從2014年高考看STS物理試題的創(chuàng)新路徑

謝春

新課程改革日趨成熟，教育教學(xué)重心的轉(zhuǎn)移隨之顯而易見，諸多的教育教學(xué)主渠道對(duì)學(xué)生終身發(fā)展需求的關(guān)注度日漸升溫。作為教育教學(xué)方向有著標(biāo)桿意義的高考試題，近幾年一直對(duì)STS試題革故鼎新。本文針對(duì)2014年各地高考物理STS試題命題的創(chuàng)新，分別從優(yōu)化應(yīng)用情境、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，挖掘探究題材、提升研究水平，開發(fā)思維活動(dòng)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)等路徑分類闡述，并在此基礎(chǔ)上分析其啟示。

“體驗(yàn)科學(xué)探究過程，了解科學(xué)研究方法，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)科技進(jìn)步以及文化、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的影響；為終身發(fā)展，形成科學(xué)世界觀和科學(xué)價(jià)值觀打下基礎(chǔ)”。這是對(duì)“一切為了學(xué)生，為了一切學(xué)生，為了學(xué)生一切”新教育理念清楚明了的詮釋，教育教學(xué)由以知識(shí)本位、學(xué)科本位轉(zhuǎn)向以學(xué)生的終身發(fā)展為本。物理作為與科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)聯(lián)系緊密的學(xué)科，更應(yīng)該將知識(shí)與教育有機(jī)結(jié)合起來，突出科學(xué)和技術(shù)的社會(huì)價(jià)值，使學(xué)生懂得知識(shí)的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，為學(xué)生終身發(fā)展奠基。無獨(dú)有偶，近幾年來各地高考物理命題對(duì)于聯(lián)系科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)的STS試題青睞有加，其創(chuàng)新力度只增不減，體現(xiàn)高考從內(nèi)容、從導(dǎo)向等方面都支持課程改革，也正切合當(dāng)今重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求。本文就2014年高考物理試卷中STS類試題的創(chuàng)新路徑進(jìn)行分類探析。

一、優(yōu)化與時(shí)俱進(jìn)的應(yīng)用情境，以增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)

物理是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性、實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，物理源于自然世界，物理植根于自然世界。學(xué)科特點(diǎn)決定著相關(guān)教學(xué)活動(dòng)應(yīng)始終保持知識(shí)、實(shí)踐并重。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展、新成果、新成就日新月異，這就意味著物理教學(xué)題材應(yīng)具有時(shí)代氣息，使學(xué)生學(xué)習(xí)的視野與時(shí)俱進(jìn)。

【例1】（2014·江蘇高考）如圖1所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時(shí)間，下列措施可行的有

A. 增加線圈的匝數(shù)

B. 提高交流電源的頻率

C. 將金屬杯換為瓷杯

D. 取走線圈中的鐵芯

解讀：該題材不再是教材中現(xiàn)成內(nèi)容，而是要求學(xué)生將電磁感應(yīng)知識(shí)應(yīng)用到從為見識(shí)過的新情境。只有找到“熱水器”加熱的物理原因，才能對(duì)加熱效果進(jìn)行改造。在線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)影響下，金屬杯產(chǎn)生渦流現(xiàn)象是導(dǎo)致杯內(nèi)的水燒熱的原因。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，若線圈匝數(shù)越多、交流電源頻率越高，則在金屬杯內(nèi)產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象越強(qiáng)烈，加熱效果較好；如果取走鐵芯，則穿過金屬杯磁通量變化率較小，杯內(nèi)渦流現(xiàn)象較弱，加熱效果不好；如果將金屬杯換為瓷杯，則杯內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，也就不會(huì)產(chǎn)生加熱效果。

啟示：（1）要順利實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，首先須轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)觀念。扎實(shí)學(xué)習(xí)知識(shí)固然重要，但不可以是孤立地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，否則知識(shí)失去實(shí)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值；（2）高考命制STS試題體現(xiàn)命題專家促進(jìn)教學(xué)拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)視野的匠心。2014年高考中，廣東試題取材于列車車廂之間的摩擦緩沖器考查了能量轉(zhuǎn)化與守恒；山東試題取材于設(shè)想“玉兔”從月球表面與繞月飛船對(duì)接過程，考查功能關(guān)系；浙江試題取材于太空飛行器中的離子推進(jìn)器，考查帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題。都要求學(xué)生從發(fā)展的角度去觀察周圍的世界。STS試題將會(huì)有效促進(jìn)增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)新生事物的能力。

