一道中考物理综合能力题的学科素养考查分析及教学启示

2021-01-07 16:06毛鸿鸣
广东教学报·教育综合 2021年151期
关键词:中考试题教学启示初中物理

毛鸿鸣

【摘要】2021年广东省初中物理学业水平考试第23题以超声波测速为载体,有效地考查了学生复杂情境中的模型建构能力,综合物理问题的分析、推理能力,以及实践创新能力。题目新颖别致,凸显学科素养的考查,对初中物理教学具有导向性作用。本文在解析、素养考查分析的基础上,提出对今后教学的启示。

【关键词】初中物理;中考试题;素养考查;教学启示

原题  阅读下列短文,回答问题。

超声波测速

测距是测速的基础。如图1甲所示,超声波测速仪向静止的汽车发射超声波信号(简称信号),同时开始计时。信号传播过程中遇到汽车会被反射,测速仪接收到返回的信号就停止计时。根据记录的时间及其与路程、速度的关系,可计算出汽车与测速仪之间的距离。图乙是信号传播过程的s-t图象,s表示信号与测速仪之间的距离,t表示信号传播的时间。

测速仪测量汽车速度的原理是:测速仪向运动的汽车先后发射两次信号,根据汽车在两次遇到信号之间所通过的路程及所用的时间,由速度公式可得出汽车的平均速度。

测速仪在公路上对某跑车进行测速时,向匀速驶来的跑车发射两次信号,两次发射信号的时间间隔是1.0s,第一次发射信号到接收用时0.6s,第二次发射信号到接收用时0.3s。经测速仪测定,该跑车超速,驾驶员将受到交警部门处罚。(超声波速度取340m/s)

(1)如图乙所示,若t0=0.4s,则静止的汽车与测速仪之间的距离为_______m。

(2)通过计算,在图2中,大致画出测速仪对该跑车发射的两次信号传播过程的s-t图象(t从第一次发射信号开始计时)。跑车在两次遇到信号之间通过的路程为______m,跑车的速度大小为_______m/s。

一、试题难度分析

试题的难度主要集中在测速问题的求解上,具体分析下表。

问题 情境 求解问题 已知条件 知识与能力结构化程度

测距 单一:信号在测速仪与静止汽车间往返运动 简单:测速仪与汽车的距离 单一:信号从发射到接收的时间;声速 程度低:知识与技能的结构化程度低

测速 复杂:两列信号先后与运动的跑车相遇后返回测速仪 复杂:跑车运动的速度;信号传播的s-t图象 复杂:两次信号从发射到接收的时间;两次发射的间隔时间;声速 程度高:知识结构化程度低,技能的结构化程度、思维方式的综合程度高

二、学科素养考查分析

1.模型建构能力

要解决超声测速问题,需要将这一复杂情境中的对象和过程,转换成熟悉的测量物体运动速度的物理模型——测速仪向运动的跑车发射第一列信号,与跑车相遇反射回测速仪,“记下”第一次相遇的位置及时间;继续向跑车发射第二列信号,与跑车相遇反射回测速仪,“记下”第二次相遇的位置及时间。通过两次相遇的位置及时间,间接“测出”跑车在两次遇到信号之间通过的路程和时间,由此可测速跑车的速度。

2.分析、推理能力

如何求得跑车两次遇到信号之间通过的距离以及经过的时间呢?这需要进一步的分析、推理和判断,得出结论。

(1)相遇时间、距离的分析判断

由于超声波信号在发射仪与汽车往返运动时传播介质相同,所以传播的速度相同;而往返运动通过的路程相同,由t=s/v可知,所用的时间相同,为总传播时间的一半。由s=vt可得以下三段相遇距离。

①静止的汽车与测速仪之间的距离:

②第一次信号与跑车相遇时跑车与测速仪之间的距离:

③第二次信号与跑车相遇时跑车与测速仪之间的距离:

(2)跑车两次遇到信号通过距离的分析判断

如图3所示,跑车在两次遇到信号之间通过的路程S车,为跑车两次遇到信号时与测速仪距离的差。

s车=s1相遇-s2相遇=102m-51m=51m

(3)跑车两次遇到信号运动时间的分析判断

如图4所示,跑车在两次遇到信号之间经过的时间t车,为跑车两次遇到信号的时间差。

从第一次发射信号开始计时,0.3s后跑车第一次与信号相遇;经1.0s后发射第二次信号,0.15s后跑车与信号第二次发相遇,第二次与信号相遇的时间为1.0s+0.15s=1.15s,则:

t车=1.15s-0.3s=0.85s

(4)跑车速度的计算

由速度公式可得,v=s车/t车=51m/0.85s=60m/s

3.绘图用图能力

题目给出的s-t图象,纵坐标s表示的是信号与测速仪之间的距离(不是路程),其最值表示的是信号与跑车相遇时跑车与测速仪之间的距离,对应的时间为相遇时间。

根据上面的分析结果,可画出两次信号传播过程的s-t图象,如图5所示。由图可求得跑车两次遇到信号经过的时间为0.85s。

4.实践创新能力

测距是超声波的一个具体应用,测速是测距的创新实践,通过超声波连续两次的测距,得到汽车两次遇到信号所经过的路程与时间,从而测出汽车行驶的速度。这一过程有效考查了学生的创新实践能力。

三、对教学的启示

第一,夯实基础。超声波测距源于教材,是测速的基础。无论测距还是测速,都要用到匀速直线运动的基本规律、超声波测距的物理模型,去分析、解决问题。因此,学生必须牢固掌握这些基础知识,清晰、全面的认识超声波测距这一物理模型,如信号往返传播过程中具有的等速、等距、等时的特性等,只有这样,才能创造性的应用这些基础知识、基本模型解决更复杂的实际问题。

第二,发展思维。物理教学除让学生掌握必备的知识,还要形成关键能力,如建构模型、分析推理等科學思维能力。在平时的教学中不单要重视结果,更要重视思维的过程,这个结论是如何得来的,经过怎样的分析、推理的过程,多问几个为什么?比如,超声波在发射仪与反射物之间来回运动的时间是相等的,为什么?因为路程与速度均相同;为什么传播速度相同?因为传播的介质相同。这些问题看起来简单,但确实有利于学生的思辨能力的形成和思维深刻性的培养。

第三,提高识图用图能力。物理图象能形象表征复杂的物理过程或物理规律,图象法是一种重要的物理科学思维方法。本题中,一方面要求考生画出两次信号传播的s–t图象,用图象描述信号传播过程;另一方面,考生可以通过画图,如图3、图4和图5,将物理过程可视化,有效降低思维难度,有利于复杂问题的解决。在平时的教学当中,要重视物理图象的教学,多让学生运用物理图象表述物理过程或物理规律,如用方直图表示两个数量的关系、用图象表示晶体的熔化(凝固)过程、用I–U图象表示导体的电流与电压的关系等,让学生理解图象的物理含义,提高学生的识图、用图能力。

第四,培养实践创新能力。创新实践能力是物理核心素养的重要方面。测速是测距的创新应用,重点考查学生运用基础物理知识、规律以及熟悉的物理模型,创造性地解决实际问题。在平时的教学中,要加强与生活、生产实际、新科技的联系,让学生多经历实际问题的解决过程,如加油机如何实现空中加油、电冰箱如何制冷、人面识别技术如何进行人面识别等等,以培养和发展学生的实践创新的能力。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018:45.

[2]李冬裕.一类含“时”的初中物理运动学问题例析[J].物理教学,2021(4).

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