例說高中物理校本作業的情境化

程凌

摘? ?要：縱觀近幾年高考物理試題，情境化試題頻繁出現，在日常的教學中經常有學生會提到他們在碰到有些題目長的情境試題時就會發怵，所以在校本作業中有必要設置情境化試題，提高學生解決這類試題的能力。本文圍繞三類物理情境，以一些試題為例來談談情境試題的出題意圖以及如何建模和解題。

關鍵詞：校本作業;物理情境;物理模型;高考

《2017版高中物理課標》中提出，學業質量水平的測量需要基于真實情境的物理問題來測量，要注重物理與社會和技術的聯系。用以學科素養為核心的學業質量觀指導教學改革，其中很重要的一點就是由“抽象知識”轉向“具體情境”，注重營造學習情境的真實性，可見物理試題情境化的在試題改革路上具有重大的意義。下面以三類常見的情境化情況為例來分析。

1? 由生產、生活實際創設物理情境

物理與人們的生產、生活密切相關，以學生在日常生活身邊的所見所聞和生活經歷等情境為背景設計物理試題，貫徹了“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。

【例題1】拖把是由拖桿和拖把頭構成的洗地工具（如圖1）。已知拖把頭的質量為m，忽略拖把桿的質量;拖把頭與地面之間的動摩擦因數為μ。小明在教室的水平地板上拖地時，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，給拖把的推力多大？（重力加速度為g）

在摩擦力這節課的校本作業中可以以拖地為情境，設置這樣一道情境題。拖把是所有學生在日常生活中都會看到并且用到的工具，這道試題考查了滑動摩擦力及力的平衡的相關知識點，學生可以根據生活中拖地的經驗結合所學的知識，分析出拖把的受力情況，最后根據拖把勻速運動處于平衡狀態列出相關式子解題。

【例題2】在高速公路上有設置應急車道供消防救援、醫療救護等處理應急事務的車輛使用，在沒有應急車道的縣內道路上，可以通過“45度讓路法”（如圖2）來禮讓救護車、消防車等，創造“生命通道”。某日下班高峰期時，一輛救護車在執行急救任務，從A小區出發，啟動后做勻加速直線運動，經20 s速度達到72 km/h。駛入B路口時由于交通擁堵，救護車被迫勻減速剎車，經過4 s停止。等待5 min后交通暢通，救護車再次啟動，勻加速運動至速度達到72 km/h后以該速度勻速行駛了50 s到達醫院。設救護車全程的運動都是直線運動，加速過程的加速度相同。

（1）求A小區與醫院之間的距離;

（2）若救護車駛入B路口前，道路兩邊的汽車聽到警笛聲后采用“45度讓路法”讓出一條通道，救護車可繼續以72 km/h的速度勻速行駛直通醫院，那么從A小區到醫院需要多長時間？會比沒有讓路的情況節省多少時間？

本題是篇幅較長的一道情境題，從生活中禮讓救護車的常識出發。引導學生畫出救護車運動的物理過程簡圖，把每個過程的運動性質搞清楚，從學過的運動學公式中選取適合的公式求解。通過分析實施“45度讓路法”時救護車節省的時間，學生更能明白生命通道的重要性，同時也讓學生通過一步步分析解題，對題目長的情境題不再害怕，知道抽絲剝繭取得真經。

2? 由科學技術發展創設情境

物理學所含的科學探索活動是激動人心的智力探險活動，為人類文明做出巨大貢獻。源于生活，服務于社會的科技情境題可以引導學生理解物理的重要性，如強國的海陸空發展情境，還有科幻電影情節中的物理學等情境。

【例題3】2020年11月24日，我國首顆地月采樣往返探測器“嫦娥五號”在文昌航天發射場，被長征五號遙五運載火箭順利送入預定軌道。11月28日，經過約112 h的奔月飛行，已順利進入環月軌道，中國即將成為世界第三個從月球采樣的國家。圖3為探測器繞月運行的示意圖，已知環月圓軌道Ⅰ與近月橢圓軌道Ⅱ相切于A點。探測器在近月點B實施近月制動，最后在月面下降成功著陸。則“嫦娥五號”分別在Ⅰ、Ⅱ兩軌道上穩定運行時（? ? ?）

