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长期以来,人们对于有效教学的价值取向正逐渐发生变化,“从为行为结果而教学的教师中心取向到为认知建构而教学的学生中介取向,再发展到为情境性认知而教学的生态化取向.”在物理教学中,将所学内容与具体的生活情境相联系,运用所学理论方法来解决真实情境中的具体问题,贯彻物理学科的STS精神.将相应的物理情境融入具体的物理试题中,是情境化教学深入评价体系的有效途径.
情境化物理试题,是指以自然界及社会生活、生产中客观存在的物理现象或过程为背景,考查学生对物理概念、规律的理解与应用能力.从原本几乎不涉及具体情境的、抽象化的物理试题,到基于真实情境的情境化试题,试题的难度增加,在考查学生时,评价的内容也不再局限于物理知识本身,对学生的学习技能、解决问题的过程、方法等都有要求.这就要求试题中所创设的情境,能够引导学生进行合理思维.有效的试题情境,是从物理理论知识到生活实际运用的自然过渡,是两者的有机融合,而非简单叠加.解答此类试题,首先要提炼出实际情境中的物理状态和过程,对试题进行简化和抽象,在此过程中锻炼学生的思维能力;同时,学生置身真实情境中解决问题,是学生主动参与知识建构的过程,有利于端正学生的情感态度与价值观,让教育从应试走向综合素质的培养.
1中学物理试题情境创设的几个误区
纵观现在一些物理试题的情境创设,主要存在以下几个误区:
1.1情境取材背离化
由于长期受应试教育的影响,当前物理教学很大程度上仍停留在仅从概念、语言定义的角度去理解事物,许多物理试题还是在玩符号、文字游戏,就算融入一些具体情境,也只是生搬硬套,与所要考查的物理知识并无紧密联系,甚至相去甚远.
例1(2013年滨湖)在第十二届全国人民代表大会第一次会议上,国家主席习近平发表重要讲话,号召全国人民继续为实现中华民族伟大复兴的中国梦而努力奋斗.习主席的讲话通过电波传遍神州大地,“中国梦”成为全中国人奋斗的理想.下列有关说法正确的是
A.话筒的作用是将声音信号转化成变化的电信号
B.传输信号的电磁波波长越长,波速越快
C.传输信号的电磁波频率越高,波速越快
D.为减少电磁污染,可以采用超声波通过卫星进行现场直播
分析本题考查电磁波相关知识,但是题设却描述了一大段政治情境.要物理考试过程承载思想政治教育的内容确有困难,形成了与物理学科相去甚远的两张皮,会让学生感觉不自然.就算没有相关内容,学生也完全可以解答本题.
1.2情境建构虚假化
高中阶段物理课程相较于初中阶段,从注重培养形象思维能力到侧重逻辑思维能力的提升,许多概念和规律的总结都需要建立理想化物理模型,要求学生能够进行抽象思维.因此,考查此类知识时常常出现拟建虚假情境,不从实际出发,与现实相悖的情况.
例2(2011年重庆)某人估测一竖直枯井深度,从井口竖直释放一石头并开始计时,经2 s听到石头落底声.由此可知井深约为(不计声音传播时间,重力加速度g取10 m/s2)
A.10 mB.20 mC.30 mD.40 m
分析本题旨在考查自由落体运动相关知识,但是设置的试题情境却有虚假之嫌.首先,日常生活中的枯井中都生有杂草、堆有杂物,丢进的石子不一定能发出清晰能辨的落底声;其次,不计声音传播时间往往会滋生学生不严谨、不缜密的思维习惯,使学生仅仅停留于书面解答,而疏于实际运用,有故意迎合情境创设之意,就算计入声音传播时间,对高中生而言也不难解答.
1.3情境展现形式化
新课程目标要求“要加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,关注学生学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能.”但是,一些情境题往往在原有试题的基础上,形式化的加上一些看似与生活实际相联系的情境,实则是描述性文字简单堆砌,缺少真实情感的融入,难以对学生产生启发引导.
