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    探讨综合考试在物理教学中的体现

    高闯 张军杰

      

    具有较强实际应用能力和物理与不同学科间交叉运用能力是“综合考试”模式中提出的新要求.本文拟从物理自身和多科目角度两点出发,比较综合模式下能力的要求与以往能力要求的不同.
  一、从实际问题的解决过程分析物理应用能力的体现
  1.物理问题的建模过程
  实际生活问题的解决过程是物理建模及其解决的过程,它的一般流程如图1所示.

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图1

 (1)建模准备和建模假设 建模准备指学生了解实际生活问题及其背景,待解决问题.了解问题涉及对象、过程及相关信息;建模假设是根据问题提供的有关信息,对研究对象、变动过程进行分析,排除次要因素,确立简化或理想化研究对象和物理场景.建模假设和建模准备两环节属于物理建模中从实际生活问题抽取物理对象、物理场景的过程.
  (2)模型建立 模型建立是指在抽取的物理对象、场景的基础上,寻找物理对象在变动过程中满足的定量或定性规律(如运动学、动力学、热力学规律等).它属于物理知识集中运用环节.
  最后对模型进行分析,求解,检验其合理性.如不合理,必须进行新一轮的假设和建模.
  以上是建模的一般过程,实际问题的解决不一定严格按照以上步骤进行.
  2.综合考试模式下的物理应用能力
  在多数情况下,传统物理教学及有关问题训练,往往给出简化后的物理对象、场景.因此,学生一般不需要对物理对象和物理场景作简化或理想化处理,即与之相对应的突出体现学生对物理实际问题的应用能力环节没有考查或考查较少.
  实际生活问题则不同,它往往不明显给出简化或理想化的物理对象和物理场景,因而它需要抽取物理对象和物理场景的环节.所以综合考试模式下物理应用能力与现行高考模式的区别在于增加了从实际生活中抽取物理对象和物理场景环节.以下我们举例来说明这种变化.
  例1 如图2所示,一跳水运动员从离水面10m高的平台跃起,举起双臂直体离开平台,此时重心位于从手到脚全长的中点,跃起后重心升高0.45m达到最高点,落水时身体竖直,手先入水(在此过程中运动员水平方向运动忽略不计).从离开平台到手触水面,问他可用于完成空中动作的时间.
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  例2 如图3所示,一条长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m的带电小球,将它置于一匀强电场中,电场强度大小为E,方向水平向右.已知当细线离开竖直位置的偏角为α时,小球处于平衡,问如果使细线偏角α增大到φ,然后由静止开始释放,则偏角φ应为多大才能使细线在到达竖直位置时,小球速度刚好为零.
  分析 两道试题都属于物理模型建构能力考查,但在模型构建环节上存在差异:
  (1)例1给出了人体运动及其入水过程,属于生活内容,即没有直接给出简化或理想化物理对象、场景;例2直接给出了摆球、电场、重力场.属于剔除生活要素的物理对象、物理场景.
  (2)例1强调从生活事例中抽取物理对象和物理场景能力,对建模所需的逻辑推理能力要求较低(只需视运动员为质点,并忽略水平运动,就很容易得到竖直上抛的运动模型);例2则从生活事例中抽取了物理对象和物理场景的内容.但必须对摆的机制,场的观念有较深的认识,才能有效地利用模型变换中的类比变换实现该题物理模型的构建,它突出强调了物理建模中的逻辑推理能力.
  从以上分析结合物理建模流程可以看出综合考试模式下物理建模能力要求的变化,如图4所示.即物理建模中增加了从生活事例中抽取物理研究对象、物理场景(即剔除问题中的生活要素)等环节能力,是综合考试和以往考试考查的根本不同点,该环节本质上属于应用能力考查.因而,在综合模式下,抽取物理研究对象、场景的能力必须在教学中得到加强和改善.
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  二、多科目知识交叉下的物理科目和现行物理教学的区别
