STSE情景材料試題特點(diǎn)分析

廣東

STSE是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、社會(Society)、環(huán)境(Environment)的英文縮寫。STSE情景材料試題是以科學(xué)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、社會生活、環(huán)境保護(hù)等方面內(nèi)容為背景而設(shè)置的一類物理試題。這類試題廣泛涉及日常生活、社會熱點(diǎn)、科技前沿、能源環(huán)保等方面的內(nèi)容，具有濃厚的時代氣息，考查學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，體現(xiàn)“從物理走向生活，從生活走向物理”的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。在解答這類試題過程中，要求考生能夠?qū)υ囶}所展示的具體情景進(jìn)行分析、理解和判斷，弄清楚物理情景，抽象出物理模型，運(yùn)用相應(yīng)的物理知識進(jìn)行解答。

一、STSE情景材料試題基本特點(diǎn)

1.時代性：這類試題知識背景新穎，選材緊扣科技前沿，貼近生活，具有明顯的時代性。學(xué)生在接觸到這類試題時，往往會產(chǎn)生一種既陌生又似曾相識的感覺。

2.模型性：這類試題能夠很好地考查學(xué)生的模型建構(gòu)能力，學(xué)生解答試題時，要把題目所反映的具體情景轉(zhuǎn)化為抽象的理想化模型進(jìn)行分析，然后利用學(xué)過的物理知識進(jìn)行求解。

3.遷移性：試題內(nèi)容涉及到的材料可能會超越教材內(nèi)容，但考查的知識點(diǎn)不會超出《考試大綱》；學(xué)生解答試題時，要明確題中的問題與哪些物理知識相聯(lián)系，應(yīng)該采用什么物理模型，運(yùn)用什么物理規(guī)律進(jìn)行解答。

4.隱蔽性：試題有較強(qiáng)的隱蔽性，會使部分學(xué)生讀完試題后，感覺不知所云。這要求學(xué)生認(rèn)真閱讀試題，對試題內(nèi)容去粗取精、去偽存真，拋棄干擾信息，利用有效信息，利用相關(guān)知識建模、列式、求解。

二、STSE情景材料試題題目結(jié)構(gòu)

這類試題選材靈活，立意新穎，閱讀量比較大，學(xué)生在審題時容易出現(xiàn)既陌生又似曾相識的感覺，題中的有效信息以及信息之間的關(guān)系難于一眼看穿，這要求學(xué)生認(rèn)真審題，仔細(xì)分析，繞開“陷阱”，走出誤區(qū)，挖掘并篩選其中的有效信息。試題一般都由三部分組成：背景材料、題設(shè)條件、所求問題。

三、STSE情景材料試題處理思路

1.讀懂材料，獲取信息。這類試題的一個顯著特點(diǎn)是題干字?jǐn)?shù)較多，敘述較長，如果試題配以圖、表，則題目信息量更大。要求學(xué)生能夠通過閱讀、理解和分析從題干中篩選信息，提取有效信息。

2.明確要求，應(yīng)用信息。要求學(xué)生先粗略瀏覽一遍題目，明確試題中講述了什么物理內(nèi)容、涉及了哪些物理知識、需要解決什么物理問題。

3.構(gòu)建模型，運(yùn)用規(guī)律。對試題中的有效信息進(jìn)行比較、分析，轉(zhuǎn)化成較為熟悉的信息，把試題所反映的問題情景轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理模型，并將物理模型與所學(xué)過的物理知識、物理規(guī)律聯(lián)系起來。

4.分析推理，列式求解。利用試題中提供的有效信息，結(jié)合物理知識、物理規(guī)律進(jìn)行分析綜合、遷移變化，最后列方程求解。

四、STSE情景材料試題分類解析

1.與科學(xué)發(fā)展聯(lián)系類試題

這類試題往往以近代我國及世界上重大科技成果為素材進(jìn)行命制試題，如核能的開發(fā)與利用、電子信息技術(shù)、空間技術(shù)、智能機(jī)械工程、生物工程、超導(dǎo)的研究等高新科學(xué)技術(shù)，會給學(xué)生一種“高、新”的感覺，這要求學(xué)生在平時除了注意知識的延伸拓展，還要注意心理素質(zhì)的培養(yǎng)，確保在處理這類問題時做到“不緊張、細(xì)分析、篩信息、建模型、促解決?！?/p>

