任敬国

摘 要：以2017年高考理综卷Ⅰ第25题为例，巧用运动分解的观点，把质点运动过程的分析加以简化，使物理学科思维内化成个人能力，在课堂教学中注重物理学科核心素养的形成培养。

关键词：高考试题解析；运动分解；物理核心素养

【原题】真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场，一带电油滴在该电场中竖直向上，速度大小为v0，在油滴处于位置A时，将电场强度的大小突然增大到某值，但保持其方向不变。持续一段时间t1后，又突然将电场反向，但保持其大小不变；再持续同样一段时间后，油滴运动到B点。重力加速度大小为g。

（1）油滴运动到B点时的速度；

（2）求增大后的电场强度的大小；为保证后来的电场强度比原来的大，试给出相应的t1和v0应满足的条件。已知不存在电场时，油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍。

限于篇幅，原卷的参考答案笔者在此不再赘述。通过对本题解题的策略分析，思考在物理教学中所应体现的科学核心素养。

1 第一问分析与解答呈现的物理核心素养

第一问的问题体现以下两个方面素养：

（1）需要建立正确的物理情境。题中没有给出质点（油滴）的空间运动轨迹，需要一定的空间想象力，才能够在具体的物理情景中去概括、抽象、分析出题中要用到的物理概念和规律。

（2）需要良好的物理建模能力。没有给出油滴的带电性质和具体的电场方向，虽然解题过程与这些信息无关，但想在短时间正确的地构建物理模型、明确运动过程、选择合适的物理规律、建立有效的物理方程还是比较困难。

过程分析：设向上为正，电场强度增大后的场强大小为E2，油滴在增大电场E2后的的运动过程中，受到先向上t1时间qE2和再向下t1时间qE2的力作用，在2t1时间内受到的电场力冲量刚好抵消，即：qE2t1-qE2t1=0，在2t1时间内受到有向下的恒力mg，那么整个过程可以用动量定理的规律来处理，相比用动力学观点来求B点的速度大小，会更显得方便且更高效。

解答如下：令到达B点的速度为vB，则有：

-2mgt1+qE2t1-qE2t1=mvB-mv0

即可求得： vB=v0-2gt1

以上分析可知，试题所设置的问题能体现学生解题的能力和思维习惯，能体现选拔性考试所关注的个人发展能力，也能较好地了体现教师在日常的教学中对解决问题能力的培养。题的多解性恰是检验学生对物理基本概念、基本规律、基本分析能力、重要思维方法、关键执行能力等的应用。能够通过梳理知识构架，读取恰当的物理规律合理地解决实际问题，是对学生具有内在物理科学品质的综合检验。

2 第二问分析与解答呈现的物理核心素养

第二问的问题体现以下五个方面素养：

（1）需要良好阅读理解能力。题中使用了条件后置法来设置问题，问题关键句之一“已知不存在电场时，油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍”写在最后，与日常的条件信息基本都是先入为主地呈现，有较大的反差；这种较大差别的语言表述，强化了考查学生阅读和理解问题的能力。问题的关键条件不易读懂，需要考生认真阅读，根据题意理解。

（2）需要严谨的科学思辨能力。虽两个问题需要考生回答，题目中只是轻描淡写地用一个“；”分开，原题的表述需要多次重复读题才能抓住关键词、清楚题目的要求，显然在考试的紧张状态下考生不易思辨，这是考查学生个人在日常学习中，养成对问题钻研恒心和毅力、良好科学态度和科学精神。当然整个问题如果用以下方式的表述则会大有不同，问题的指向性明确且更加有效；若已知不存在电场时，油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍，求增大后的电场强度E2的大小。并讨论为保证改变前后的电场强度大小E2>E1，试给出相应的t1和v0间应满足的条件。

（3）需要缜密的物理思维能力。审题中对“距离”一词的隐含条件，容易忽略质点（油滴）在重力场中竖直上抛时的最大高度AC间距离H与它在复合场中2t1时间内运动的AB间位移大小h的关系，要考虑矢量的方向性，考生需要在有限的时间内分辨出B点可以在A点的上方，也可以在A点的下方的两种情况（如图1所示，H=2h或H=-2h），是对物理思维缜密性的考察，如果稍有不慎容易造成漏解情况，这种缜密的物理科学思维能力也是日常物理教学中最具特性的追求之一。

（4）需要良好的运用数学处理物理问题的能力。为保证后来的电场强度比原来的大（E2>E1），试给出相应的t1和v0应满足的条件，讨论过程对数学运算能力提出较高的要求，这也对应了考纲中对能够利用数学工具解决物理问题的核心能力地提出的要求，体现了高校选拔性考试在核心能力要求上是一个不落的。