二、挖掘形式多樣的探究題材，以提升研究水平

新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“高中物理課程應(yīng)通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力。”據(jù)美國國家研究理事會(huì)1996發(fā)布的《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，科學(xué)探究在教育上指的是“讓學(xué)生們用以獲取知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。”

科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)探究，而科學(xué)探究可以分為理論探究和實(shí)驗(yàn)探究。兩種探究方式各有利弊、相得益彰，無可替代、相輔相成。比如研究平拋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)時(shí)，部分教師如果僅僅運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行分析，告訴學(xué)生“由于平拋物體在豎直方向沒有初速度且只受重力，所以其豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)”，從教學(xué)手段看，則有“重講授、輕活動(dòng)，重知識(shí)、輕方法，重結(jié)論、輕過程”之嫌。從教學(xué)目標(biāo)看，不利于讓學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的探索方式全面的認(rèn)識(shí)。怎樣選擇合適的探究方式，下面兩道高考試題給出了很好的詮釋。

【例2】（2014·江蘇高考）為了驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的金屬小球在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，用如圖2所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時(shí)B球被松開，自由下落。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的有

A. 兩球的質(zhì)量應(yīng)相等

B. 兩球應(yīng)同時(shí)落地

C. 應(yīng)改變裝置的高度，多次實(shí)驗(yàn)

D. 實(shí)驗(yàn)也能說明A球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)

解讀：在“小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時(shí)B球被松開，自由下落”中，我們通過監(jiān)聽兩球落地聲音，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩球同時(shí)落地。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性，應(yīng)該改變A、B最初高度、改變小錘對(duì)金屬片的打擊力度、適當(dāng)改變金屬小球質(zhì)量，總會(huì)觀察到兩球同時(shí)落地，這說明兩球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)情況總一致，即平拋運(yùn)動(dòng)小球A在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)。但該實(shí)驗(yàn)不能說明小球A在水平方向做何種運(yùn)動(dòng)。

啟示：本試題彰顯實(shí)驗(yàn)探究的重要意義在于：在平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究中，采用實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)方式給學(xué)生帶來的收獲無可替代。在實(shí)驗(yàn)探究方式中，我們可以不再重結(jié)果，而是讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程和科學(xué)方法。甚至將發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手操作、分析歸納等探究環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為由學(xué)生自主、合作完成，其目標(biāo)重心從重視知識(shí)向重視科學(xué)方法轉(zhuǎn)移、向重視探索能力轉(zhuǎn)移，更有利于學(xué)生終生發(fā)展。

【例3】（2014·全國高考）現(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運(yùn)動(dòng)。在一小物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，用頻閃相機(jī)拍攝的不同時(shí)刻物塊的位置如圖3所示。拍攝時(shí)頻閃頻率是f=10Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個(gè)連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4。已知斜面頂端的高度h和斜面的長(zhǎng)度s。數(shù)據(jù)如下表所示。重力加速度大小g=9.80m/s2。endprint

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：

⑴物塊的加速度a= m/s2（保留3位有效數(shù)字）；

⑵因?yàn)?，可知斜面是粗糙的。

解讀： （1）根據(jù)逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入數(shù)據(jù)得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，則根據(jù)牛頓第二定律有mgsin？茲=ma′，其中sin？茲=

可得a=g·，代入數(shù)據(jù)得a=5.88m/s2

而物塊沿斜面實(shí)際下滑加速度a

啟示：試題先后運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究：首先要求運(yùn)用頻閃照相機(jī)、刻度尺等測(cè)定物塊的真實(shí)加速度；再根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算假設(shè)斜面光滑情況下物塊加速度，通過比較得出結(jié)論。很明顯，實(shí)驗(yàn)探究也不是解決實(shí)際問題的唯一途徑。針對(duì)不同的需要，應(yīng)該靈活地對(duì)探究方式相機(jī)而擇，充分發(fā)揮每一種探究方式的作用。

