基于情境為載體的高中物理試題研究

羅培雄 陳森林

摘?要：情境是實(shí)現(xiàn)“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求的載體，對(duì)考查和培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。近年來(lái)“情境試題”越來(lái)越多地呈現(xiàn)在高考物理試卷中，全國(guó)卷以及浙江、北京、江蘇等地的高考試卷中以“情境試題”為載體，突出能力立意，凸顯核心素養(yǎng)和解決問(wèn)題能力的考查。試題的情境可分為生活實(shí)踐情境和學(xué)習(xí)探索情境。而生活實(shí)踐情境類(lèi)試題由于源自生活、貼近生活，能更好發(fā)揮試題考查關(guān)鍵能力的功能。

關(guān)鍵詞：情境試題;生活實(shí)踐情境;試題研究

心理學(xué)中的情境是指“對(duì)人有直接刺激作用，有一定的生物學(xué)意義和社會(huì)學(xué)意義的具體環(huán)境”，即情境必須是具體的，具體可感性是情境的特質(zhì)。從物理學(xué)科來(lái)說(shuō)，“情境試題”是指以自然界及社會(huì)生產(chǎn)、生活中客觀存在的物理現(xiàn)象或過(guò)程為背景設(shè)置問(wèn)題，考查學(xué)生的關(guān)鍵能力和物理核心素養(yǎng)。這類(lèi)試題既有利于知識(shí)運(yùn)用與問(wèn)題解決能力考查的實(shí)現(xiàn)，又有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)意義的理解和正確價(jià)值觀的養(yǎng)成，體現(xiàn)物理學(xué)科的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。結(jié)合學(xué)科考試實(shí)際，物理學(xué)科考查的情境試題可分為生活實(shí)踐情境類(lèi)試題和學(xué)習(xí)探索情境類(lèi)試題，其中生活實(shí)踐情境類(lèi)試題能更好發(fā)揮試題考查關(guān)鍵能力的功能。

生活實(shí)踐情境類(lèi)試題是指根據(jù)自然、社會(huì)生產(chǎn)和生活中客觀存在的，能夠反映物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究的物理現(xiàn)象而編制的物理問(wèn)題。生活實(shí)踐情境類(lèi)試題可以包含有三類(lèi)：一是與大自然中相關(guān)的現(xiàn)象，如彩虹、日食、日暈等;二是與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的物理問(wèn)題，如體育運(yùn)動(dòng)、交通工具、工地使用器械等;三是科技前沿，如國(guó)家重大科技工程（中國(guó)行星探測(cè)、載人航天與探月工程、大飛機(jī)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等）。試題選取這類(lèi)來(lái)源于生活、貼近生活、貼近時(shí)代的真實(shí)問(wèn)題情境進(jìn)行考查，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能較好地考查學(xué)生從復(fù)雜的情境中抓住主要因素，抽象出物理模型并解決問(wèn)題的能力和素養(yǎng)，是落實(shí)物理學(xué)科素養(yǎng)考查的重要途徑。生活實(shí)踐情境類(lèi)試題的主要功能有以下幾點(diǎn)。

一、?可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力

所謂物理模型就是把復(fù)雜的物理過(guò)程或研究對(duì)象，通過(guò)抓住物理問(wèn)題的本質(zhì)、主要物理因素進(jìn)行高度的概括，歸納出一些簡(jiǎn)單的模型來(lái)研究，也是物理研究的常用方法。高考《考試說(shuō)明》明確指出要大力引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問(wèn)題”轉(zhuǎn)變，以有利于高校選拔新生，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維，這里的解題問(wèn)題過(guò)程要求學(xué)生從試題的背景材料中，提煉有關(guān)信息，建立物理模型，因此解決物理“情境試題”的過(guò)程就是培養(yǎng)物理建模能力的過(guò)程。

【例1】?某球員定點(diǎn)罰球，籃球剛好水平越過(guò)籃筐前沿。已知罰球點(diǎn)離籃筐前沿的水平距離約為4.2m，罰球的出球點(diǎn)與籃球運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)間的高度差為?0.8m，籃球質(zhì)量約0.6kg，不計(jì)空氣阻力，這次罰球該球員對(duì)籃球做的功約為（g取10m/s2）（?）

A.?18JB.?38JC.?58JD.?78J

以上物理情境均源自生活中學(xué)生熟悉的籃球運(yùn)動(dòng)，學(xué)生沒(méi)有陌生感，很容易激發(fā)學(xué)生解題欲望。運(yùn)動(dòng)模型為斜拋運(yùn)動(dòng)，也可以通過(guò)逆向思維轉(zhuǎn)化為平拋運(yùn)動(dòng)模型來(lái)解決。學(xué)生解決這類(lèi)情境試題容易獲得成就感，有助于引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成“從生活走向物理，從物理走向?qū)嵺`”的意識(shí)。實(shí)踐也證明物理模型越接近于生活中的實(shí)際情境，越能幫助學(xué)生解決實(shí)際生活中的物理問(wèn)題，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