（5）需要良好解题策略能力。物理的核心素养中应用物理规律解决实际问题的能力在这里体现，也是最难能力目标之一。参考答案中整个过程用匀变速运动的观点来解题，这个对考生的临场考试心里及运算能力的有很高的要求，平时要能在题海中能够踏浪的学生才有可能安全地渡过该“漩涡”，顺利、完整地答好本题。但是物理学科素养中最终的目标是培养成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[1]，良好的解题方法、解题策略是体现这一目标在教学中实现情况的关鍵依据之一。

过程分析：本题中所给的参考答案中，需要联立8个式子才能算出来，这对一个普通考生来说在短时间内完成相应的计算量是难以承受之重，一般列完式子会直接选择放弃，这样对物理知识的考察单纯地转变成数学计算的能力的要求上，这本不是物理学习的本意所在。是否能通过改变解题方法策略从根本上扭转这一情况呢。笔者细致研究后发现如果能用“运动的合成与分解”的方法来求相应的问题，则会轻松许多，甚至它并不算是一个难题了。

首先，合成与分解之间是等效替代的，一个合力可以分解成无数对分力，同样的一个质点运动也可以分解成多种的运动的合成，若本题中以质点（油滴）在重力场中运动过程看做竖直上抛运动和在电场中的加速运动两个分运动的合成，那么问题便可迎刃而解。

其次，本题中电场的场强大小不变，只是电场力先向是向上再向下，因此由电场引起的分运动就是先向上加速再向上减速，而且向上和向下运动过程是具有对称性的，由第（1）问可知，这一分运动在这一过程的初末状态的速度均为0。

两个运动过程的v—t图像，如图2-a，和图2-b所示。

通过对同一个问题换个角度再认识，把本题涉及多个重要的概念和知识点（有质点、运动学、牛二定律、动量定理、运动的合成与分解等）的整合，不仅呈现清晰的物理概念、解题思路等科学思维，还体现出对运动完美的对称性美的理解。这种方法看似不在中学教科书中明确地呈现或要求掌握，但教学的目的是为的培养具有一定的创新意识和创新能力新兴人才，使他们能够根据学习的知识经验去发现问题、提出问题、寻找合理解决方案和策略、通过论证分析、最终解决问题等探究能力，也是实现物理科学核心素养的目标之一。

最后讨论E2>E1的条件，根据题目的要求，看似只要使⑤或⑥两式前面的系数大于1即可，但在本题中实际则要考虑到物体上抛过程的需要，向上初速度至少要大于0的隐含条件，同时要用到数学工具解决实际物理问题的能力，题中可以用配方法来完成。

结合第⑤式的情况是：

其中⑩式舍去的原因是小于0部分不合题意，而大于0部分已经在⑨描述到了，所以最终有三种相应的v0和t1间所满足的条件。从题中分析挖掘出隐含条件，也是发现问题能力的要求，还要结合数学工具处理物理问题能力，这里主要是解不等式，是易错点也是难点。

3 教学中应融入物理核心素养的培养

综上所述，从高考的能力要求来看，本题注重从建立物理情境、物理建模、閱读理解能力、思辨推理能力、综合分析能力、应用数学处理物理问题的能力、根据已有知识储备进行创新应用能力等多方面考察物理学科核心素养，体现了高考作为高校选拔性考试在能力区分方面的良苦用心。总体来说，本题紧扣考纲，考点相对灵活，通过分析巧解的方法不仅体现物理科学对复杂问题处理中常用的化繁为简策略，还可以把看似繁杂的问题极大简约化，且从运动过程、位移表达式及讨论的结果的表达无不反应了对称的美感。这样的分析与解答过程还能对学生产生一种震撼心灵感受：良好物理科学思维方法可在处理现实问题的过程中产生艺术般的效果，对养成良好的学习和思维习惯，提升学习物理的兴趣，克服畏难情绪增强解决复杂问题的信心。这些能力是学生通过物理学习形成内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。

因此，在日常物理教学中应融入各种科学素养的培养，注重通过物理现象的探究获得正确的物理观念。充分发挥学生学习的积极性，鼓励和尊重学生的通过课堂活动过程中，思考和生成的结论的交流碰撞，让他们的科学思维达到自然生成的目的。关注和肯定每位同学参与的科学探究过程，让他们建立自信，形成具有独立处理问题能力和初步的创新能力的个体，只有掌握科学分析问题的方法，在考试中遇到比较复杂的计算题时，才不会产生畏难情绪，而是学会冷静地思考、独立分析[2]。在学习成长的过程中逐渐地确立正确的人生观和科学的探究精神，成为适应社会发展的要求的各种人才。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：2-3.

[2]杨永忠.2016年高考理综新课标卷Ⅲ第25题评析暨核心素养培养研究[J].中学物理教学参考，2016（8）：63.