例3(2011年兰州)今年4月11日,日本发生9级大地震,导致福岛第一核电站发生爆炸和核泄漏事故,引发了严重的核危机,此次核事故被日本原子能安全保安院评估为“7级”.核辐射也称电离辐射,核爆炸和核事故都有核辐射.身体受到一定量的核辐射会导致白细胞下降、致癌、致畸性,甚至导致死亡.核辐射主要有α、β、γ三种射线,这三种射线射入磁场或电场时,α、β射线会发生偏转,γ射线的方向不发生改变.这表明射线是带电粒子流,是不带电粒子流.
分析本题考查带电粒子在电磁场中的偏转,而题设情境中有大量与核辐射有关的内容,常见于新闻报道和科普材料,与解题并不相关,学生不能从该情境中生成相关问题,所创设的情境满足于形式,不起引导作用,学生只需阅读最后两句就能作答.
2中学物理试题情境创设的基本原则
2.1真实性
物理是一门实用性很强的学科,与社会生产、日常生活有着极为密切的联系.而我们也只有将所学的物理知识应用到实际生活中去,才能发挥物理学本身的价值.因此,将基于生活实际的、能够再现真实场景的物理情境呈现到学生的物理试题中,才能实现知识迁移,有效提升学生应用物理知识的能力.
2.2形象性
我们知道,中学阶段学生的物理思维还处在具体运算阶段和前运算阶段,这就导致他们的思维往往具有片面、肤浅和动摇的特征,且往往离不开具体事物的支持.所以考查学生的物理知识时,题设情境要做到形象、贴切,要能够引起学生感官上的认识,“触景生情”,激发学生的学习兴趣,引导学生积极主动地思考,提升学生的质疑能力,这样学生才能更好地抽象出情境中的物理问题,进行有效建构,从而顺利解决问题.
2.3学科性
在素质教育大力推行的今天,物理学以实验为基础,以思维为核心,探索自然界物质运动、变化及其发展规律的自然科学类学科,寓理论、方法于一体,集抽象、具体于一身,包含着丰富的与素质教育相关的内容.所以,物理试题作为对学生学习情况的有效评价,其情境创设也应当渗透物理学科的特点,不仅考查基本的概念、规律,还可以通过物理学史相关知识加强对学生人文精神的教育;通过猜想探究训练培养学生的创新思维能力;通过阅读拓展延伸材料开拓学生的科学视野. 2.4渗透性
有效的题设情境,是具体物理问题的依托,物理问题贯穿于实际情境,而实际情境又通过抽象出的物理问题得到解决.物理思维的过程以一定的现实情境作依托,现实情境又不会凌驾于物理知识的规则和逻辑体系之上.因此,学生要将所学知识真正运用于解决实际问题,有效的题设情境就不能脱离具体物理问题,两者应当巧妙融合,相互渗透,这样学生才能使知识学以致用,灵活迁移.
2.5学科交互性
“物理课程标准”的课程理念指出“注意不同学科间知识与研究方法的联系与渗透,使学生关心科学技术的新进展和新思想,了解自然界事物的相互联系,逐步树立科学的世界观.”因此,物理学科不是一门孤立的学科,学习物理知识的同时渗透其他各科内容,注重不同学科的交互性.这同样体现在物理试题的情境创设中,通过不同学科间的交汇,为试题情境的创设融入情感,实现真正意义上从情景到情境的转变.比如通过引用大家熟悉的古诗词,进行情景再现,帮助学生构建形象的物理模型,提升学生的人文素养;通过对地理气象知识的描述,引起学生对其中涉及物理原理的思考,启发学生留心观察生活现象;通过讲述历史事件中的著名典故,激发学生的崇拜心理,提高物理学习的积极性,也为其他学科的学习注入正能量.