三、開發(fā)別開生面的思維活動(dòng)，以培育科學(xué)素養(yǎng)

將物理學(xué)與生活、生產(chǎn)、現(xiàn)代科技聯(lián)系起來反映物理學(xué)習(xí)的時(shí)代特征，使學(xué)生學(xué)會(huì)用現(xiàn)代觀念看待物理知識(shí)、物理方法和解決問題的能力，使學(xué)生意識(shí)到物理學(xué)在現(xiàn)代科技乃至將來科技發(fā)展中所起的或?qū)?huì)起到的作用，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)觀、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)方法。實(shí)施新課程其教學(xué)目標(biāo)是將要進(jìn)一步提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，滿足學(xué)生終身發(fā)展需要。為此，提高研究物理問題能力，發(fā)展學(xué)生物理思維方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想更加具有深遠(yuǎn)意義。

1. 將現(xiàn)實(shí)情境轉(zhuǎn)換為理想模型，滲透抽象思維方法.

【例4】（2014·廣東高考）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖4所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體

A. 體積減小，內(nèi)能增大

B. 體積減小，壓強(qiáng)減小

C. 對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D. 對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小

解讀：學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析前，首先須明白研究的氣體屬于理想氣體還是實(shí)際氣體。依據(jù)題意知：充氣囊屬于普通的塑料袋，因而袋內(nèi)氣體為處于常溫、常壓，可以推理知?dú)怏w分子之間作用力可以忽略不計(jì)，分子間距足夠大，即分子本身大小可忽略不計(jì)。所以本題充氣囊內(nèi)氣體可視作理想氣體。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，外界對(duì)氣體做正功，但袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增加。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，體積減小；而內(nèi)能增加，溫度升高；根據(jù)氣態(tài)方程可知，氣體壓強(qiáng)增大。

啟示：STS類物理問題往往反映的真實(shí)的、復(fù)雜的情境，而部分學(xué)生所學(xué)的可能往往是純化的、抽象的模型。因而真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間可能存在鴻溝。要順利解決STS類問題，就需要在真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間“牽線搭橋”，即在一定的場(chǎng)合和條件下，考慮對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象來說是主要的、本質(zhì)的特征，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，建立理想模型。

由解答本題存在的困擾點(diǎn)可看出：在物理教學(xué)中，學(xué)生面臨的問題不可缺乏物理背景，嚴(yán)重脫離實(shí)際、脫離社會(huì)，千篇一律的高度模型化、抽象化的東西。建立知識(shí)與復(fù)雜、隱蔽的現(xiàn)實(shí)情境之間“橋梁”的還得由學(xué)生親自完成，這樣的物理問題才更具有實(shí)際意義。

2. 從多元角度審視現(xiàn)實(shí)狀況，培養(yǎng)發(fā)散思維意識(shí).

【例5】（2014·北京高考）應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是

A. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)

B. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)

C. 在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D. 在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

解讀：本題屬于動(dòng)力學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的問題。從靜止到將物體向上拋出過程中，物體速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速運(yùn)動(dòng)，但后段的運(yùn)動(dòng)可能做減速運(yùn)動(dòng)、也可能做勻速運(yùn)動(dòng)，故物體向上全程運(yùn)動(dòng)不一定一直處于超重狀態(tài)；物體脫手瞬間，由于僅受重力作用，故根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度等于重力加速度。

啟示：受種種因素的約束，物理課堂教學(xué)往往“按方取藥”，其教學(xué)內(nèi)容是封閉的、教學(xué)形式單一的，學(xué)生只能收獲類似流水線式作業(yè)產(chǎn)品。像本試題一樣，只有聯(lián)系STS的現(xiàn)代生活、生產(chǎn)、科技等問題，經(jīng)常性地滲透更新穎、更復(fù)雜的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化問題想限制，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用物理的眼光觀察周圍的世界，以發(fā)散的思維審視物理情境更，才有利于開拓學(xué)生視野、避免學(xué)生思維固化，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。

3. 分多個(gè)層次思考現(xiàn)實(shí)情境，培養(yǎng)綜合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化原理如圖5（甲）所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；II為加速區(qū)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖5（乙）所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0<α≤90°）。推進(jìn)器工作時(shí)，向區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）。