  物理与其它学科之间存在着一定的知识重叠,这些知识在不同科目中具有不同的功能.综合科目要求学生具有多科目知识间的交叉能力,这是学生基于学科间重叠知识向多科目间知识的辐射能力.以往考查模式强调学科知识和学科能力,对交叉知识部分考查也往往限于科目内部相关知识的考查.综合模式与以往考查的区别如图5所示.因而综合模式下的学生基于交叉知识向不同学科辐射、联想、提取知识的能力(即学科间知识转换能力)成为能力培养的一个核心.综合知识的应用能力仍然可以划分为以下两种.
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  1.对某一学科的择取和应用能力
  实际生活中的问题,有时可以从几个不同的学科间任选一学科知识来解决,它本质上仍然属于学科能力,但它对能力的要求是不同学科间的择取能力和对某一学科知识的运用能力.以下举例来说明该问题.
  例3 如近似认为月球绕地球公转的轨道在同一平面内,且均为正圆,又知这两种转动同向,月相变化周期为29.5天.如图6所示为相继两次满月时,月、地相对位置的示意图.求:月球绕地球转一周所用的时间T(因月球始终是同一面面向地球,故T恰是月球的自转周期).(提示:可借鉴恒星日、太阳日的解释方法来求解)
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  本题可利用物理和地理知识来解决.
  解法1 (物理方法) 利用圆周运动角速度、线速度解答.地球绕太阳公转的角速度为ω=2π/365,相邻两次满月之间地球公转的角度为θ=ω×29.5,相邻两次满月之间地球自转的角度为2π+θ,则月球的角速度为ω′=(2π+θ)/29.5.由T=2π/ω′和以上各式得T=27.3(天).
  解法2(地理方法) 利用恒星日、太阳日以及如图6所示几何关系可以得到:月球绕地球时满足(2π+θ)/29.5=2π/T,地球绕太阳公转时满足θ/29.5=2π/365,两式联立得T=27.3(天).
  2.多科目知识交叉应用能力
  多科目知识的综合应用是指知识涉及不同科目的交叉应用.仅凭单科的知识能力已不可能解决具体问题,它体现了学生在不同学科间的知识的综合运用能力.以下举例来说明此种能力.
  例4 如图7所示,在10℃、 体积为3L和1L的左右两容器中分别充入氢气和氧气,压强分别为p1和p2,开启阀门并点燃.反应后将气体冷却到原来的温度,计算:
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  (1)反应前在温度为10℃、压强为p1时氧气的体积?
  (2)反应后在温度为10℃时气体的压强?
  分析 该题目涉及物理和化学知识的综合性试题.
  (1)由题意知反应前,设氧气在压强为p1时体积为V2′,又知在压强为p2时,氧气体积为V2,根据玻意耳定律,有p12′=p22,则V2′=(p2/p1)V2
  (2)等温等压下,气体物质的量与体积成正比.反应前,在p1下,氢气的体积为V1=3L,氧气的体积为V2′=(p2/p1)V2,氢气和氧气反应的化学方程为2H2+O2=2H2O.
  讨论 若V2>2V2′,氢气过剩,则V′=V1-V2′=3-2(p2/p1),由玻意耳定律知
  (3-(2p2/p1))p1=(3+1)p,所以p=(3p1-2p2)/4.
  同样可以讨论得出其它两种情况的压强(氢气和氧气完全反应或氧气过剩),在此不再给出解析结果.
  由以上的例题可以看出,在综合模式下,解决问题已不可能利用一门科目知识来解决,必须几门科目知识交叉利用才可以解决.因而,在该种模式下必须加强学生的综合知识的应用能力.
  三、对物理教学的几点建议
  1.模糊学科界限,注重学科交叉 综合模式要求学生具有学科间的知识交叉能力,因而,教师要具有多学科间的知识交叉授课能力,模糊学科界限,突破单科思维模式.
  2.抓基础,降低难度 综合模式下,强调多学科交叉能力.客观上要求抓基础知识教学 ,而无需过深、过难的知识教学.高考命题的多样性和灵活性,要求教师在基于知识教学基础上,大力扩充学生知识面,而不局限于大纲.在“综合考试”后,物理学科在不增加课时的情况下,一味追求高、难、深,必然会影响学生对物理知识的理解和掌握.
  3.注重实践教学,加大教学中实验的份额 以往的高考模式,具有典型性、单一性等特点,相应的教学模式则强调单科能力,学生的实际应用能力较低.面对高考改革和命题发展趋势,教师必须联系生活,贴近实际,多做实验,切实提高学生解决实际问题的能力.
  4.注重教材教育,切实防止偏科 综合模式的实施,要求学生全面掌握各科知识,必须克服偏科的倾向.

摘自《中学物理教学参考》