3中学物理试题创设有效情境的途径
物理课程的基本理念要求:从生活走向物理,从物理走向社会,如何将实际问题融入物理试题,创设合理有效的试题情境,笔者归纳出以下几种途径:
3.1直观图片展示,置身真实场景
图片相较于文字,更能清楚地表现一些难以名状的空间和具体细节,能为抽象的知识作出直观形象的视觉化呈现.所以,通过图片将生活场景直接呈现给学生,更有利于引起学生的注意力,发展学生的思维.
例4(2013年泰州)图1所示的几种光现象,由于光沿直线传播形成的是
分析本例通过图片展示创设情境.四幅图分别给出生活中熟悉的四种场景,考查光的直线传播、光的折射、反射、散射等知识.在文字叙述的基础上配有相关图片,更能调动学生多种感官参与读题,吸引学生的注意力,引导学生置身具体的生活情境,发挥图片的导向作用.只要学生平时留心观察,回顾所学知识与这些场景的联系,就能明确它们分别属于哪部分知识的应用.通过解题,还能让学生更加关注自然现象,激发求知欲.此外,笔者认为,与B、C两项不同的是,本题A、D两项并没有非常直观的展现其中的物理原理,这种情况还需要学生自己有一定的知识储备.如果有更直观的图片展示,对于学生理解情境应该更有意义.
3.2根据切身感受,间接引导回忆
除了通过最直观的图片展示创设试题情境,以学生生活中已有的对具体现象的切身体会为基础,对其中蕴含的物理知识进行考查,也不失为创设试题情境的好方法.这类试题通过一定文字提示引导学生回忆实际场景,让学生自发地结合切身感受解题.
例5(2013年连云港)下述语句中蕴含着一定的物理知识,其中对应的解释不正确的是
A.“如坐针毡”:压强与受力面积有关
B.“潭清疑水浅”:光的折射现象导致水底看上去变浅了
C.“游云西行而谓月之东驰”:以游云为参照物,月亮是向东运动的
D.“早穿皮袄午穿纱”:我国内陆地区温度变化较大,主要原因是砂石的比热容较大
例5(2012年山西中考)2012年不少学校都用上了新型校车,如图2所示.这种校车具有良好的刹车系统,请你就校车急刹车情景提出两个与物理有关的问题,并用所学物理知识解释.
分析把学生熟悉的、有亲身体会的生活场景融入物理试题,引导学生在读题过程中进行回忆与再现.例5就近取材,学生熟悉校车,自然会有真切的体会,好比实地做了实验,在此基础上发现问题、提出问题并试着解答,甚至课后再做进一步的验证,此类情境题,培养了学生科学探究的素养,体现了物理学科的特点.
3.3修饰一般模型,实现情境迁移
对于一些具体的物理模型,可以对其进行适当的情境修饰,同一个知识点通过不同题型进行考查,实现从教材中的典型实例到生活中解决具体问题的有效迁移.
例6(2007年全国Ⅰ)甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:甲经短距离加速后能保持9 m/s的速度跑完全程;乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的,为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当位置设置标记,在某次练习中,甲在接力区前S0=13.5 m处作了标记,并以v=9 m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑令,乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度与甲相同时被甲追上,完成交接棒,已知接力区长度L=20 m.求:(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a.(2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离.
分析用我们非常熟悉的生活情境对一般的物理模型进行不同程度的“修饰和点缀”,对学生的解题造成一定干扰.例7实际就是我们熟悉的追及问题,只要学生能够分清主次,排除题设情境的干扰,正确提取有效条件,抽象出物理过程,后面的解答简单容易.这类试题可以一题多变,同一种模型套用不同的生活场景,但是百变不离其中.当然,它们不是简单的内容叠加,而是基于生活实际的有机融合.对于学生思维定势,忽略问题的细小变化,直接套用公式,依葫芦画瓢,不能随机应变的情况,通过这类试题的考查一目了然.
3.4利用图像解说,构建生动情境
有时图片和文字都无法将具体的物理情境描述清楚时,数学图像作为一种特殊的、形象的语言工具,将数与形巧妙地结合,能够更形象的将物理的动态过程分阶段清晰、简洁地呈现,帮助学生构建真实生动的情境.