（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大小；

（2）為取得好的電離效果，請(qǐng)判斷I區(qū)中的磁場(chǎng)方向（按圖5說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；

（3）ɑ為90° 時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；

（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vM與α角的關(guān)系。

解讀：（1）對(duì)于正離子，由動(dòng)能定理eU=MvM 2，得U=

根據(jù)牛頓第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得較好的電離效果，電子須在出射方向左邊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則知：磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。

（3）設(shè)電子運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，如圖6所示，可得2r=R

根據(jù)牛頓第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足B>

（4）如圖7所示，根據(jù)幾何關(guān)系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

啟示：（1）本題以太空飛行器中的離子推進(jìn)器（動(dòng)力系統(tǒng)）為題材，涉及力學(xué)、靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)等內(nèi)容，既聯(lián)系實(shí)際，又有機(jī)地切合物理知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高起點(diǎn)、底落點(diǎn)的銜接方式。（2）像本題綜合動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、圓周運(yùn)動(dòng)向心力、左手定則、洛侖茲力及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)諸多知識(shí)點(diǎn)一樣，STS試題強(qiáng)調(diào)在綜合性學(xué)習(xí)背景中運(yùn)用知識(shí)和方法，因而其情境更趨近真實(shí)世界，其包含的內(nèi)容更復(fù)雜，解決問題的方法更綜合。當(dāng)然更有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合處理問題的實(shí)干能力。

學(xué)生的應(yīng)對(duì)新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教師精心設(shè)計(jì)和培養(yǎng)。受2014年各地高考物理STS試題的啟發(fā)，優(yōu)化應(yīng)用情境、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，挖掘探究題材、提升研究水平，開發(fā)思維活動(dòng)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的路徑值得我們繼續(xù)開發(fā)和研究，只有采取多路并舉的創(chuàng)新措施，才能更好地為學(xué)生終身發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

責(zé)任編校 李平安

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：

⑴物塊的加速度a= m/s2（保留3位有效數(shù)字）；

⑵因?yàn)?，可知斜面是粗糙的。

解讀： （1）根據(jù)逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入數(shù)據(jù)得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，則根據(jù)牛頓第二定律有mgsin？茲=ma′，其中sin？茲=

可得a=g·，代入數(shù)據(jù)得a=5.88m/s2

而物塊沿斜面實(shí)際下滑加速度a

啟示：試題先后運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究：首先要求運(yùn)用頻閃照相機(jī)、刻度尺等測(cè)定物塊的真實(shí)加速度；再根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算假設(shè)斜面光滑情況下物塊加速度，通過比較得出結(jié)論。很明顯，實(shí)驗(yàn)探究也不是解決實(shí)際問題的唯一途徑。針對(duì)不同的需要，應(yīng)該靈活地對(duì)探究方式相機(jī)而擇，充分發(fā)揮每一種探究方式的作用。

三、開發(fā)別開生面的思維活動(dòng)，以培育科學(xué)素養(yǎng)

將物理學(xué)與生活、生產(chǎn)、現(xiàn)代科技聯(lián)系起來反映物理學(xué)習(xí)的時(shí)代特征，使學(xué)生學(xué)會(huì)用現(xiàn)代觀念看待物理知識(shí)、物理方法和解決問題的能力，使學(xué)生意識(shí)到物理學(xué)在現(xiàn)代科技乃至將來科技發(fā)展中所起的或?qū)?huì)起到的作用，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)觀、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)方法。實(shí)施新課程其教學(xué)目標(biāo)是將要進(jìn)一步提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，滿足學(xué)生終身發(fā)展需要。為此，提高研究物理問題能力，發(fā)展學(xué)生物理思維方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想更加具有深遠(yuǎn)意義。

1. 將現(xiàn)實(shí)情境轉(zhuǎn)換為理想模型，滲透抽象思維方法.

