例說(shuō)高中物理校本作業(yè)的情境化

程凌

摘? ?要：縱觀近幾年高考物理試題，情境化試題頻繁出現(xiàn)，在日常的教學(xué)中經(jīng)常有學(xué)生會(huì)提到他們?cè)谂龅接行╊}目長(zhǎng)的情境試題時(shí)就會(huì)發(fā)怵，所以在校本作業(yè)中有必要設(shè)置情境化試題，提高學(xué)生解決這類試題的能力。本文圍繞三類物理情境，以一些試題為例來(lái)談?wù)勄榫吃囶}的出題意圖以及如何建模和解題。

關(guān)鍵詞：校本作業(yè);物理情境;物理模型;高考

《2017版高中物理課標(biāo)》中提出，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的測(cè)量需要基于真實(shí)情境的物理問(wèn)題來(lái)測(cè)量，要注重物理與社會(huì)和技術(shù)的聯(lián)系。用以學(xué)科素養(yǎng)為核心的學(xué)業(yè)質(zhì)量觀指導(dǎo)教學(xué)改革，其中很重要的一點(diǎn)就是由“抽象知識(shí)”轉(zhuǎn)向“具體情境”，注重營(yíng)造學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性，可見(jiàn)物理試題情境化的在試題改革路上具有重大的意義。下面以三類常見(jiàn)的情境化情況為例來(lái)分析。

1? 由生產(chǎn)、生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)物理情境

物理與人們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，以學(xué)生在日常生活身邊的所見(jiàn)所聞和生活經(jīng)歷等情境為背景設(shè)計(jì)物理試題，貫徹了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。

【例題1】拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的洗地工具（如圖1）。已知拖把頭的質(zhì)量為m，忽略拖把桿的質(zhì)量;拖把頭與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。小明在教室的水平地板上拖地時(shí)，沿拖桿的方向推拖把，拖桿與豎直方向的夾角為θ。那么小明勻速拖地時(shí)，給拖把的推力多大？（重力加速度為g）

在摩擦力這節(jié)課的校本作業(yè)中可以以拖地為情境，設(shè)置這樣一道情境題。拖把是所有學(xué)生在日常生活中都會(huì)看到并且用到的工具，這道試題考查了滑動(dòng)摩擦力及力的平衡的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以根據(jù)生活中拖地的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，分析出拖把的受力情況，最后根據(jù)拖把勻速運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)列出相關(guān)式子解題。

【例題2】在高速公路上有設(shè)置應(yīng)急車道供消防救援、醫(yī)療救護(hù)等處理應(yīng)急事務(wù)的車輛使用，在沒(méi)有應(yīng)急車道的縣內(nèi)道路上，可以通過(guò)“45度讓路法”（如圖2）來(lái)禮讓救護(hù)車、消防車等，創(chuàng)造“生命通道”。某日下班高峰期時(shí)，一輛救護(hù)車在執(zhí)行急救任務(wù)，從A小區(qū)出發(fā)，啟動(dòng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)20 s速度達(dá)到72 km/h。駛?cè)隑路口時(shí)由于交通擁堵，救護(hù)車被迫勻減速剎車，經(jīng)過(guò)4 s停止。等待5 min后交通暢通，救護(hù)車再次啟動(dòng)，勻加速運(yùn)動(dòng)至速度達(dá)到72 km/h后以該速度勻速行駛了50 s到達(dá)醫(yī)院。設(shè)救護(hù)車全程的運(yùn)動(dòng)都是直線運(yùn)動(dòng)，加速過(guò)程的加速度相同。

（1）求A小區(qū)與醫(yī)院之間的距離;

（2）若救護(hù)車駛?cè)隑路口前，道路兩邊的汽車聽(tīng)到警笛聲后采用“45度讓路法”讓出一條通道，救護(hù)車可繼續(xù)以72 km/h的速度勻速行駛直通醫(yī)院，那么從A小區(qū)到醫(yī)院需要多長(zhǎng)時(shí)間？會(huì)比沒(méi)有讓路的情況節(jié)省多少時(shí)間？

