中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-6148(2025)4-0048-5
初中學(xué)業(yè)水平考試(以下簡稱“學(xué)考\"是衡量學(xué)生初中階段學(xué)業(yè)水平的重要方式,其試題不僅要面向全體學(xué)生,考查學(xué)生對初中學(xué)科知識的掌握程度,還要關(guān)注與高中學(xué)科知識的銜接,為學(xué)生進(jìn)人高中階段的學(xué)習(xí)做好鋪墊。廣東學(xué)考物理試題經(jīng)過多年的探索創(chuàng)新,較好地實(shí)現(xiàn)了“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的核心功能。
命題引領(lǐng)教學(xué),物理學(xué)科作為自然科學(xué)的基礎(chǔ),物理試題的設(shè)計(jì)應(yīng)引導(dǎo)物理學(xué)科教學(xué),聚焦學(xué)生科學(xué)思維和能力培養(yǎng)。
1 例題分析
1.1 試題內(nèi)容
題目:閱讀短文,回答問題
載人飛艇
2024年3月30日,我國自主研制的“祥云”AS700載人飛艇成功完成首飛。某飛艇如圖1所示,其氣囊體積巨大,采用輕質(zhì)材料制作。飛艇升空靠浮力來實(shí)現(xiàn),水平飛行靠發(fā)動機(jī)提供動力。發(fā)動機(jī)輸出的能量用于做推動功和輔助功:推動功指克服空氣阻力推動飛艇水平飛行做的功;輔助功指發(fā)動機(jī)驅(qū)動飛艇上發(fā)電機(jī)工作所做的功,
輔助功的功率恒定。
當(dāng)飛艇低速 Δv ? 1 2 m / s 水平直線飛行時(shí),其受到的空氣阻力 與速度 v 的關(guān)系如圖2所示。飛艇部分參數(shù)如表1所示。忽略氣囊厚度及氣囊外其他部分受到的浮力。
(1)氣囊采用輕質(zhì)材料制作是為了減小
(2)飛艇的發(fā)電機(jī)利用 的原理發(fā)電。(3)將氣囊充滿氦氣,此時(shí)飛艇受到的浮力為 N,飛艇最多可載 位乘客升空。(每位乘客質(zhì)量m=60kg,P空氣=1.2kg/m3,P氨氣= g = 1 0 N / k g (4)飛艇先后以 3 m / s 和 6 m / s 的速度水平勻速直線飛行相同的時(shí)間,推動功分別為
和
則
(5)飛艇低速水平勻速直線飛行時(shí),若消耗1 0 k g 燃油,可飛行的最大距離為 km。(燃油熱值
1.2 考查知識點(diǎn)
本題作為廣東學(xué)考物理綜合能力題最后一題,與《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》“跨學(xué)科實(shí)踐”一級主題下的“物理學(xué)與社會發(fā)展”二級主題相對應(yīng)。根據(jù)廣東學(xué)考物理試題的特點(diǎn),本題綜合性強(qiáng),考查的知識點(diǎn)多,對學(xué)生能力要求高,承擔(dān)著選拔尖優(yōu)生的功能??疾榈闹R點(diǎn)主要包括:質(zhì)量、密度及其關(guān)系,電磁感應(yīng)現(xiàn)象,重力、浮力,力的平衡,勻速直線運(yùn)動的路程、速度及時(shí)間之間的關(guān)系,功、功率及其關(guān)系,熱值,效率等。
1.3 能力要求
1.3.1 閱讀能力
本題是閱讀題,情境素材是全新的,需要學(xué)生在限定的時(shí)間內(nèi)讀懂題目,包含文字、圖片、表格和圖像等,對學(xué)生的閱讀能力要求較高。
1.3.2 知識加工能力
題中引人了“推動功”和“輔助功”兩個(gè)新的概念,學(xué)生需要用原有對功的認(rèn)識,結(jié)合文本內(nèi)容和功能關(guān)系去理解這兩個(gè)新概念,對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和知識再加工能力要求較高。
1.3.3 綜合分析能力
在讀懂全文的基礎(chǔ)上,要解答第5、6兩個(gè)空,需要學(xué)生有較強(qiáng)的綜合分析能力,比如解答第5空,學(xué)生除了知道相關(guān)物理量的定義外,還要清晰幾個(gè)關(guān)系:阻力與速度的關(guān)系、牽引力與阻力的關(guān)系、路程與速度的關(guān)系等,而第6空對學(xué)生綜合分析能力要求更高。
1.3.4 邏輯推理能力
