利用一题多解提升物理核心素养
钱嘉
摘 要： 课程标准要求学生需要通过物理的学习将物理学科的品质内化，本文通过同一个物理问题蹦极为例，结合采用极限法、赋值法、图像法、转换法这些物理思维方法灵活解决该问题，以此培养科学思维，提高学生的物理核心素养.
关键词： 物理核心素养;科学思维;一题多解
物理教学过程中教师通常很重视对物理解题的训练，这样有利于知识的传输和强化，但是题海战往往浮于形式.课程标准要求学生需要通过物理的学习将物理学科的品质内化，素养的培养需要靠经历、体验、领悟、升华一系列的过程.物理解题教学过程中教师需要重点考虑如下问题：（1）单纯的解题能否有效的提高学生的物理核心素养？（2）如何评价学生的物理核心素养得到了切实的提高？笔者认为一题多解可以通过对同一问题进行分析，举一反三，拓展学生的科学思维，可以切实的提高学生的物理核心素养.接下来以一中考题为引例列举极限法、赋值法、图像法、转换法在该题中的应用.
1 试题与分析
如图1所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点，B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块A从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点运动过程的说法，正确的是（ ）
A.小石块减少的重力势能全部转化为动能
B.从A点下落到B点的过程中，小石块受到重力和弹力的作用
C.从B点下落到C点的过程中，小石块的速度先增大后减小
D.小石块在C点时，受到平衡力的作用
该题的主要矛盾是解决学生的前概念（物体受到阻力必然会减速），对力和运动的关系没有做出应该有的推理和分析.蹦极模型是初中力学中起到承上启下的一个重要模型，从力学角度看，蹦极的力是变力;从能量角度看，弹性绳是个能量储存的元件，能很好地考查考生的分析综合能力.既是对力和运动关系的总结，又对高中的弹簧模型起到很好的铺垫作用.
2 一题多解的具体方法
2.1 极限法
用极限的思想解决该题目，将看似复杂的问题放到极端条件下去分析，问题变的非常简单.教师设问假设真实蹦极用的弹性绳是用来捆扎物体的橡皮筋是否可行，能依靠这样的橡皮筋减速吗？学生立马回答不可行，不可行的原因是蹦极的人所受重力远大于橡皮筋能提供的最大拉力，这就打破了学生认为有阻力就一定会减速的固有思维.
这时候再追问蹦极时需不需要限重呢？若蹦极时物体的重力远超弹性绳能承受的最大拉力，也就是物体所受的合力必然向下，与运动方向一致，物体即使受到弹性绳拉力仍然向下加速运动.通过极限法能很好的引发认知冲突，学生才能继续在物理的视角下对现象的本质进行深层分析.
2.2 赋值法
当物理问题对学生进行物理规律的考查时可以选用赋值法，这时候选择特殊值解题显得尤为简单，由于特殊值也符合一般规律，可以更直观的有效分析物理过程.假定小石块所受重力为10N，若弹性绳的最大弹性限度为3N，那么物体虽然受到弹力但合力仍然是向下的，物体肯定会先加速下落;假设弹性绳的最大弹性限度为30N，那么物体最终肯定會受到阻力减速.但是由于弹力是随着弹性绳伸长量增大而增加的，必然一开始弹力小于重力.这种方法能很快的突破学生当物体受到阻力时减速的思维定式.
2.3 图像法
该方法是数形结合的一种思想方法.用图像来描述物理过程，显得更加形象与直观.基于弹性限度内弹性绳伸长量与外力成正比和重力与质量成正比可以画出石块所受重力和弹力与弹性绳伸长量的图像，如图2所示.
图像直观的显示了受力可以分成三个阶段.第一阶段通过点a和点b分析，此时重力大于弹力，运动方向和合力方向一致，物体向下加速;第二阶段c点重力等于弹力速度最快;第三阶段通过点d和点e分析，弹力大于重力，运动方向和合力方向相反，物体向下减速.
2.4 转换法
很多不易观察的物理过程或难以直接测量的物理量在效果相同的前提下，转换成直观的现象或易测量的物理量就是转换法的核心思想.
图3是苏科版教材中在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B.将落地瞬间动能大小转换成圆斑.
利用转换法同样可以显示出蹦极下落的速度变化. 表1为自制的蹦极速度变化演示器和具体的实验步骤和结果，器材有弹性绳、铁球、复写纸、白纸、铁架台、塑料挡板、铁架台、铁圈.