本題是篇幅較長(zhǎng)的一道情境題，從生活中禮讓救護(hù)車的常識(shí)出發(fā)。引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出救護(hù)車運(yùn)動(dòng)的物理過(guò)程簡(jiǎn)圖，把每個(gè)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)搞清楚，從學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中選取適合的公式求解。通過(guò)分析實(shí)施“45度讓路法”時(shí)救護(hù)車節(jié)省的時(shí)間，學(xué)生更能明白生命通道的重要性，同時(shí)也讓學(xué)生通過(guò)一步步分析解題，對(duì)題目長(zhǎng)的情境題不再害怕，知道抽絲剝繭取得真經(jīng)。

2? 由科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)設(shè)情境

物理學(xué)所含的科學(xué)探索活動(dòng)是激動(dòng)人心的智力探險(xiǎn)活動(dòng)，為人類文明做出巨大貢獻(xiàn)。源于生活，服務(wù)于社會(huì)的科技情境題可以引導(dǎo)學(xué)生理解物理的重要性，如強(qiáng)國(guó)的海陸空發(fā)展情境，還有科幻電影情節(jié)中的物理學(xué)等情境。

【例題3】2020年11月24日，我國(guó)首顆地月采樣往返探測(cè)器“嫦娥五號(hào)”在文昌航天發(fā)射場(chǎng)，被長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭順利送入預(yù)定軌道。11月28日，經(jīng)過(guò)約112 h的奔月飛行，已順利進(jìn)入環(huán)月軌道，中國(guó)即將成為世界第三個(gè)從月球采樣的國(guó)家。圖3為探測(cè)器繞月運(yùn)行的示意圖，已知環(huán)月圓軌道Ⅰ與近月橢圓軌道Ⅱ相切于A點(diǎn)。探測(cè)器在近月點(diǎn)B實(shí)施近月制動(dòng)，最后在月面下降成功著陸。則“嫦娥五號(hào)”分別在Ⅰ、Ⅱ兩軌道上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)（? ? ?）

A.經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度：vⅠ>vⅡ

B.經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的加速度：aⅠ>aⅡ

C.周期：TⅠ

D.機(jī)械能：EⅠ

本道題結(jié)合我國(guó)在航天事業(yè)上取得的最新成果為情境，考查了萬(wàn)有引力這一章中變軌的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生既能體會(huì)到可以把所學(xué)知識(shí)用于祖國(guó)的航天事業(yè)，又能激發(fā)他們的民族自豪感。萬(wàn)有引力和航天是每年高考的熱點(diǎn)，在萬(wàn)有引力這一章的校本作業(yè)中，可以結(jié)合中國(guó)近幾年在航天方面取得的成果為情境來(lái)設(shè)置題目，讓學(xué)生在鞏固本章所學(xué)知識(shí)點(diǎn)并運(yùn)用解題的同時(shí)，又能了解我國(guó)航天事業(yè)日新月異的發(fā)展。

【例題4】宇航員在太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)時(shí)，長(zhǎng)期處于失重環(huán)境，會(huì)對(duì)他們的健康造成不利的影響，幾十年來(lái)，科學(xué)家一直在設(shè)想能制造一種巨型空間站，產(chǎn)生人造重力。在去年熱播的電影《流浪地球》中，“領(lǐng)航員號(hào)”就是一個(gè)巨型空間站（如圖4），電腦“慕斯”通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓形空間站的方法讓劉培強(qiáng)上校獲得人工重力。空間站的模型如圖4，已知空間站半徑為1000 m，g取10 m/s2，為了使宇航員感受跟在地球表面上一樣“重”，空間站轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為（? ? ）

A.10 rad/s? ? ?B.1 rad/s? ? ?C.0.1 rad/s? ? ?D.0.01 rad/s

人類還沒(méi)有進(jìn)化出適于在太空生存的特征，如果人類前往火星、木星或更遙遠(yuǎn)的天體，必須要能解決人造重力的難題，目前只有在科幻電影里出現(xiàn)這一情境。本題的情境建立在這一科學(xué)難題上，是道基礎(chǔ)題，難度不大，但是學(xué)生看到題目長(zhǎng)就有了畏難的情緒，所以通過(guò)這道題讓學(xué)生學(xué)會(huì)從人工重力情境中得到解題的思路，從而建立圓周運(yùn)動(dòng)的物理模型，讓學(xué)生改掉“題目長(zhǎng)=題目難”的錯(cuò)誤想法，建立解題的自信心。