二、?可以培養(yǎng)學(xué)生的信息收集與處理能力

當(dāng)今社會(huì)信息高速傳輸，考生養(yǎng)成良好的信息收集與信息處理的技能非常重要，高考要求考生具備快速獲取、精確鑒別和歸納、分類(lèi)、摘記信息等能力，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的探究熱情具有重要的意義?！吧顚?shí)踐類(lèi)情境試題”取材于現(xiàn)實(shí)生活的方方面面，如科技、體育等內(nèi)容，具有信息量大、內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。這就要求學(xué)生能在復(fù)雜生活素材中提煉有用信息，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行有效分類(lèi)、歸納，從而快速獲取信息，高效地解決相關(guān)問(wèn)題。因而解決這類(lèi)“情境試題”過(guò)程也是培養(yǎng)學(xué)生信息收集和處理能力的過(guò)程。

【例2】?在研究“蹦極”運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)員身上安裝上傳感器，用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)員在不同時(shí)刻下落的高度及速度。如圖甲，運(yùn)動(dòng)員包括攜帶的全部設(shè)備的質(zhì)量為60kg，彈性繩原長(zhǎng)為10m，運(yùn)動(dòng)員從蹦極臺(tái)靜止下落，據(jù)傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)，得到圖乙所示的速度—位移圖像，g取10m/s2，則根據(jù)圖像下列判斷正確的是（?）

A.?當(dāng)速度v=14m/s時(shí)，繩的彈力達(dá)到最大

B.?運(yùn)動(dòng)員下落加速度為0時(shí)彈性勢(shì)能為0

C.?運(yùn)動(dòng)員下落過(guò)程與彈性繩組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒

D.?運(yùn)動(dòng)員下落到最低點(diǎn)時(shí)彈性勢(shì)能為1.53×104J

試題以極限運(yùn)動(dòng)“蹦極”為背景創(chuàng)設(shè)物理情境，結(jié)合速度—位移圖像設(shè)置問(wèn)題。試題的情境是考生非常熟悉的，但如何從圖像中獲取有效信息、準(zhǔn)確分析圖像中隱含的條件，是正確解決本題的關(guān)鍵。由圖像可知當(dāng)運(yùn)動(dòng)員下落10m時(shí)速度約為13m/s，而如果忽略空氣阻力，運(yùn)動(dòng)員獲得的速度約為14.1m/s，由此可見(jiàn)運(yùn)動(dòng)員下落過(guò)程空氣阻力不能忽略，所以運(yùn)動(dòng)員下落過(guò)程與彈性繩組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。試題考查的一個(gè)關(guān)鍵能力是考生對(duì)圖像的信息收集和處理能力，能有效甄別不同水平的考生。

三、?可以滲透STS思想，提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動(dòng)力和推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感?！吧顚?shí)踐情境試題”可以用最前沿的科技發(fā)展應(yīng)用為試題背景，讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)過(guò)的物理知識(shí)去解決，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理科技前沿的探究興趣，也滲透了應(yīng)用學(xué)到的物理知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的思想。

【例3】?掃描隧道顯微鏡（STM）可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤(pán)周邊沿其徑向?qū)ΨQ(chēng)地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示。無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng);出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是（?）

本題以掃描隧道顯微鏡（STM）為情境，是電磁阻尼原理在生產(chǎn)科技中的應(yīng)用，在振動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)紫銅薄板的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，使其受到安培力作用，阻礙紫銅薄板振動(dòng)，使其振動(dòng)衰減，方案A中無(wú)論紫銅薄板是上下振動(dòng)還是左右振動(dòng)，通過(guò)它的磁通量都發(fā)生變化，都能使其振動(dòng)衰減，而其他方案都只在某個(gè)方向振動(dòng)才能產(chǎn)生衰減作用，因此只有方案A是最有效的。另外試題以我國(guó)“天舟號(hào)”“天宮號(hào)”“長(zhǎng)征五號(hào)”運(yùn)載火箭等為情境，結(jié)合萬(wàn)有引力定律知識(shí)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，涉及我國(guó)的國(guó)家重大科技工程——載人航天事業(yè)。這類(lèi)考題可以讓考生了解我國(guó)的科技技術(shù)和航空航天事業(yè)上取得的成就，提升考生的民族自信心和自豪感，從而確保物理學(xué)科核心價(jià)值“金線”考查方向不偏離，確保試題內(nèi)容的正確價(jià)值取向。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)生活實(shí)踐問(wèn)題類(lèi)“情境試題”時(shí)，要注重情境與考查內(nèi)容的有機(jī)融合，創(chuàng)造性地挖掘生活中與物理知識(shí)相結(jié)合的問(wèn)題，充分發(fā)揮生活實(shí)踐問(wèn)題類(lèi)情境試題的功能。物理試題情境是承接“四層”考查內(nèi)容、體現(xiàn)“四翼”考查要求的載體，是深化新時(shí)代物理考試內(nèi)容改革的重要突破口，必將在未來(lái)的考試中更多地呈現(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

羅培雄，福建省泉州市，晉江市南僑中學(xué);

陳森林，福建省泉州市，泉州市教育科學(xué)研究所。