【例4】（2014·廣東高考）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖4所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體

A. 體積減小，內(nèi)能增大

B. 體積減小，壓強(qiáng)減小

C. 對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D. 對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小

解讀：學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析前，首先須明白研究的氣體屬于理想氣體還是實(shí)際氣體。依據(jù)題意知：充氣囊屬于普通的塑料袋，因而袋內(nèi)氣體為處于常溫、常壓，可以推理知?dú)怏w分子之間作用力可以忽略不計(jì)，分子間距足夠大，即分子本身大小可忽略不計(jì)。所以本題充氣囊內(nèi)氣體可視作理想氣體。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，外界對(duì)氣體做正功，但袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增加。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，體積減小；而內(nèi)能增加，溫度升高；根據(jù)氣態(tài)方程可知，氣體壓強(qiáng)增大。

啟示：STS類物理問題往往反映的真實(shí)的、復(fù)雜的情境，而部分學(xué)生所學(xué)的可能往往是純化的、抽象的模型。因而真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間可能存在鴻溝。要順利解決STS類問題，就需要在真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間“牽線搭橋”，即在一定的場(chǎng)合和條件下，考慮對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象來說是主要的、本質(zhì)的特征，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，建立理想模型。

由解答本題存在的困擾點(diǎn)可看出：在物理教學(xué)中，學(xué)生面臨的問題不可缺乏物理背景，嚴(yán)重脫離實(shí)際、脫離社會(huì)，千篇一律的高度模型化、抽象化的東西。建立知識(shí)與復(fù)雜、隱蔽的現(xiàn)實(shí)情境之間“橋梁”的還得由學(xué)生親自完成，這樣的物理問題才更具有實(shí)際意義。

2. 從多元角度審視現(xiàn)實(shí)狀況，培養(yǎng)發(fā)散思維意識(shí).

【例5】（2014·北京高考）應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是

A. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)

B. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)

C. 在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D. 在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

解讀：本題屬于動(dòng)力學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的問題。從靜止到將物體向上拋出過程中，物體速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速運(yùn)動(dòng)，但后段的運(yùn)動(dòng)可能做減速運(yùn)動(dòng)、也可能做勻速運(yùn)動(dòng)，故物體向上全程運(yùn)動(dòng)不一定一直處于超重狀態(tài)；物體脫手瞬間，由于僅受重力作用，故根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度等于重力加速度。

啟示：受種種因素的約束，物理課堂教學(xué)往往“按方取藥”，其教學(xué)內(nèi)容是封閉的、教學(xué)形式單一的，學(xué)生只能收獲類似流水線式作業(yè)產(chǎn)品。像本試題一樣，只有聯(lián)系STS的現(xiàn)代生活、生產(chǎn)、科技等問題，經(jīng)常性地滲透更新穎、更復(fù)雜的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化問題想限制，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用物理的眼光觀察周圍的世界，以發(fā)散的思維審視物理情境更，才有利于開拓學(xué)生視野、避免學(xué)生思維固化，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。

3. 分多個(gè)層次思考現(xiàn)實(shí)情境，培養(yǎng)綜合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化原理如圖5（甲）所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；II為加速區(qū)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖5（乙）所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0<α≤90°）。推進(jìn)器工作時(shí)，向區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）。

（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大小；

（2）為取得好的電離效果，請(qǐng)判斷I區(qū)中的磁場(chǎng)方向（按圖5說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；

（3）ɑ為90° 時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；

（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vM與α角的關(guān)系。

解讀：（1）對(duì)于正離子，由動(dòng)能定理eU=MvM 2，得U=

根據(jù)牛頓第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得較好的電離效果，電子須在出射方向左邊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則知：磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。

（3）設(shè)電子運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，如圖6所示，可得2r=R

根據(jù)牛頓第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足B>

（4）如圖7所示，根據(jù)幾何關(guān)系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

啟示：（1）本題以太空飛行器中的離子推進(jìn)器（動(dòng)力系統(tǒng)）為題材，涉及力學(xué)、靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)等內(nèi)容，既聯(lián)系實(shí)際，又有機(jī)地切合物理知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高起點(diǎn)、底落點(diǎn)的銜接方式。（2）像本題綜合動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、圓周運(yùn)動(dòng)向心力、左手定則、洛侖茲力及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)諸多知識(shí)點(diǎn)一樣，STS試題強(qiáng)調(diào)在綜合性學(xué)習(xí)背景中運(yùn)用知識(shí)和方法，因而其情境更趨近真實(shí)世界，其包含的內(nèi)容更復(fù)雜，解決問題的方法更綜合。當(dāng)然更有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合處理問題的實(shí)干能力。