對初中學(xué)生來講,解答本題第5、6兩個(gè)空,對邏輯推理能力的要求很高。比如第6空,飛艇消耗相同的燃油,為何會出現(xiàn)最大飛行距離之說呢?學(xué)生先得想明白這個(gè)問題。學(xué)生需從“發(fā)動機(jī)輸出的能量用于做推動功和輔助功”去建立能量與功之間的等量關(guān)系,然后以速度為變量去探討。當(dāng)飛艇的速度非常大,則受到的阻力非常大,若飛行相同的距離,則飛行的時(shí)間非常短。根據(jù)推動功和輔助功的定義,可知推動功非常大,輔助功非常小,那么推動功和輔助功之和是很大的,也就是飛行相同的距離,飛艇消耗的燃油是比較多的;反之,當(dāng)飛艇的速度非常小,則受到的阻力非常小,若飛行相同的距離,飛行的時(shí)間非常長,可知推動功非常小,輔助功非常大,那么推動功和輔助功之和是很大的,飛艇消耗的燃油也是比較多的。也就是說,速度非常大和非常小都比較耗油,只有選擇合適的速度才會省油,而這個(gè)合適的速度就是飛艇最省油的飛行速度。
1.3.5 數(shù)學(xué)運(yùn)算能力
第6空的解答過程如下:從飛艇受到的阻力 與速度 v 的關(guān)系圖像,推出
的表達(dá)式
,由于飛艇做勻速運(yùn)動,可知
,假設(shè)飛行的距離為 s ,可推出推動功
;輔助功率
保持不變,故輔助功
;發(fā)動機(jī)輸出的總能量為
為發(fā)動機(jī)效率。根據(jù)文中信息可知W總=W動+W輔,即nq油m油=
,將
(由圖像可求)和
的數(shù)值代人并整理可得
此方程是關(guān)于速度 v 的一元二次方程,假設(shè)方程有解,根據(jù)判別式法可解得路程 s?1 6 . 2 k m ,當(dāng)路程 s = 1 6 . 2k m 時(shí),速度 v=1 0m / s ,符合要求。即飛艇飛行的最大距離為 1 6 . 2 k m 。當(dāng)然,以上解答方法不是唯一的,也可以將速度
用路程 s 和時(shí)間
代換,則等式可變換成路程
隨時(shí)間
變化的二次函數(shù),通過求二次函數(shù)的最值也可以解答。不管是哪種方法,此題的解答不是簡單的數(shù)字演算或解一元一次方程,與學(xué)生平時(shí)解物理題用到的數(shù)學(xué)知識完全不一樣,對學(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力有較高要求。
2 初高中銜接視角下的試題分析
2.1 知識銜接
本題考查的初高中銜接知識包含運(yùn)動學(xué)和功能關(guān)系。運(yùn)動學(xué)和功能關(guān)系為高中力學(xué)板塊的重點(diǎn)內(nèi)容,學(xué)生理解起來比較困難。初中階段對運(yùn)動學(xué)的考查經(jīng)常是已知路程、時(shí)間、速度三個(gè)物理量中的兩個(gè),求另外一個(gè)。但本題最后一空突破常規(guī),需要學(xué)生自己去設(shè)定速度、路程和時(shí)間幾個(gè)物理量,利用勻速直線運(yùn)動模型來解答,體現(xiàn)初高中銜接,為高中進(jìn)一步學(xué)習(xí)復(fù)雜的運(yùn)動奠定基礎(chǔ)。本題對功能關(guān)系的考查主要聚焦在閱讀材料“發(fā)動機(jī)輸出的能量用于做推動功和輔助功”,提示燃油燃燒放出的有效能量等于推動功加輔助功,利用了功能關(guān)系。命題引領(lǐng)初中物理教學(xué),為學(xué)生進(jìn)人高中后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)動能定理、功能關(guān)系打下一定的基礎(chǔ)。
2.2 能力銜接
本題作為壓軸題,是全卷最有分量的一道題目。設(shè)問視角多維,難度逐步提升。特別是最后一空,就好比金字塔上的明珠,對初中學(xué)生的能力要求高,通過能力要求的初高中銜接,讓拔尖學(xué)生在試題中有發(fā)揮的地方。
2.2.1 閱讀能力的考查
本題情境新穎獨(dú)特,信息量大,除了文字、表格,還有圖像。由于在文本中定義了“推動功”“輔助功”以及兩個(gè)功與發(fā)動機(jī)輸出能量的關(guān)系,所需的閱讀能力不是簡單的讀懂文本,而是要在閱讀文本中理解新概念、建立新規(guī)律,很容易讓學(xué)生讀不懂題目,體現(xiàn)了閱讀能力要求的初高中銜接。
2.2.2 圖像能力的考查
利用圖像反映物理量之間的變化關(guān)系在高中物理教學(xué)中很常見,而在初中物理教學(xué)中,教師往往只是停留在對教材中幾個(gè)常見圖像的解釋,并沒有引導(dǎo)學(xué)生理解圖像的本質(zhì)。本題中的圖像為飛艇受到的阻力與飛行速度之間的關(guān)系圖像,學(xué)生比較陌生。要求學(xué)生從圖像獲取有用數(shù)據(jù),難度較大,體現(xiàn)了圖像能力要求的初高中銜接。
2.2.3 運(yùn)算能力的考查
初中物理的力學(xué)問題往往研究對象單一、狀態(tài)少、過程簡單,在列式解答時(shí),常見的解題方法是一個(gè)方程中只有一個(gè)未知量,運(yùn)算比較簡單。而到了高中后,往往是多物體、多狀態(tài)、多過程,解題方法往往需要聯(lián)立多個(gè)方程才能解答,這使得不少學(xué)生升人高中后非常不適應(yīng)物理學(xué)習(xí)。本題最后一空解答方法突破常規(guī),最后呈現(xiàn)的是一個(gè)方程兩個(gè)未知量求最值,對運(yùn)算能力的考查要求高,體現(xiàn)初高中銜接。