【例1】(2014年四川卷)石墨烯是近些年發(fā)現(xiàn)的一種新材料，其超高強(qiáng)度及超強(qiáng)導(dǎo)電、導(dǎo)熱等非凡的物理化學(xué)性質(zhì)有望使21世紀(jì)的世界發(fā)生革命性的變化，其發(fā)現(xiàn)者由此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。用石墨烯制作超級纜繩，人類搭建“太空電梯”的夢想有望在本世紀(jì)實(shí)現(xiàn)?？茖W(xué)家們設(shè)想，通過地球同步軌道站向地面垂下一條纜繩至赤道基站，電梯倉沿著這條纜繩運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)外太空和地球之間便捷的物資交換。

(1)若“太空電梯”將貨物從赤道基站運(yùn)到距地面高度為h1的同步軌道站，求軌道站內(nèi)質(zhì)量為m1的貨物相對地心運(yùn)動的動能。設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，地球半徑為R。

(2)當(dāng)電梯倉停在距地面高度h2=4R的站點(diǎn)時，求倉內(nèi)質(zhì)量m2=50 kg的人對水平地板的壓力大小。取地面附近重力加速度g=10 m/s2，地球自轉(zhuǎn)角速度ω=7.3×10-5rad/s，地球半徑R=6.4×103km。

【點(diǎn)評】本題以石墨烯的發(fā)現(xiàn)為背景，以“太空電梯”為話題，要求考生認(rèn)真解讀題中所給信息，抓住問題的關(guān)鍵，正確建立物理模型，靈活運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律、萬有引力定律、動能等知識解決相關(guān)問題。試題具有明顯的時代性與遷移性，把對物理基礎(chǔ)知識和基本技能的考查放在具體情景之下。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)關(guān)注現(xiàn)代科技發(fā)展，注重理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)材料的閱讀與理解、信息的分析與處理等方面能力的提高。

2.與技術(shù)進(jìn)步聯(lián)系類試題

物理學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)存在著密切聯(lián)系，物理學(xué)基礎(chǔ)理論的重大突破，推動著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，促進(jìn)新技術(shù)科學(xué)的興起。與技術(shù)進(jìn)步聯(lián)系類試題，物理情境相對復(fù)雜，但考查的相關(guān)知識較為根本，萬變不離其宗，試題充分彰顯“起點(diǎn)高、落點(diǎn)低”的特點(diǎn)。學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中，應(yīng)重視物理學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)系，用現(xiàn)代觀念看待物理知識的實(shí)際應(yīng)用，加深對現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的認(rèn)識，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識分析解決現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)問題的能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感，增強(qiáng)了解物理學(xué)習(xí)的社會意義。

【例2】(2016年天津卷)電磁緩沖器是應(yīng)用于車輛上以提高運(yùn)行安全性的輔助制動裝置，其工作原理是利用電磁阻尼作用減緩車輛的速度。電磁阻尼作用可以借助如下模型討論：如圖所示，將形狀相同的兩根平行且足夠長的鋁條固定在光滑斜面上，斜面與水平方向夾角為θ。一質(zhì)量為m的條形磁鐵滑入兩鋁條間，恰好勻速穿過，穿過時磁鐵兩端面與兩鋁條的間距始終保持恒定，其引起電磁感應(yīng)的效果與磁鐵不動，鋁條相對磁鐵運(yùn)動相同。磁鐵端面是邊長為d的正方形，由于磁鐵距離鋁條很近，磁鐵端面正對兩鋁條區(qū)域的磁場均可視為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，鋁條的高度大于d，電阻率為ρ，為研究問題方便，鋁條中只考慮與磁鐵正對部分的電阻和磁場，其他部分電阻和磁場可忽略不計，假設(shè)磁鐵進(jìn)入鋁條間以后，減少的機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為鋁條的內(nèi)能，重力加速度為g。

(1)求鋁條中與磁鐵正對部分的電流I；

(2)若兩鋁條的寬度均為b，推導(dǎo)磁鐵勻速穿過鋁條間時速度v的表達(dá)式；

(3)在其他條件不變的情況下，僅將兩鋁條更換為寬度b′>b的鋁條，磁鐵仍以速度v進(jìn)入鋁條間，試簡要分析說明磁鐵在鋁條間運(yùn)動時的加速度和速度如何變化。

【點(diǎn)評】本題以車輛上的電磁緩沖器裝置為素材，考查通電導(dǎo)體棒切割磁感線、電路、受力特征等綜合問題。考查了考生推理分析能力、歸納能力與運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力，考查情景新穎，體現(xiàn)了從物理走向生活的教學(xué)理念。

