聯系生活實際 考查核心素養

吳作周

2016年高考，全國卷和各省市卷理綜物理試題依據《課程標準》和《考試大綱》，符合《考試說明》的要求，所考查的內容都在規定的知識范圍內，堅持以能力測試為主導，注重考查基礎知識和主干知識，重視學科內知識的綜合.部分試題以生產和生活中的事例創設情景，注重理論聯系實際，關注科學技術和社會、經濟協調發展，重視對考生學科核心素養的考查.其中四川卷有一道力學試題，試題貼近生活實際，考查力學中的多個知識點，著重考查考生的建模能力、推理論證和分析綜合能力，難度中等，具有較好的區分度，是一道考查考生綜合能力的好題.筆者就這道試題進行賞析，希望能夠拋磚引玉，得到同行的指正.

例 （四川卷）避險車道（標志如圖甲所示）是避免惡性交通事故的重要設施，由制動坡床和防撞設施等組成，如圖乙所示的豎直平面內，制動坡床視為與水平面夾角為θ的斜面.一輛長為12m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛入制動坡床，當車速為23m/s時，車尾位于制動坡床的底端，貨物開始在車廂內向車頭滑動，當貨物在車廂內滑動了4m時，車頭距制動坡床頂端38m，再過一段時間，貨車停止.已知貨車質量是貨物質量的4倍，貨物與車廂間的動摩擦因數為0.4；貨車在制動坡床上運動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44倍.貨物與貨車分別視為小滑塊和平板，取cosθ=1，sinθ=0.1，g=10 m/s2. 求：

（1）貨物在車廂內滑動時加速度的大小和方向；

（2）制動坡床的長度.

命題分析 本題以避險車道所創設的情景，考查了“平板-滑塊”疊加體模型問題，重點考查了受力分析、加速度概念、牛頓第二定律、運動學公式等知識，意在考查考生應用力學規律綜合解決問題的能力.

解析 （1）設貨物質量為m，貨物與車廂間的動摩擦因數μ=0.4，貨物在車廂內滑動過程中，受到的摩擦力大小為f，加速度大小為a1，則有：

mgsinθ+f=ma1，

f=μmgcosθ，

聯立兩式解得a1=5 m/s2，其中a1的方向沿制動坡床向下.

（2）設貨車質量為M，車尾位于制動坡床底端時的車速v=23m/s.貨物在車廂內開始滑動到車頭距制動坡床頂端s0=38 m的過程中，用時為t，貨物相對制動坡床的運動距離為s1，在車廂內滑動的距離s=4 m，貨車的加速度大小為a2，貨車相對制動坡床的運動距離為s2.貨車受到制動坡床的阻力大小為F，貨車長度l0=12m，制動坡床的長度為l，則有：

F=0.44（M+m）g，

Mgsinθ+F-f=Ma2，

s1=vt-12a1t2，

s2=vt-12a2t2，

s=s1-s2，

l=s2+l0+s0，

聯立以上關系式并代入數據得l=98m.

評析 2016年全國新課標高考《考試大綱》（物理）指出：高考物理試題著重考查考生知識、能力和科學素養，注重理論聯系實際，注重科學技術和社會、經濟發展的聯系，注意物理知識在生產、生活等方面的廣泛應用，以有利于高校選拔新生，并有利于激發考生學習科學的興趣，培養實事求是的態度，形成正確的價值觀，促進“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”三維課程培養目標的實現.該題以山區高速公路上設置的避險車道為背景，考查了力學綜合問題和考生的學科核心素養.試題在考查基礎知識的同時，重視理論聯系實際，所選素材符合生產生活實際，立意新穎，能激發學生求解的欲望，體現了將物理知識和生產生活、社會及科技發展緊密聯系的新課程理念.

我們先來了解一下避險車道的原理和設計.在交通事故統計中，長陡下坡是事故多發路段，在這樣的長坡上，部分超載車輛長時間使用剎車會因剎車片發熱而導致剎車失靈、車輛失控，造成交通事故.因此，在連續長陡坡路段設置緊急避險車道尤為重要.避險車道的原理是在制動坡床上鋪上松散的碎石，對車輛產生較大的阻力，以及制作一定的縱坡，利用車輛爬坡時重力做負功來消減車輛制動失靈時的動能.避險車道的坡度角大，對應的制動坡床長度小；坡度角小，對應的制動坡床長度大.一般情況下，坡度角不大于15°，制動坡床長度為100m左右.當然，有的避險車道的坡度角和制動坡床長度視實際地形而設計.

試題設計為了減少繁雜數學運算的干擾，突出對考生構建模型、分析推理、科學論證等科學思維以及科學態度的考查，對于坡度角θ，由于θ較小，取cosθ=1， sinθ=0.1，既降低計算難度又比較符合實情.另外，貨車的車速為23 m/s（83 km/h），符合交通法中規定的在山區高速公路上行駛的車速.試題的設問具有一定的梯度和區分度，第（1）問主要考查受力分析和牛頓第二定律，分析計算沒有難度.第（2）問物理過程相對復雜，對考生的能力要求提高了，解題的關鍵是將實際問題進行抽象，通過分析推理建立物理模型，即“平板-滑塊”模型，在正確畫出貨物、貨車和制動坡床之間相對運動示意圖后，運用運動學規律列式求解.試題的這種設置，即使有的考生得不到滿分，但也不至于完全失分.因此，試題對全體考生有較好的區分度，體現了考試的選撥功能.

教學啟示 近幾年的高考試題，已經滲透新課程理念，在注重基礎的同時，注重物理知識在生產生活和科學技術中應用的考查，以及對考生學科核心素養的考查.例如：2016年全國卷Ⅰ第15題（質譜儀）、第22題（熱敏電阻控制的報警系統）；全國卷Ⅱ第22題（法拉第圓盤發電機）；天津卷第10題（跳臺滑雪）；浙江卷第17題（身高體重測量儀）、第20題（賽車場）；等等.這些試題大多來源于生活實際和新科技背景，但又緊扣教材內容和《考試大綱》要求，考查的是基礎知識、基本技能和基本方法，只是在基礎知識上有新的變化和創新，體現了“強調能力考查，引導回歸教材”的命題思想.所以，高三教學與復習要關注教材、回歸教材，避免陷入題海戰術之中.同時，關注最新科技前沿，注重物理與生活的結合，在充分利用教材中生活元素的基礎上，聯系與物理知識相關的生活場景，通過生活實例的引入，使學生在學習的過程中，加強對物理知識的理解，提高科學素養和解決實際問題的能力.