，提升了科學推理能力。

2.3? 拓展母題? 提升科學論證能力

科學論證能力是指學生能基于對物理問題情境的描述和分析，依據現有證據，進行合理推理，支持正確觀點或反駁相異觀點所必須的、穩定的心理特征[ 3 ]。

拓展例3? ?在如圖4甲所示的電路中，小燈泡L的額定電壓為2.5 V，電源電壓恒為4.5 V。小祥同學用此電路測量小燈泡L的額定電功率，他選擇電表合適的量程后，移動滑片，記錄了三組實驗數據，如圖4乙所示，實驗后，小祥忘記了每次實驗中電流與電壓的對應關系 ，根據小祥同學的實驗數據，可以推導算出小燈泡的額定功率為_____W； 三次實驗中，滑動變阻器連入電路的最大電阻值是_____Ω。

答案：0.7? 10

試題設計意圖：這是滑動變阻器串聯型動態電路由定性分析轉向定量求解問題，涉及到識別電路、串聯電路電壓、電流和電阻特點、歐姆定律的應用等電學知識點，培養利用實驗數據進行論證的意識。電路分析方法：對實驗數據進行組合匹配，依母題中對滑動變阻器串聯型動態電路分析方法判斷，論證三組實驗數據中電流與電壓之間的因果關系，確定小燈泡兩端電壓示數增大，通過其電流增大，從而確定電流與電壓的對應關系（3.0 V，0.0.30 A; 2.5 V，0.28 A;2.0 V，0.25 A）。

評析：此題是在母題分析的基礎上，根據題目的條件與實際情況，對實驗數據組合情況進行邏輯演繹和逐步論證排除，確定三組實驗數據中電流與電壓之間的因果關系，最后得出正確結論。論證討論過程體現學生思維積極參與過程，在思維碰撞與摩擦的過程中，激發學生熱于使用證據表達自己觀點與反駁相異觀點的興趣，培養運用證據對探究的問題進行分析和解釋的意識，提升科學論證能力。

2.4? 拓展母題? 提升分析綜合能力

分析綜合能力是應用分析和綜合方法解決實際問題的能力。分析過程是把要解決的物理問題根據物理概念與規律，把研究的綜合問題分解成若干成分的知識點模塊，并用定性、定量、比較、因果分析等方法進行；綜合過程是把看似不相干的成分形成有機的整體，與分析方向不同，但卻互補，相輔相成。分析是為了進一步綜合，綜合是為了深層次的分析，分析綜合能力是科學思維必備的關鍵能力。

拓展例4? 在如圖5所示的電路中，小燈泡L與滑動變阻器的規格如圖5所示，小燈泡燈絲電阻不變，電壓表〇V選接“0～15 V” 的量程，電流表？髿選接“0～0.6 A”的量程，電源電壓恒為18 V，閉合開關S后，在確保各元件處于安全工作狀態的前提下，求：

（1）小燈泡L的電阻RL；

（2）滑動變阻器允許調節的阻值范圍；

（3）電路消耗總功率的變化范圍。

答案：（1）RL= 12 Ω? （2）24 ～60 Ω? （3）4.5～9 W

試題設計意圖：這是滑動變阻器極值問題，本質上是取值范圍問題。在電學中，為了確保電路元件的安全，需要控制通過各元件的電流（或各元件兩端的電壓），而滑動變阻器是常見的電路保護和控制元件，故電學極值問題往往最終轉化為滑動變阻器的變化范圍問題。電路分析方法：第一步明確保護對象，電路中的小燈泡、電源、電流表、電壓表、滑動變阻器等；第二步確定限制條件，電路中常見的限制條件，用電器兩端電壓不超過所允許的最大電壓、電表所測值不超過最大量程、電源不被短路，通過各用電器的電流不超過所允許的上限電流等 （包括已知的和隱含的），這些限制條件決定了各物理量的取值范圍；第三步逐步確定最值，確定限制條件后，理清電路的連接方式（串聯還是并聯）和各電表的測量對象，然后運用串、并聯電路電壓、電流特點，并遵循“托底原則”（所有元件都得到保護），通過逐步分析或計算，確定各物理量的最值。

2.5? 拓展母題? 提升質疑創新能力

質疑創新是基于事實證據和科學推理對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的品格與能力[ 3 ]。質疑創新是科學發展的動力，是科學思維的重要特征，是適應終身發展的必備品質和能力。

拓展例5? 測電阻RX的實驗電路如圖6所示，滑動變阻器規格為“10 Ω 1 A”，電源電壓為3 V。（1）分析表2中數據發現實驗序號? ? ? ? ? ? 的數據不是本實驗測得的，根據正確的數據可知待測電阻阻值為? ? ? ? ? ? Ω。（結果保留1位小數）

（2）小祥在實驗過程中發現電壓表已損壞，于是把圖6中的電壓表移除，電路其他部份保持不變，分別按如下步驟進行實驗（滑動變阻器的最大阻值用R0表示）：

閉合開關S，調節滑片位于最左端時，讀出電流表的示數為I1；

閉合開關S，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，讀出電流表的示數為I2；

未知電阻的阻值：Rx = ? ? ? ? ? （用字母表示）。

（3）任選器材，請你設計一種方案，也能測出Rx 的阻值，畫出電路圖，并說說你設計的電路圖的優缺點，要求與小祥同學設計電路不同。

答案：（1）1? ?9.8

（2）調節滑片位于最右端時，I2RO /（I1-I2）

評析：以開放性方式考查設計測量未知電阻的方案，促進學生進行獨立思考，善于提出問題，能從不同角度思考問題，對不同的設計方案進行討論，同伴間進行質疑和批判、檢驗和修正，領會創新設計的優缺點，把簡單、有效、新穎、獨特的創新實驗方案進行深度剖析，加深對物理概念、物理規律的理解與應用，有效考查學生綜合素質，提升質疑創新能力。

3? 結束語

科學思維作為物理課程要培養的核心素養之一，是學生學習和應用物理知識過程與方法的提煉和發展。物理學科作為培養學生科學思維的重要載體，肩負著學生思維發展的重要任務。精選母題建立典型基礎性的知識結構體系，以母題賦源的知識為線索，橫縱拓展母題，以點帶面，開闊知識深度與視野，建立物理學科知識內在聯系，優化教學過程，讓學生思維經歷分析與綜合、抽象與概括、系統化與具體化等過程，培養學生良好的思維品質，拓寬了解題思路與策略，升華知識體系，助力提升學生的科學思維能力。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：4-5

［2］ 廖伯琴.義務教育物理課程標準（2022年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2022：43-44

［3］ 毛金華.物理長作業：科學思維能力的催化劑［J］.中學物理教與學，2022（4）：20－23.