例8(2012年北京理综)摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米.电梯的简化模型如图3所示.考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a是随时间t变化的,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图4所示.
电梯总质量m=2.0×103 kg.忽略一切阻力,重力加速度g取10 m/s2.
(1)求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;
(2)类比是一种常用的研究方法.对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法.借鉴此法,对比加速度和速度的定义,根据图示,求电梯在第1 s内速度改变量Δv1和第2 s末的速度v2;
(3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率P;再求0~11 s时间内,拉力和重力对电梯所做总功W.
分析本例通过描述物理过程中涉及变量之间的关系,发挥数学图像对于情境解说的作用.根据加速度-时间的关系图像,将电梯运行的具体过程动态化地呈现给学生,有利于学生更好地把握情境,构建正确物理过程的模型.此外,图像所传达的信息非常丰富,能够挖掘出一些隐藏的物理量对掌握物理知识、发散学生物理思维、培养创新能力大有裨益.比如本例第二问,考虑面积的含义,帮助学生更好地理解速度-加速度的关系,这也是物理与数学学科的相互渗透.
3.4材料构建新情境,实现综合考查
近年来,阅读材料型题目越来越多地出现在各大中、高考试卷上,它们通过展示新材料,给学生创设出新的情境,以此考查学生物理知识迁移能力.这类试题情境的创设是前面几种类型的综合,同时包含图片、图像、文字描述等,因此对学生能力的要求也更高.
例如2013年南通中考的第36题,作为典型的材料题,通过简单文字叙述和一张工作流程图对变频空调机的基本原理作了介绍,两张表格给出变频空调机工作时的相关参数,创设的情境相对学生来讲较为陌生,对学生获取、提炼、组合信息的能力都有要求.题设5个小问,涉及填空、选择、图像、计算等题型,综合考查物态变化、电能、功率等知识,解答时,还需联系已学内容,将理论知识运用于实际问题.选材来源于生活,对学生熟悉的情境进行了适当延伸和拓展,也为后续进行深入学习做铺垫.当然,此类试题不应为了创设情境,出现过多文字堆砌的情况,过于复杂冗余,会干扰学生提取有效信息,降低解题效率,反而不能正确反映学生真实的学习情况.
情境化物理试题,是指以自然界及社会生活、生产中客观存在的物理现象或过程为背景,考查学生对物理概念、规律的理解与应用能力.从原本几乎不涉及具体情境的、抽象化的物理试题,到基于真实情境的情境化试题,试题的难度增加,在考查学生时,评价的内容也不再局限于物理知识本身,对学生的学习技能、解决问题的过程、方法等都有要求.这就要求试题中所创设的情境,能够引导学生进行合理思维.有效的试题情境,是从物理理论知识到生活实际运用的自然过渡,是两者的有机融合,而非简单叠加.解答此类试题,首先要提炼出实际情境中的物理状态和过程,对试题进行简化和抽象,在此过程中锻炼学生的思维能力;同时,学生置身真实情境中解决问题,是学生主动参与知识建构的过程,有利于端正学生的情感态度与价值观,让教育从应试走向综合素质的培养.
1中学物理试题情境创设的几个误区
纵观现在一些物理试题的情境创设,主要存在以下几个误区:
1.1情境取材背离化
由于长期受应试教育的影响,当前物理教学很大程度上仍停留在仅从概念、语言定义的角度去理解事物,许多物理试题还是在玩符号、文字游戏,就算融入一些具体情境,也只是生搬硬套,与所要考查的物理知识并无紧密联系,甚至相去甚远.
例1(2013年滨湖)在第十二届全国人民代表大会第一次会议上,国家主席习近平发表重要讲话,号召全国人民继续为实现中华民族伟大复兴的中国梦而努力奋斗.习主席的讲话通过电波传遍神州大地,“中国梦”成为全中国人奋斗的理想.下列有关说法正确的是
A.话筒的作用是将声音信号转化成变化的电信号
B.传输信号的电磁波波长越长,波速越快
C.传输信号的电磁波频率越高,波速越快
D.为减少电磁污染,可以采用超声波通过卫星进行现场直播
分析本题考查电磁波相关知识,但是题设却描述了一大段政治情境.要物理考试过程承载思想政治教育的内容确有困难,形成了与物理学科相去甚远的两张皮,会让学生感觉不自然.就算没有相关内容,学生也完全可以解答本题.
