細(xì)微處注重物理思想的切入 應(yīng)用上滲透STEM教學(xué)理念

張成清　陳家禮

2018年全國(guó)高考新課標(biāo)試題（物理部分）的謎底也已經(jīng)揭開(kāi)，綜觀三套新課標(biāo)卷的物理試題，可謂精彩紛呈，看后讓人爽心悅目、回味無(wú)窮，從簡(jiǎn)單的物理原理在生活中的應(yīng)用到復(fù)雜的物理知識(shí)在高科技中的體現(xiàn)，從物理概念的簡(jiǎn)單理解到物理規(guī)律在物理事件中的重要應(yīng)用，使人不得不感嘆高考考題獨(dú)具匠心。與2017年的高考試題相比，物理試題的難度有所降低，沒(méi)有刻意追求物理思維的深度和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力的極致，但對(duì)考生進(jìn)行“了解、識(shí)記”和“理解”、簡(jiǎn)單的運(yùn)算或判斷分析、綜合分析能力三個(gè)層次的能力考查非常突出，同時(shí)也注重將物理科學(xué)思想作為試題的切入點(diǎn)，在應(yīng)用上突現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等理念在試題中的滲透，物理試題呈現(xiàn)出“細(xì)微處注重物理科學(xué)思想的切入，應(yīng)用上巧妙滲透STEM教學(xué)理念”的命題思想。以下筆者就試題滲透STEM教學(xué)理念談?wù)剮c(diǎn)看法。

一、注重物理科學(xué)思想的切入，刻意回避偏題怪題

自全國(guó)新課標(biāo)卷出現(xiàn)以來(lái)，普遍印象是物理試題每道題的物理思維要求都非常高，沒(méi)有簡(jiǎn)單送分題。但2018年全國(guó)高考新課標(biāo)卷打破這一常規(guī)，降低物理思維的深度，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念、基本規(guī)律及核心思維方法的考查不太在意難度的大小，注重的是物理思想的切入，甚至有意回避偏題怪題，解題過(guò)程不需要依靠特殊技巧，只要掌握基本方法，獲取正確答案的難度不大。

【例1】（2018年理科綜合全國(guó)Ⅱ卷第14題）（單選）如圖1所示，某同學(xué)用繩子拉動(dòng)木箱，使他從靜止開(kāi)始沿粗糙水平路面運(yùn)動(dòng)至具有某一速度，木箱獲得的動(dòng)能一定

A. 小于拉力所做的功

B. 等于拉力所做的功

C. 等于克服摩擦力所做的功

D. 大于克服摩擦力所做的功

分析：本題直接由動(dòng)能定理切入，只要知道對(duì)木箱做功的只有兩個(gè)力（分別是拉力和摩擦力），其中拉力做正功，摩擦力做負(fù)功，就很容易得到正確答案。

解析：由動(dòng)能定理知，WF-Wf=Ek-0，得到Ek=WF-Wf

反思：第一，本案例物理科學(xué)思想的切入非常直接，不會(huì)使考生產(chǎn)生其他與本題解答方法無(wú)關(guān)的想法；第二，本題沒(méi)有很復(fù)雜的背景，對(duì)物體做功的判斷比較容易，可以說(shuō)從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（通過(guò)讀題尋找需要解答的問(wèn)題）開(kāi)始，到設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方法（利用正確的物理原理），最后很容易聯(lián)想到利用物理學(xué)中動(dòng)能定理解決問(wèn)題，獲取正確答案，整個(gè)解答過(guò)程滲透了物理學(xué)科思想的注入；第三，試題的干擾項(xiàng)也比較容易排除，幾乎不需要物理思維的深度。

【例2】（2018年理科綜合全國(guó)Ⅲ卷第16題）一電阻接到方波交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交變電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值為u0，周期為T，如圖2所示。則Q方：Q正等于

A. 1 ∶ B. ∶ 1 C. 1 ∶ 2 D. 2 ∶ 1

分析：本題直接由交流電的有效值切入，只要利用交流電有效值的定義正確計(jì)算出兩種電源的有效值大小，就可以得到正確答案。

解析：由交流電源的波形圖知，U方=u0，U正=u0，則Q方=T=T，Q正=T=T，Q方 ∶ Q正=2 ∶ 1

選項(xiàng)D正確，ABC錯(cuò)。

反思：第一，物理思想的直接切入在本題中展現(xiàn)無(wú)遺；第二，本題中提供的兩個(gè)交流電源均為最基礎(chǔ)最常見(jiàn)的交流電，有可以回避偏題的嫌疑，重要的是考查物理思想。