3? 物理實(shí)驗(yàn)題的情境創(chuàng)設(shè)

科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的四維度之一，科學(xué)探究活動(dòng)的靈感來(lái)源于生產(chǎn)、生活中，最終又可以服務(wù)于我們，與生產(chǎn)、生活的實(shí)際情境息息相關(guān)，所以要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究這一關(guān)鍵能力。實(shí)驗(yàn)探究是高考試題的重要組成部分，而創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境是實(shí)驗(yàn)探究試題的必然趨勢(shì)。筆者曾做過(guò)一次有關(guān)物理校本作業(yè)的問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究題是學(xué)生害怕的題型之一，所以在校本作業(yè)中設(shè)置實(shí)驗(yàn)探究題時(shí)，可以增設(shè)一些“接地氣”的實(shí)驗(yàn)情境，利用學(xué)生日常生活中可以見(jiàn)到的用品作為實(shí)驗(yàn)儀器，提高學(xué)生的自主探究能力和解題的積極性。

2017年高考全國(guó)卷Ⅰ的實(shí)驗(yàn)題中利用自制的“滴水計(jì)量器”模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過(guò)注射器滴水在紙帶上“打點(diǎn)”，利用得到的紙帶可以探究出小車在桌面上的運(yùn)動(dòng)情況（如圖5）。2020年高考山東卷中第13題實(shí)驗(yàn)題利用手機(jī)、長(zhǎng)木板、墊塊（操作時(shí)可用粉筆盒或者木塊）、刻度尺這些容易取材的生活學(xué)習(xí)用品作為實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)并利用-t圖象來(lái)解題（如圖6）。在驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中，可以采用家用電子秤、細(xì)繩、水杯、無(wú)痕掛鉤、A4紙等生活用品作為實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)完成本實(shí)驗(yàn)（如圖7）。在探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中，模擬醫(yī)院輸液的方式，用一個(gè)底部開(kāi)口的礦泉水瓶、一次性輸液器和透明塑料板作為實(shí)驗(yàn)儀器。在開(kāi)口的礦泉水瓶里加入適量紅色墨水，打開(kāi)輸液器，從水平固定的針頭中流出的水流做平拋運(yùn)動(dòng)，在塑料板上繪制出水流的軌跡，可探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整輸液器的輸液速度還可以改變初速度，繼續(xù)進(jìn)一步的探究（如圖8）。在測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，可以在學(xué)生掌握了測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法之后，改用酸性水果來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置一個(gè)制作水果電池的實(shí)驗(yàn)。可以選用的水果有檸檬、酸橙子、菠蘿、蘋(píng)果等酸性水果，再找來(lái)新的硬幣、鍍鋅螺絲釘或者鋁片、發(fā)光二極管、黑膠帶等這些生活用品作為實(shí)驗(yàn)儀器，然后用導(dǎo)線連接電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如圖9）。以上所舉的這些實(shí)驗(yàn)，大部分都是采用容易取材的生活用品作為實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生會(huì)有親切感也激發(fā)了他們探索的欲望。校本作業(yè)中增設(shè)此類“接地氣”的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在動(dòng)手操作的同時(shí)可以再次鞏固原實(shí)驗(yàn)的原理，然后設(shè)置一些由此類實(shí)驗(yàn)衍生的習(xí)題，讓學(xué)生從探究中找出解題思路，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手探究的能力和解實(shí)驗(yàn)題的能力。

物理情境試題體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)的考查，適應(yīng)新課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)業(yè)質(zhì)量與考試評(píng)價(jià)。試題的情境化是檢查學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的一種有效的方法。在校本作業(yè)中適當(dāng)增加情境試題的比例，學(xué)生通過(guò)日常的訓(xùn)練，可以提高解答此類試題的能力，學(xué)會(huì)從篇幅較長(zhǎng)的題目中提取出有用的信息，并建立物理模型，分析物理過(guò)程，讓學(xué)生面對(duì)情境試題時(shí)由最初的“無(wú)從入手”變得“有的放矢”。