2.2.4 綜合能力的考查
本題最后一空所需的知識有:勻速直線運(yùn)動的路程、速度及時(shí)間之間的關(guān)系,阻力與速度的關(guān)系,功、功率及其關(guān)系,熱值、效率、能量與功的關(guān)系等。由于涉及的物理量和物理規(guī)律多,對學(xué)生綜合能力的要求高,與高中“多物體、多過程”有類似之處,體現(xiàn)了綜合能力考查的初高中銜接。
2.3 素養(yǎng)銜接
《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂》關(guān)于核心素養(yǎng)的表述和內(nèi)涵方面完全相同,不同的是能力層次要求,這種一體化的設(shè)計(jì),正是體現(xiàn)了初高中銜接。本題考查的核心素養(yǎng)要素比較多,包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。
2.3.1 物理觀念的考查
本題考查的物理觀念包括物質(zhì)觀(材料、質(zhì)量、密度)運(yùn)動與相互作用觀(速度、力、電與磁)、能量觀(熱值、功、功率、能量),要求學(xué)生知道相關(guān)的概念,能用相關(guān)概念解釋現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。
2.3.2 科學(xué)思維的考查
模型建構(gòu)的考查:高中要求學(xué)生會建構(gòu)模型,而初中僅要求學(xué)生會用學(xué)過的模型分析常見的物理問題。本題要求學(xué)生用勻速直線運(yùn)動模型分析飛艇的運(yùn)動,用力的平衡模型解決浮力綜合問題。
科學(xué)推理的考查:本題要求學(xué)生通過對飛艇進(jìn)行受力分析,從“最多可載多少乘客”可推理出結(jié)論,即利用飛艇處于平衡狀態(tài)解答問題;求飛艇以兩個(gè)不同速度勻速水平飛行時(shí)推動功 和
之比,學(xué)生在通讀全文的基礎(chǔ)上,需推理出飛艇受到的推力和運(yùn)動的路程與速度的關(guān)系;求飛艇消耗相同燃油飛行的最大距離時(shí),需要學(xué)生會推理在不同速度情況下推動功和輔助功以及二者之和的變化情況,從而得知不是速度越大或越小時(shí)飛行的距離最大,而是在某個(gè)特定的速度才會飛行最遠(yuǎn)。
科學(xué)論證的考查:求飛艇低速水平勻速直線飛行時(shí)消耗相同燃油可飛行的最大距離時(shí),學(xué)生只求出最大距離還不行,還得求出此時(shí)的速度,只有此時(shí)的速度在低速飛行的速度范圍內(nèi),求出的最大距離才是有效的,這里要求學(xué)生有科學(xué)論證思維。
2.3.3 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的考查
“祥云”AS700載人飛艇是我國自主研制,提醒學(xué)生科學(xué)技術(shù)對推動國家發(fā)展的重要性;在求解飛艇最多可載多少位乘客升空時(shí),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神和安全意識;求飛艇消耗相同燃油飛行最大距離時(shí),培養(yǎng)學(xué)生利用學(xué)科知識為節(jié)能環(huán)保、碳中和、碳達(dá)峰作出貢獻(xiàn)的意識。
3 初高中物理銜接教學(xué)建議
學(xué)考物理命題引領(lǐng)初中物理教學(xué)。為了使學(xué)生能在學(xué)考中考出理想的成績,同時(shí)幫助學(xué)生搭好“臺階”,使學(xué)生從初中物理學(xué)習(xí)順利過渡到高中物理學(xué)習(xí),基于教學(xué)、教研和命題實(shí)踐探索,提出以下三點(diǎn)可實(shí)施的教學(xué)建議。
3.1 注重知識的建構(gòu)過程
《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》對初中物理知識的要求相對較低,絕大多數(shù)都屬于了解層次,達(dá)到理解層次的只有密度、壓強(qiáng)和歐姆定律。因此,初中物理對思維能力的要求不高,以老師的講解為主,特別是概念課。學(xué)生比較普遍的學(xué)習(xí)方式是:聽老師講,記住結(jié)論,然后做學(xué)案上的問題加以鞏固,較少體驗(yàn)知識的建構(gòu)過程。比如,八年級學(xué)習(xí)利用稱量法測浮力時(shí),老師先做演示實(shí)驗(yàn):利用彈簧測力計(jì)拉著鋁塊緩慢浸人水中后并保持靜止,彈簧測力計(jì)示數(shù)變小了,于是得出結(jié)論:彈簧測力計(jì)示數(shù)的減小值,就是鋁塊受到的浮力大小。接著,再給出公式: 。以上的做法沒有問題,但教學(xué)不能到此結(jié)束,應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象背后、結(jié)論背后的原因,體驗(yàn)知識的建構(gòu)過程。從初高中銜接的視角:以鋁塊為研究對象,對鋁塊進(jìn)行受力分析,鋁塊受重力、拉力和浮力,由于鋁塊處于靜止?fàn)顟B(tài),于是有