【例3】（2018年理科綜合全國(guó)Ⅲ卷第14題）（單選）1934年，約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核 [27][13] Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性元素X：α+ [27][13] Al→n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為

A. 15和28 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31

分析：本題直接由核反應(yīng)過(guò)程中遵循的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒切入，只要知道α粒子和中子n的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)，可以確定正確答案。

解析：α粒子是氦的原子核，其電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為2和4，中子n的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)分別是0和1，根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中兩個(gè)守恒，可以確定放射性元素X的原子核其電荷數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，則放射性元素X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為15和30，選項(xiàng)B正確，ACD錯(cuò)。

反思：第一，雖然本題中沒(méi)有直接給出α粒子和中子n的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)，給物理知識(shí)的應(yīng)用設(shè)置了一些障礙，但α粒子和中子n均為核物理中常見(jiàn)的基本粒子，考生應(yīng)該能記住這兩個(gè)粒子的基本特征；第二，在完成核反應(yīng)方程時(shí)，考生最擔(dān)心的是不清楚某原子系數(shù)對(duì)應(yīng)的原子核，本題在該問(wèn)題的設(shè)置上有意回避了該問(wèn)題，不要求判斷元素X的種類，很明顯考查注重的仍然是物理思想。

二、不夸大技術(shù)在物理學(xué)中作用，巧妙將技術(shù)問(wèn)題滲透于試題中

在近幾年全國(guó)新課標(biāo)高考試卷的物理試題中，出現(xiàn)不少直接將技術(shù)展現(xiàn)在考生面前的試題，例如2017年理科綜合Ⅰ卷第18題中的掃描隧道顯微鏡（STM），2017年理科綜合Ⅱ卷第21題中的自制簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)，2017年理科綜合Ⅲ卷第33題中的測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)的儀器，2016年理科綜合Ⅰ卷第23題中的由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)等，這些題是學(xué)以致用的好題，能很好的反映技術(shù)在物理學(xué)中重要性，但試題給出的情景太直接，導(dǎo)致很多考生因沒(méi)有看懂試題而無(wú)從下手。2018年全國(guó)新課標(biāo)高考試卷在這方面有所改變，既強(qiáng)調(diào)技術(shù)的重要性，又沒(méi)有夸大技術(shù)的作用，而是將技術(shù)問(wèn)題巧妙地滲透在物理試題中，使考生在解答問(wèn)題時(shí)體會(huì)到技術(shù)的作用之余也感受到物理的味道。

【例4】（2018年理科綜合全國(guó)Ⅰ卷第14題）（單選）高鐵列車在啟動(dòng)階段可看作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在啟動(dòng)階段，列車的動(dòng)能

A. 與它所經(jīng)歷的時(shí)間成正比 B. 與它的位移成正比

C. 與它的速度成正比 D. 與它的動(dòng)量成正比

分析：高鐵列車在啟動(dòng)階段可看作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)特征已經(jīng)確定，可以根據(jù)問(wèn)題的需要直接利用不同的物理規(guī)律表達(dá)列車的動(dòng)能，判斷答案正確與否。

解析：由v=at，Ek=mv2知，Ek=ma2t2，選項(xiàng)AC錯(cuò)；由F=ma，W=Fx，Ek=W知，Ek=max，選項(xiàng)B正確；由P=mv，Ek=mv2知，Ek=，選項(xiàng)D錯(cuò)。

反思：第一，高鐵技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的技術(shù)之一，將高鐵列車引進(jìn)高考試題是技術(shù)在物理學(xué)中應(yīng)用的很好體現(xiàn)；第二，本題雖然涉及高鐵技術(shù)，但沒(méi)有就有關(guān)的技術(shù)進(jìn)行探究，而是直接應(yīng)用物理原理獲取正確答案，盡量回避技術(shù)問(wèn)題對(duì)解答帶來(lái)的困惑。

【案例5】（2018年理科綜合Ⅰ卷第20題）2017年，人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家復(fù)原的過(guò)程，在兩顆中子星合并前約100s時(shí)，它們相距約400km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬(wàn)有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星

A. 質(zhì)量之積 B. 質(zhì)量之和

C. 速率之和 D. 各自的自轉(zhuǎn)角速度

分析：在對(duì)宇宙的探究中，人類已經(jīng)能探測(cè)到雙星的有關(guān)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只要能正確構(gòu)建雙星模型，可以根據(jù)有關(guān)的物理規(guī)律和數(shù)學(xué)運(yùn)算得到正確答案。