（1）在弹性绳自然长度位置固定铁圈，并标记A位置.
（2）将小球从起始位置释放，通过复写纸在白纸上的印痕显示出下落到A位置速度
（3）找到小球重力和弹力平衡位置，固定铁圈标记B位置.
（4）将小球从同一起始位置释放，在白纸上的印痕标记为B
（5）比较A，B印痕大小可以看出B印痕大说明小球下落到B点的速度大于A点
3 渐进发展，逐步提升核心素养
核心素养的提升是通过接受物理教学的过程中逐步提升的，不是一蹴而就的.同样物理问题的解决也不可能一步到位，应遵循学生的认知规律，渐进发展，一步步提高学生的核心素养.
以该题为例，在课标科学内容的划分上可以归类在“运动和相互作用”中，学生通过物体的受力情况可以分析出物体的运动状态，但刚接触物理不久的学生在“科学思维”上模型建构、科学推理的能力只是刚刚培养，要理解该模型存在较大的难度.若一开始就将所有的解题方法一股脑儿的交给学生，妄想着一下子就将问题解决，学生不仅不能理解，物理思维得不到切实的培养，没办法很好的内化该物理知识.
基于核心素养发展的连续性，当学生学习了能量的概念后再来分析该题目就会得心应手.通过物理的学习学生的建模能力和推理分析能力得到了进一步的提高.小球所受重力和弹力的做功过程伴随着能量的转化.弹性绳弹性势能的获得都是通过一开始小球的重力势能转化来的，最低点时弹性绳获得的弹性势能最大，小球具有的机械能最小，也能对小球的运动状态进行准确的分析.这时候基于刚形成的能量观念再对小球的受力状态进行分析，物理观念能得到进一步的深化.
一题多解不是刻意的必须选用不同的方法解决同一个题目，而是通过同一个物理问题，对比极限法、赋值法、图像法、转换法这些物理思维方法的优劣，能使学生的科学思维得到进一步的培养.科学知识固然重要，但科学方法的领悟和科学思维的培养更能切实提高学生的物理核心素养.
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2] 刘炳昇.义务教育教科书·物理（九年级上册）[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.
摘 要： 课程标准要求学生需要通过物理的学习将物理学科的品质内化，本文通过同一个物理问题蹦极为例，结合采用极限法、赋值法、图像法、转换法这些物理思维方法灵活解决该问题，以此培养科学思维，提高学生的物理核心素养.
关键词： 物理核心素养;科学思维;一题多解
物理教学过程中教师通常很重视对物理解题的训练，这样有利于知识的传输和强化，但是题海战往往浮于形式.课程标准要求学生需要通过物理的学习将物理学科的品质内化，素养的培养需要靠经历、体验、领悟、升华一系列的过程.物理解题教学过程中教师需要重点考虑如下问题：（1）单纯的解题能否有效的提高学生的物理核心素养？（2）如何评价学生的物理核心素养得到了切实的提高？笔者认为一题多解可以通过对同一问题进行分析，举一反三，拓展学生的科学思维，可以切实的提高学生的物理核心素养.接下来以一中考题为引例列举极限法、赋值法、图像法、转换法在该题中的应用.
1 试题与分析
如图1所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点，B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块A从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点运动过程的说法，正确的是（ ）
A.小石块减少的重力势能全部转化为动能
B.从A点下落到B点的过程中，小石块受到重力和弹力的作用
C.从B点下落到C点的过程中，小石块的速度先增大后减小
D.小石块在C点时，受到平衡力的作用
该题的主要矛盾是解决学生的前概念（物体受到阻力必然会减速），对力和运动的关系没有做出应该有的推理和分析.蹦极模型是初中力学中起到承上启下的一个重要模型，从力学角度看，蹦极的力是变力;从能量角度看，弹性绳是个能量储存的元件，能很好地考查考生的分析综合能力.既是对力和运动关系的总结，又对高中的弹簧模型起到很好的铺垫作用.
2 一题多解的具体方法
2.1 极限法
用极限的思想解决该题目，将看似复杂的问题放到极端条件下去分析，问题变的非常简单.教师设问假设真实蹦极用的弹性绳是用来捆扎物体的橡皮筋是否可行，能依靠这样的橡皮筋减速吗？学生立马回答不可行，不可行的原因是蹦极的人所受重力远大于橡皮筋能提供的最大拉力，这就打破了学生认为有阻力就一定会减速的固有思维.