3.與社會發(fā)展聯(lián)系類試題

這類試題往往與社會發(fā)展、生活實(shí)際聯(lián)系在一起進(jìn)行命制試題，給學(xué)生一種“親近”的感覺，考查學(xué)生把原始物理問題轉(zhuǎn)化成合適物理模型的能力及解決實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，注重科學(xué)探究。學(xué)生在平時物理學(xué)習(xí)中，應(yīng)廣泛地聯(lián)系社會生活實(shí)際，擴(kuò)充自己的知識面，開拓自己的眼界，從而真正感受到物理學(xué)就在身邊，感受到物理學(xué)是一門活生生的學(xué)問。

【例3】(2016年四川卷)避險車道是避免惡性交通事故的重要設(shè)施，由制動坡床和防撞設(shè)施等組成，如圖豎直平面內(nèi)，制動坡床視為水平面夾角為θ的斜面。一輛長12 m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛?cè)胫苿悠麓?，?dāng)車速為23 m/s時，車尾位于制動坡床的底端，貨物開始在車廂內(nèi)向車頭滑動，當(dāng)貨物在車廂內(nèi)滑動了4 m時，車頭距制動坡床頂端38 m，再過一段時間，貨車停止。已知貨車質(zhì)量是貨物質(zhì)量的4倍，貨物與車廂間的動摩擦因數(shù)為0.4；貨車在制動坡床上運(yùn)動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44。貨物與貨車分別視為小滑塊和平板，取cosθ=1，sinθ=1，g=9.8 m/s2。求：

(1)貨物在車廂內(nèi)滑動時加速度的大小和方向；

(2)制動坡床的長度。

【答案】(1)5 m/s2，方向沿斜面向下 (2)98 m

【點(diǎn)評】該題結(jié)合實(shí)際生活情景—高速公路上的避險車道，考查了牛頓第二定律、勻變速直線運(yùn)動規(guī)律和摩擦力等基本知識。要求考生做到理論聯(lián)系實(shí)際，仔細(xì)解讀題目所敘述的物理現(xiàn)象，從相關(guān)圖中獲取有用的解題信息，建立合理的物理模型。體現(xiàn)了把學(xué)到的“理”運(yùn)用到“物”中的過程，同時教育學(xué)生要自覺遵守交通規(guī)則，體現(xiàn)了試題的人文關(guān)懷。學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中，要以物理知識與方法為依托，從物理學(xué)的角度研究生產(chǎn)生活中的新產(chǎn)品、新設(shè)施，做到理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

4.與環(huán)境保護(hù)聯(lián)系類試題

以能力立意為主，理論聯(lián)系實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的現(xiàn)象和事件，關(guān)注我們生活環(huán)境的變化，是全國高考命題的一個重要指導(dǎo)思想。讓學(xué)生理解物理知識在解決環(huán)境問題、能源危機(jī)中的責(zé)任和作用，其意義已超出學(xué)生應(yīng)用物理知識解答試題本身。這類試題讓學(xué)生樹立科技服務(wù)社會的意識，利用科技興利除弊，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、核心素養(yǎng)。

【例4】(2016年北京卷)霧霾天氣是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。霧霾中，各種懸浮顆粒物形狀不規(guī)則，但可視為密度相同、直徑不同的球體，并用PM 10、PM 2.5分別表示直徑小于或等于10 μm、2.5 μm的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫)。

某科研機(jī)構(gòu)對北京地區(qū)的檢測結(jié)果表明，在靜穩(wěn)的霧霾天氣中，近地面高度百米的范圍內(nèi)，PM 10的濃度隨高度的增加略有減小，大于PM 10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小，且兩種濃度分布基本不隨時間變化。據(jù)此材料，以下敘述正確的是

( )

A.PM 10表示直徑小于或等于1.0×10-6m的懸浮顆粒物

B.PM 10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其受到的重力

C.PM 10和大懸浮顆粒物都在做布朗運(yùn)動

D.PM 2.5濃度隨高度的增加逐漸增大

【答案】C

【點(diǎn)評】以霧霾天氣為背景，內(nèi)容貼近生活，試題考查了數(shù)量級換算，以及力學(xué)、熱學(xué)方面的知識，同時兼顧獲取信息、建立模型、分析綜合等方面能力的考查。命題方式新穎，設(shè)問靈活，試題材料來源于生活，貼近生活，具有鮮明的時代感，體現(xiàn)了物理學(xué)與社會、環(huán)境的聯(lián)系，樹立起保護(hù)地球，愛護(hù)環(huán)境的理念。

五、總結(jié)