學(xué)生的應(yīng)對(duì)新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教師精心設(shè)計(jì)和培養(yǎng)。受2014年各地高考物理STS試題的啟發(fā)，優(yōu)化應(yīng)用情境、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，挖掘探究題材、提升研究水平，開發(fā)思維活動(dòng)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的路徑值得我們繼續(xù)開發(fā)和研究，只有采取多路并舉的創(chuàng)新措施，才能更好地為學(xué)生終身發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

責(zé)任編校 李平安

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列填空：

⑴物塊的加速度a= m/s2（保留3位有效數(shù)字）；

⑵因?yàn)?，可知斜面是粗糙的。

解讀： （1）根據(jù)逐差法可得（x3+x4）-（x1+x2）=a（2T）2，其中T=

可得a=·f 2，代入數(shù)據(jù)得a=4.30m/s2

（2） 若斜面光滑，則根據(jù)牛頓第二定律有mgsin？茲=ma′，其中sin？茲=

可得a=g·，代入數(shù)據(jù)得a=5.88m/s2

而物塊沿斜面實(shí)際下滑加速度a

啟示：試題先后運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究：首先要求運(yùn)用頻閃照相機(jī)、刻度尺等測(cè)定物塊的真實(shí)加速度；再根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算假設(shè)斜面光滑情況下物塊加速度，通過比較得出結(jié)論。很明顯，實(shí)驗(yàn)探究也不是解決實(shí)際問題的唯一途徑。針對(duì)不同的需要，應(yīng)該靈活地對(duì)探究方式相機(jī)而擇，充分發(fā)揮每一種探究方式的作用。

三、開發(fā)別開生面的思維活動(dòng)，以培育科學(xué)素養(yǎng)

將物理學(xué)與生活、生產(chǎn)、現(xiàn)代科技聯(lián)系起來反映物理學(xué)習(xí)的時(shí)代特征，使學(xué)生學(xué)會(huì)用現(xiàn)代觀念看待物理知識(shí)、物理方法和解決問題的能力，使學(xué)生意識(shí)到物理學(xué)在現(xiàn)代科技乃至將來科技發(fā)展中所起的或?qū)?huì)起到的作用，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)觀、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)方法。實(shí)施新課程其教學(xué)目標(biāo)是將要進(jìn)一步提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，滿足學(xué)生終身發(fā)展需要。為此，提高研究物理問題能力，發(fā)展學(xué)生物理思維方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想更加具有深遠(yuǎn)意義。

1. 將現(xiàn)實(shí)情境轉(zhuǎn)換為理想模型，滲透抽象思維方法.

【例4】（2014·廣東高考）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖4所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體

A. 體積減小，內(nèi)能增大

B. 體積減小，壓強(qiáng)減小

C. 對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D. 對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小

解讀：學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析前，首先須明白研究的氣體屬于理想氣體還是實(shí)際氣體。依據(jù)題意知：充氣囊屬于普通的塑料袋，因而袋內(nèi)氣體為處于常溫、常壓，可以推理知?dú)怏w分子之間作用力可以忽略不計(jì)，分子間距足夠大，即分子本身大小可忽略不計(jì)。所以本題充氣囊內(nèi)氣體可視作理想氣體。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，外界對(duì)氣體做正功，但袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增加。

充氣袋四周被擠壓時(shí)，體積減小；而內(nèi)能增加，溫度升高；根據(jù)氣態(tài)方程可知，氣體壓強(qiáng)增大。

啟示：STS類物理問題往往反映的真實(shí)的、復(fù)雜的情境，而部分學(xué)生所學(xué)的可能往往是純化的、抽象的模型。因而真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間可能存在鴻溝。要順利解決STS類問題，就需要在真實(shí)情境與抽象知識(shí)之間“牽線搭橋”，即在一定的場(chǎng)合和條件下，考慮對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象來說是主要的、本質(zhì)的特征，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，建立理想模型。

由解答本題存在的困擾點(diǎn)可看出：在物理教學(xué)中，學(xué)生面臨的問題不可缺乏物理背景，嚴(yán)重脫離實(shí)際、脫離社會(huì)，千篇一律的高度模型化、抽象化的東西。建立知識(shí)與復(fù)雜、隱蔽的現(xiàn)實(shí)情境之間“橋梁”的還得由學(xué)生親自完成，這樣的物理問題才更具有實(shí)際意義。

2. 從多元角度審視現(xiàn)實(shí)狀況，培養(yǎng)發(fā)散思維意識(shí).