1.2情境建构虚假化
高中阶段物理课程相较于初中阶段,从注重培养形象思维能力到侧重逻辑思维能力的提升,许多概念和规律的总结都需要建立理想化物理模型,要求学生能够进行抽象思维.因此,考查此类知识时常常出现拟建虚假情境,不从实际出发,与现实相悖的情况.
例2(2011年重庆)某人估测一竖直枯井深度,从井口竖直释放一石头并开始计时,经2 s听到石头落底声.由此可知井深约为(不计声音传播时间,重力加速度g取10 m/s2)
A.10 mB.20 mC.30 mD.40 m
分析本题旨在考查自由落体运动相关知识,但是设置的试题情境却有虚假之嫌.首先,日常生活中的枯井中都生有杂草、堆有杂物,丢进的石子不一定能发出清晰能辨的落底声;其次,不计声音传播时间往往会滋生学生不严谨、不缜密的思维习惯,使学生仅仅停留于书面解答,而疏于实际运用,有故意迎合情境创设之意,就算计入声音传播时间,对高中生而言也不难解答.
1.3情境展现形式化
新课程目标要求“要加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,关注学生学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能.”但是,一些情境题往往在原有试题的基础上,形式化的加上一些看似与生活实际相联系的情境,实则是描述性文字简单堆砌,缺少真实情感的融入,难以对学生产生启发引导.
例3(2011年兰州)今年4月11日,日本发生9级大地震,导致福岛第一核电站发生爆炸和核泄漏事故,引发了严重的核危机,此次核事故被日本原子能安全保安院评估为“7级”.核辐射也称电离辐射,核爆炸和核事故都有核辐射.身体受到一定量的核辐射会导致白细胞下降、致癌、致畸性,甚至导致死亡.核辐射主要有α、β、γ三种射线,这三种射线射入磁场或电场时,α、β射线会发生偏转,γ射线的方向不发生改变.这表明射线是带电粒子流,是不带电粒子流.
分析本题考查带电粒子在电磁场中的偏转,而题设情境中有大量与核辐射有关的内容,常见于新闻报道和科普材料,与解题并不相关,学生不能从该情境中生成相关问题,所创设的情境满足于形式,不起引导作用,学生只需阅读最后两句就能作答.
2中学物理试题情境创设的基本原则
2.1真实性
物理是一门实用性很强的学科,与社会生产、日常生活有着极为密切的联系.而我们也只有将所学的物理知识应用到实际生活中去,才能发挥物理学本身的价值.因此,将基于生活实际的、能够再现真实场景的物理情境呈现到学生的物理试题中,才能实现知识迁移,有效提升学生应用物理知识的能力.
2.2形象性
我们知道,中学阶段学生的物理思维还处在具体运算阶段和前运算阶段,这就导致他们的思维往往具有片面、肤浅和动摇的特征,且往往离不开具体事物的支持.所以考查学生的物理知识时,题设情境要做到形象、贴切,要能够引起学生感官上的认识,“触景生情”,激发学生的学习兴趣,引导学生积极主动地思考,提升学生的质疑能力,这样学生才能更好地抽象出情境中的物理问题,进行有效建构,从而顺利解决问题.