这时候再追问蹦极时需不需要限重呢？若蹦极时物体的重力远超弹性绳能承受的最大拉力，也就是物体所受的合力必然向下，与运动方向一致，物体即使受到弹性绳拉力仍然向下加速运动.通过极限法能很好的引发认知冲突，学生才能继续在物理的视角下对现象的本质进行深层分析.
2.2 赋值法
当物理问题对学生进行物理规律的考查时可以选用赋值法，这时候选择特殊值解题显得尤为简单，由于特殊值也符合一般规律，可以更直观的有效分析物理过程.假定小石块所受重力为10N，若弹性绳的最大弹性限度为3N，那么物体虽然受到弹力但合力仍然是向下的，物体肯定会先加速下落;假设弹性绳的最大弹性限度为30N，那么物体最终肯定會受到阻力减速.但是由于弹力是随着弹性绳伸长量增大而增加的，必然一开始弹力小于重力.这种方法能很快的突破学生当物体受到阻力时减速的思维定式.
2.3 图像法
该方法是数形结合的一种思想方法.用图像来描述物理过程，显得更加形象与直观.基于弹性限度内弹性绳伸长量与外力成正比和重力与质量成正比可以画出石块所受重力和弹力与弹性绳伸长量的图像，如图2所示.
图像直观的显示了受力可以分成三个阶段.第一阶段通过点a和点b分析，此时重力大于弹力，运动方向和合力方向一致，物体向下加速;第二阶段c点重力等于弹力速度最快;第三阶段通过点d和点e分析，弹力大于重力，运动方向和合力方向相反，物体向下减速.
2.4 转换法
很多不易观察的物理过程或难以直接测量的物理量在效果相同的前提下，转换成直观的现象或易测量的物理量就是转换法的核心思想.
图3是苏科版教材中在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B.将落地瞬间动能大小转换成圆斑.
利用转换法同样可以显示出蹦极下落的速度变化. 表1为自制的蹦极速度变化演示器和具体的实验步骤和结果，器材有弹性绳、铁球、复写纸、白纸、铁架台、塑料挡板、铁架台、铁圈.
（1）在弹性绳自然长度位置固定铁圈，并标记A位置.
（2）将小球从起始位置释放，通过复写纸在白纸上的印痕显示出下落到A位置速度
（3）找到小球重力和弹力平衡位置，固定铁圈标记B位置.
（4）将小球从同一起始位置释放，在白纸上的印痕标记为B
（5）比较A，B印痕大小可以看出B印痕大说明小球下落到B点的速度大于A点
3 渐进发展，逐步提升核心素养
核心素养的提升是通过接受物理教学的过程中逐步提升的，不是一蹴而就的.同样物理问题的解决也不可能一步到位，应遵循学生的认知规律，渐进发展，一步步提高学生的核心素养.
以该题为例，在课标科学内容的划分上可以归类在“运动和相互作用”中，学生通过物体的受力情况可以分析出物体的运动状态，但刚接触物理不久的学生在“科学思维”上模型建构、科学推理的能力只是刚刚培养，要理解该模型存在较大的难度.若一开始就将所有的解题方法一股脑儿的交给学生，妄想着一下子就将问题解决，学生不仅不能理解，物理思维得不到切实的培养，没办法很好的内化该物理知识.
基于核心素养发展的连续性，当学生学习了能量的概念后再来分析该题目就会得心应手.通过物理的学习学生的建模能力和推理分析能力得到了进一步的提高.小球所受重力和弹力的做功过程伴随着能量的转化.弹性绳弹性势能的获得都是通过一开始小球的重力势能转化来的，最低点时弹性绳获得的弹性势能最大，小球具有的机械能最小，也能对小球的运动状态进行准确的分析.这时候基于刚形成的能量观念再对小球的受力状态进行分析，物理观念能得到进一步的深化.
一题多解不是刻意的必须选用不同的方法解决同一个题目，而是通过同一个物理问题，对比极限法、赋值法、图像法、转换法这些物理思维方法的优劣，能使学生的科学思维得到进一步的培养.科学知识固然重要，但科学方法的领悟和科学思维的培养更能切实提高学生的物理核心素养.
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2] 刘炳昇.义务教育教科书·物理（九年级上册）[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.