【例5】（2014·北京高考）應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是

A. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)

B. 手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)

C. 在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D. 在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

解讀：本題屬于動(dòng)力學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的問題。從靜止到將物體向上拋出過程中，物體速度方向一直向上，但其加速度方向不一定一直向上。先做加速運(yùn)動(dòng)，但后段的運(yùn)動(dòng)可能做減速運(yùn)動(dòng)、也可能做勻速運(yùn)動(dòng)，故物體向上全程運(yùn)動(dòng)不一定一直處于超重狀態(tài)；物體脫手瞬間，由于僅受重力作用，故根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度等于重力加速度。

啟示：受種種因素的約束，物理課堂教學(xué)往往“按方取藥”，其教學(xué)內(nèi)容是封閉的、教學(xué)形式單一的，學(xué)生只能收獲類似流水線式作業(yè)產(chǎn)品。像本試題一樣，只有聯(lián)系STS的現(xiàn)代生活、生產(chǎn)、科技等問題，經(jīng)常性地滲透更新穎、更復(fù)雜的物理情境，完全突破了教材上哪些程序化問題想限制，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用物理的眼光觀察周圍的世界，以發(fā)散的思維審視物理情境更，才有利于開拓學(xué)生視野、避免學(xué)生思維固化，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。

3. 分多個(gè)層次思考現(xiàn)實(shí)情境，培養(yǎng)綜合分析能力.

【例6】（2014·浙江高考）離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化原理如圖5（甲）所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；II為加速區(qū)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖5（乙）所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0<α≤90°）。推進(jìn)器工作時(shí)，向區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）。

（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大小；

（2）為取得好的電離效果，請(qǐng)判斷I區(qū)中的磁場(chǎng)方向（按圖5說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；

（3）ɑ為90° 時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；

（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vM與α角的關(guān)系。

解讀：（1）對(duì)于正離子，由動(dòng)能定理eU=MvM 2，得U=

根據(jù)牛頓第二定律eE=Ma，E=，得a=

（2）要取得較好的電離效果，電子須在出射方向左邊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則知：磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。

（3）設(shè)電子運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，如圖6所示，可得2r=R

根據(jù)牛頓第二定律eBv=m

得v0≤v≤；磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足B>

（4）如圖7所示，根據(jù)幾何關(guān)系3R=4r（2-sina）

得：vm=。

啟示：（1）本題以太空飛行器中的離子推進(jìn)器（動(dòng)力系統(tǒng)）為題材，涉及力學(xué)、靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)等內(nèi)容，既聯(lián)系實(shí)際，又有機(jī)地切合物理知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高起點(diǎn)、底落點(diǎn)的銜接方式。（2）像本題綜合動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、圓周運(yùn)動(dòng)向心力、左手定則、洛侖茲力及數(shù)學(xué)幾何知識(shí)諸多知識(shí)點(diǎn)一樣，STS試題強(qiáng)調(diào)在綜合性學(xué)習(xí)背景中運(yùn)用知識(shí)和方法，因而其情境更趨近真實(shí)世界，其包含的內(nèi)容更復(fù)雜，解決問題的方法更綜合。當(dāng)然更有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合處理問題的實(shí)干能力。

學(xué)生的應(yīng)對(duì)新生事物的能力不是“自然而然”就能完成的，它需要教師精心設(shè)計(jì)和培養(yǎng)。受2014年各地高考物理STS試題的啟發(fā)，優(yōu)化應(yīng)用情境、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，挖掘探究題材、提升研究水平，開發(fā)思維活動(dòng)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的路徑值得我們繼續(xù)開發(fā)和研究，只有采取多路并舉的創(chuàng)新措施，才能更好地為學(xué)生終身發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

責(zé)任編校 李平安