2.3学科性
在素质教育大力推行的今天,物理学以实验为基础,以思维为核心,探索自然界物质运动、变化及其发展规律的自然科学类学科,寓理论、方法于一体,集抽象、具体于一身,包含着丰富的与素质教育相关的内容.所以,物理试题作为对学生学习情况的有效评价,其情境创设也应当渗透物理学科的特点,不仅考查基本的概念、规律,还可以通过物理学史相关知识加强对学生人文精神的教育;通过猜想探究训练培养学生的创新思维能力;通过阅读拓展延伸材料开拓学生的科学视野. 2.4渗透性
有效的题设情境,是具体物理问题的依托,物理问题贯穿于实际情境,而实际情境又通过抽象出的物理问题得到解决.物理思维的过程以一定的现实情境作依托,现实情境又不会凌驾于物理知识的规则和逻辑体系之上.因此,学生要将所学知识真正运用于解决实际问题,有效的题设情境就不能脱离具体物理问题,两者应当巧妙融合,相互渗透,这样学生才能使知识学以致用,灵活迁移.
2.5学科交互性
“物理课程标准”的课程理念指出“注意不同学科间知识与研究方法的联系与渗透,使学生关心科学技术的新进展和新思想,了解自然界事物的相互联系,逐步树立科学的世界观.”因此,物理学科不是一门孤立的学科,学习物理知识的同时渗透其他各科内容,注重不同学科的交互性.这同样体现在物理试题的情境创设中,通过不同学科间的交汇,为试题情境的创设融入情感,实现真正意义上从情景到情境的转变.比如通过引用大家熟悉的古诗词,进行情景再现,帮助学生构建形象的物理模型,提升学生的人文素养;通过对地理气象知识的描述,引起学生对其中涉及物理原理的思考,启发学生留心观察生活现象;通过讲述历史事件中的著名典故,激发学生的崇拜心理,提高物理学习的积极性,也为其他学科的学习注入正能量.
3中学物理试题创设有效情境的途径
物理课程的基本理念要求:从生活走向物理,从物理走向社会,如何将实际问题融入物理试题,创设合理有效的试题情境,笔者归纳出以下几种途径:
3.1直观图片展示,置身真实场景
图片相较于文字,更能清楚地表现一些难以名状的空间和具体细节,能为抽象的知识作出直观形象的视觉化呈现.所以,通过图片将生活场景直接呈现给学生,更有利于引起学生的注意力,发展学生的思维.
例4(2013年泰州)图1所示的几种光现象,由于光沿直线传播形成的是
分析本例通过图片展示创设情境.四幅图分别给出生活中熟悉的四种场景,考查光的直线传播、光的折射、反射、散射等知识.在文字叙述的基础上配有相关图片,更能调动学生多种感官参与读题,吸引学生的注意力,引导学生置身具体的生活情境,发挥图片的导向作用.只要学生平时留心观察,回顾所学知识与这些场景的联系,就能明确它们分别属于哪部分知识的应用.通过解题,还能让学生更加关注自然现象,激发求知欲.此外,笔者认为,与B、C两项不同的是,本题A、D两项并没有非常直观的展现其中的物理原理,这种情况还需要学生自己有一定的知识储备.如果有更直观的图片展示,对于学生理解情境应该更有意义.
3.2根据切身感受,间接引导回忆
除了通过最直观的图片展示创设试题情境,以学生生活中已有的对具体现象的切身体会为基础,对其中蕴含的物理知识进行考查,也不失为创设试题情境的好方法.这类试题通过一定文字提示引导学生回忆实际场景,让学生自发地结合切身感受解题.
例5(2013年连云港)下述语句中蕴含着一定的物理知识,其中对应的解释不正确的是
A.“如坐针毡”:压强与受力面积有关
B.“潭清疑水浅”:光的折射现象导致水底看上去变浅了
C.“游云西行而谓月之东驰”:以游云为参照物,月亮是向东运动的
D.“早穿皮袄午穿纱”:我国内陆地区温度变化较大,主要原因是砂石的比热容较大
例5(2012年山西中考)2012年不少学校都用上了新型校车,如图2所示.这种校车具有良好的刹车系统,请你就校车急刹车情景提出两个与物理有关的问题,并用所学物理知识解释.