A.經過A點的速度：vⅠ>vⅡ

B.經過A點的加速度：aⅠ>aⅡ

C.周期：TⅠ

D.機械能：EⅠ

本道題結合我國在航天事業上取得的最新成果為情境，考查了萬有引力這一章中變軌的知識點，學生既能體會到可以把所學知識用于祖國的航天事業，又能激發他們的民族自豪感。萬有引力和航天是每年高考的熱點，在萬有引力這一章的校本作業中，可以結合中國近幾年在航天方面取得的成果為情境來設置題目，讓學生在鞏固本章所學知識點并運用解題的同時，又能了解我國航天事業日新月異的發展。

【例題4】宇航員在太空執行任務時，長期處于失重環境，會對他們的健康造成不利的影響，幾十年來，科學家一直在設想能制造一種巨型空間站，產生人造重力。在去年熱播的電影《流浪地球》中，“領航員號”就是一個巨型空間站（如圖4），電腦“慕斯”通過旋轉圓形空間站的方法讓劉培強上校獲得人工重力。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”，空間站轉動的角速度大小為（? ? ）

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

人類還沒有進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這一情境。本題的情境建立在這一科學難題上，是道基礎題，難度不大，但是學生看到題目長就有了畏難的情緒，所以通過這道題讓學生學會從人工重力情境中得到解題的思路，從而建立圓周運動的物理模型，讓學生改掉“題目長=題目難”的錯誤想法，建立解題的自信心。

3? 物理實驗題的情境創設

科學探究是物理學科核心素養中的四維度之一，科學探究活動的靈感來源于生產、生活中，最終又可以服務于我們，與生產、生活的實際情境息息相關，所以要注重培養學生的科學探究這一關鍵能力。實驗探究是高考試題的重要組成部分，而創設實驗情境是實驗探究試題的必然趨勢。筆者曾做過一次有關物理校本作業的問卷調查，調查發現實驗探究題是學生害怕的題型之一，所以在校本作業中設置實驗探究題時，可以增設一些“接地氣”的實驗情境，利用學生日常生活中可以見到的用品作為實驗儀器，提高學生的自主探究能力和解題的積極性。

2017年高考全國卷Ⅰ的實驗題中利用自制的“滴水計量器”模擬打點計時器，通過注射器滴水在紙帶上“打點”，利用得到的紙帶可以探究出小車在桌面上的運動情況（如圖5）。2020年高考山東卷中第13題實驗題利用手機、長木板、墊塊（操作時可用粉筆盒或者木塊）、刻度尺這些容易取材的生活學習用品作為實驗儀器，通過實驗記錄數據并利用-t圖象來解題（如圖6）。在驗證力的平行四邊形定則實驗中，可以采用家用電子秤、細繩、水杯、無痕掛鉤、A4紙等生活用品作為實驗儀器來完成本實驗（如圖7）。在探究平拋運動特點的實驗中，模擬醫院輸液的方式，用一個底部開口的礦泉水瓶、一次性輸液器和透明塑料板作為實驗儀器。在開口的礦泉水瓶里加入適量紅色墨水，打開輸液器，從水平固定的針頭中流出的水流做平拋運動，在塑料板上繪制出水流的軌跡，可探究平拋運動的特點，通過調整輸液器的輸液速度還可以改變初速度，繼續進一步的探究（如圖8）。在測量電源電動勢和內阻的實驗中，可以在學生掌握了測量干電池的電動勢和內阻的方法之后，改用酸性水果來進行實驗，設置一個制作水果電池的實驗。可以選用的水果有檸檬、酸橙子、菠蘿、蘋果等酸性水果，再找來新的硬幣、鍍鋅螺絲釘或者鋁片、發光二極管、黑膠帶等這些生活用品作為實驗儀器，然后用導線連接電路進行實驗（如圖9）。以上所舉的這些實驗，大部分都是采用容易取材的生活用品作為實驗儀器，學生會有親切感也激發了他們探索的欲望。校本作業中增設此類“接地氣”的實驗，學生在動手操作的同時可以再次鞏固原實驗的原理，然后設置一些由此類實驗衍生的習題，讓學生從探究中找出解題思路，培養了學生動手探究的能力和解實驗題的能力。

物理情境試題體現了對學生能力和素質的考查，適應新課程標準中的學業質量與考試評價。試題的情境化是檢查學生運用物理知識解決實際問題能力的一種有效的方法。在校本作業中適當增加情境試題的比例，學生通過日常的訓練，可以提高解答此類試題的能力，學會從篇幅較長的題目中提取出有用的信息，并建立物理模型，分析物理過程，讓學生面對情境試題時由最初的“無從入手”變得“有的放矢”。