核心素养背景下高中物理习题编制策略的探讨

摘

要：习题编制是教师的一项基本功，也是每一位教师应该具备的基本专业素养之一。高质量的习题通过教师的讲解可以很好地帮助学生梳理和完善知识结构，进而强化学生建模能力。本文通过三道试题为例，分析物理习题编制策略，从而促进教师迅速地对旧题翻新，编制出高质量习题。教师在不断提升创新能力的同时，既能培养学生的建模能力，又能让学生逐渐从习题中解脱出来。关键词：习题编制;创新能力;建模能力新课标改革下，高考已从单纯考查某些知识点向考查学生解决问题和分析问题方向转变，要求考生在有限的考试时间内更快、更准确地完成试卷作答。物理学科作为培养学生核心素养的重要组成部分，要着力培养学生逻辑思维和创造能力，而习题训练是学生理解物理核心思想的重要组成部分。因此，精准有效的习题编制能够快速培养学生思维能力。然而随着信息技术的发展，许多教师都习惯于从各大网站下载和拼凑现成的习题且大多都未经过集体备课讨论和筛选直接印发给学生，从而导致试题不具有针对性，降低课堂效率，不利于学生学科素养的培养。本文将以几道试题为例，帮助分析物理习题编制策略，从而进一步有效促进教学。习题编制可以通过设问形式主动引导设计者去思考，去打破旧的思维模式，从而建立新思路。针对物理学科特点及考题经常呈现的形式，笔者建议从下面三个方面入手进行习题编制，如表1所示。带电粒子在有界磁场中的运动问题，是电磁学重要模块，也是培养学生形成物理概念、解决物理问题重要组成部分。下文将通过几道试题出发，探讨和分析如何通过习题编制构建带电粒子在有界场中运动模型，从而达到培养学生核心素养的目的。一、欣赏高考真题，品味习题改编例1

图1是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能Ek0从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为R，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取tan22.5°=0.4。（1）当Ek0=0时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角θ均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当Ek0=keU时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。试题解答：（1）电子从P点出发经过两次电场加速，由动能定理得：2eU=mv2①电子进入磁场I区域后开始做圆周运动，由几何关系可知电子圆周运动半径：r=0.4R②由圆周运动知识：evB=m③t=④综上所得：B=

t=

Ek=8eU（2）要电子不与I区磁场外边界相碰，需保证电子做圆周运动轨迹与I区磁场相切。根据几何关系得：r1+=R⑤此外，动能定理得：2eU=mv-Ek0⑥圆周运动得：ev1B=m⑦由以上各式得：k=新高考模式下要求选拔综合素养高、全方位发展的人才，这也对一线教师教育教学提出新的考验。教师在教学过程中要着力培养学生核心素养和解决实际问题的能力，要渗透物理规律的实质，要让学生在自主学习和探究中培养科学思维。（一）整体把握物理情景该题以带电粒子在电磁场中运动问题作为载体，以带电粒子在电场中的直线运动、磁场中的圆周运动作为物理情境，粒子运动轨迹与生活中常见对称图形相符，切实考查学生对生活场景的进一步理解以及考生对电磁场概念、运动学知识、动能定理、圆周运动等基本知识的掌握情况，也对考生逻辑判断推理和数学应用等能力提出相应要求（如图2所示）。（二）信息呈现形式与课程标准完全相符本题是以生活中常见的对称模型图文并茂呈现，学生不陌生。从知识点考查角度来看，辐射状电场分布与高中物理选修3-1中磁电式电流表中磁场辐射分布是一致的，着重考查考生在新高考下对知识迁移;另一方面，常規的考查动能定理、圆周运动和直线运动知识点，重点培养学生以物理的科学视角去用所学知识解决实际问题的能力。（三）亮点呈现本卷中该题是最后一道压轴题，避开了以往复杂物理过程分析和计算，更加注重物理过程的分析，列式较少，计算方便快捷。题目还着重考查考生物理思维和将数学、物理结合到一起解决问题能力，能有效提升考生对问题分析判断和综合应用能力，强化了物理学科的核心素养。二、习题编制例2

如图3，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的外半径为r。在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为B，在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。一质量为m、电荷量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）习题编制过程：步骤一：明确考点例1、例2均考查带电粒子在电磁场中运动问题，尤其突出运动的对称性。步骤二：根据习题编制三条建议进行逐条核查能否他用或借用？将“加速运动、匀速运动和圆周运动”用于“加速运动和圆周运动”组合。能否改变或替换？将“三次圆周运动”变为“四次圆周运动”。能否扩大？可将例2中的外圆开孔数增加为4、5、6…n。步骤三：设计题目主干和问题即当外圆开五孔时，带电粒子的运动轨迹如何？与现实生活中“五片花瓣”进行比较，依次拓展本题。例3

如图4所示，间距为L的平行金属板MN与一对光滑的平行导轨相连，平行导轨间距为d，平行导轨右侧与阻值为R的电阻连接。一根阻值为r的导体棒ab与导轨垂直且以速度v0沿导轨向右匀速运动，棒的右侧存在一个垂直纸面向里，大小为B的匀强磁场。当棒进入磁场时，粒子源P释放一个初速度为零的带负电的粒子，已知带电粒子的质量为m（重力不计）、电量为q，粒子经电场加速后从M板上的小孔O穿出，在板的上方，有一个环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，已知外圆的半径为2d，内圆的半径为d，两圆的圆心与小孔重合，求：（1）粒子到达M板的速度大小v;（2）若粒子不能从外圆边界飞出，则环形区域内磁感应强度最小为多少？步骤一：明确考点例1与例3考查带电在有界磁场中运动问题，重点考虑如何寻找边界临界条件。步骤二：根据改编建议进行逐条核验改變条件：将“辐射状电场分布”变成“平行板电容器”。题干条件发生变换：将“直接给定电场”替换为“电磁感应中单棒切割产生电动势问题”。知识点考查扩大：增加电磁感应和闭合电路欧姆定律的考查。步骤三：设计提问本习题编制侧重于对有界磁场中边界问题的考查，弱化粒子运动轨迹的对称性问题考查。例2和例3均研究的是带电粒子在电磁场中运动问题，其与高考题例1有很多相似点。例2侧重于对粒子轨迹的考查，例3则侧重于对有界问题的考查，这就要求习题编制者根据教学目标确定模型、根据学生实际情况确定难度。如考哪部分知识点？知识点以什么形式呈现（选择、实验、计算等）？该习题是用于新课、习题课还是综合复习课？只有命题者明确考查的具体