分析把学生熟悉的、有亲身体会的生活场景融入物理试题,引导学生在读题过程中进行回忆与再现.例5就近取材,学生熟悉校车,自然会有真切的体会,好比实地做了实验,在此基础上发现问题、提出问题并试着解答,甚至课后再做进一步的验证,此类情境题,培养了学生科学探究的素养,体现了物理学科的特点.
3.3修饰一般模型,实现情境迁移
对于一些具体的物理模型,可以对其进行适当的情境修饰,同一个知识点通过不同题型进行考查,实现从教材中的典型实例到生活中解决具体问题的有效迁移.
例6(2007年全国Ⅰ)甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:甲经短距离加速后能保持9 m/s的速度跑完全程;乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的,为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当位置设置标记,在某次练习中,甲在接力区前S0=13.5 m处作了标记,并以v=9 m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑令,乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度与甲相同时被甲追上,完成交接棒,已知接力区长度L=20 m.求:(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a.(2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离.
分析用我们非常熟悉的生活情境对一般的物理模型进行不同程度的“修饰和点缀”,对学生的解题造成一定干扰.例7实际就是我们熟悉的追及问题,只要学生能够分清主次,排除题设情境的干扰,正确提取有效条件,抽象出物理过程,后面的解答简单容易.这类试题可以一题多变,同一种模型套用不同的生活场景,但是百变不离其中.当然,它们不是简单的内容叠加,而是基于生活实际的有机融合.对于学生思维定势,忽略问题的细小变化,直接套用公式,依葫芦画瓢,不能随机应变的情况,通过这类试题的考查一目了然.
3.4利用图像解说,构建生动情境
有时图片和文字都无法将具体的物理情境描述清楚时,数学图像作为一种特殊的、形象的语言工具,将数与形巧妙地结合,能够更形象的将物理的动态过程分阶段清晰、简洁地呈现,帮助学生构建真实生动的情境.
例8(2012年北京理综)摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米.电梯的简化模型如图3所示.考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a是随时间t变化的,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图4所示.
电梯总质量m=2.0×103 kg.忽略一切阻力,重力加速度g取10 m/s2.
(1)求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;
(2)类比是一种常用的研究方法.对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法.借鉴此法,对比加速度和速度的定义,根据图示,求电梯在第1 s内速度改变量Δv1和第2 s末的速度v2;
(3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率P;再求0~11 s时间内,拉力和重力对电梯所做总功W.
分析本例通过描述物理过程中涉及变量之间的关系,发挥数学图像对于情境解说的作用.根据加速度-时间的关系图像,将电梯运行的具体过程动态化地呈现给学生,有利于学生更好地把握情境,构建正确物理过程的模型.此外,图像所传达的信息非常丰富,能够挖掘出一些隐藏的物理量对掌握物理知识、发散学生物理思维、培养创新能力大有裨益.比如本例第二问,考虑面积的含义,帮助学生更好地理解速度-加速度的关系,这也是物理与数学学科的相互渗透.
3.4材料构建新情境,实现综合考查
近年来,阅读材料型题目越来越多地出现在各大中、高考试卷上,它们通过展示新材料,给学生创设出新的情境,以此考查学生物理知识迁移能力.这类试题情境的创设是前面几种类型的综合,同时包含图片、图像、文字描述等,因此对学生能力的要求也更高.
例如2013年南通中考的第36题,作为典型的材料题,通过简单文字叙述和一张工作流程图对变频空调机的基本原理作了介绍,两张表格给出变频空调机工作时的相关参数,创设的情境相对学生来讲较为陌生,对学生获取、提炼、组合信息的能力都有要求.题设5个小问,涉及填空、选择、图像、计算等题型,综合考查物态变化、电能、功率等知识,解答时,还需联系已学内容,将理论知识运用于实际问题.选材来源于生活,对学生熟悉的情境进行了适当延伸和拓展,也为后续进行深入学习做铺垫.当然,此类试题不应为了创设情境,出现过多文字堆砌的情况,过于复杂冗余,会干扰学生提取有效信息,降低解题效率,反而不能正确反映学生真实的学习情况.