,變式可得
。學(xué)生在體驗(yàn)知識建構(gòu)的過程中,既應(yīng)用和鞏固了原有知識,同時(shí)又發(fā)現(xiàn)新知識,培養(yǎng)了學(xué)生的“對象意識”“過程意識\"和“狀態(tài)意識”。學(xué)生的思維能力得到發(fā)展,更利于今后高中物理的學(xué)習(xí)。
3.2 注重跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)
《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》新增“跨學(xué)科實(shí)踐”主題,并作為一級主題。其目的在于發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識的能力,分析和解決問題的綜合能力,動手操作的實(shí)踐能力;培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神。物理課程目標(biāo)聚焦學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展,而教學(xué)中學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)到底如何,跨學(xué)科實(shí)踐既是學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程,也是核心素養(yǎng)培養(yǎng)成效的試金石。人教版新教材八年級上、下冊有“制作隔音房間模型”“探索廚房中的物態(tài)變化”“制作望遠(yuǎn)鏡”“制作簡易活塞式抽水機(jī)”“制作微型密度計(jì)”“制作簡易桿秤\"6個(gè)主題??鐚W(xué)科實(shí)踐教學(xué)不能局限于此,要以物理學(xué)科作為撬動點(diǎn),站在育人的視角,從怎樣培養(yǎng)新時(shí)代全面發(fā)展的人去設(shè)計(jì)教學(xué)。命題引領(lǐng)教學(xué),近兩年廣東學(xué)考綜合能力題3個(gè)小題就是按照“跨學(xué)科實(shí)踐”的3個(gè)二級主題(物理學(xué)與日常生活,物理學(xué)與工程實(shí)踐,物理學(xué)與社會發(fā)展)去命制的,這是從評價(jià)的角度引導(dǎo)教師重視跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)。注重跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué),要充分保障時(shí)間、保障內(nèi)容、保障教學(xué)評,才能真正體現(xiàn)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”,將利用物理課程培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)落地。
3.3 注重?cái)?shù)學(xué)能力的融合
初中物理問題往往涉及的對象、過程、狀態(tài)都比較少,而且對象之間、過程之間、狀態(tài)之間彼此關(guān)聯(lián)不深,因此,在解答時(shí)往往根據(jù)物理規(guī)律設(shè)定一個(gè)未知物理量,列一個(gè)方程即可解答。而在高中,復(fù)雜的物理問題經(jīng)常是涉及多物體、多過程、多狀態(tài),而且彼此之間關(guān)聯(lián)較深,往往需要設(shè)定多個(gè)未知物理量,列多個(gè)方程聯(lián)合才能求解。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),這種變化讓很多初中學(xué)生升人高中后對物理學(xué)習(xí)很不適應(yīng)。2024年廣東學(xué)考物理試題第23題最后一問需要利用數(shù)學(xué)知識求最值,不少優(yōu)秀學(xué)生通過一系列推導(dǎo)得到了表達(dá)式,最后還是對利用表達(dá)式進(jìn)一步求解沒有信心而選擇放棄。實(shí)際上,在數(shù)學(xué)中求最值的方法學(xué)生是比較熟練的,可一旦融合到物理中來,學(xué)生就不會了。因此,在教學(xué)中要注重引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)學(xué)能力融合到物理中來,根據(jù)學(xué)情,選擇合適的情境設(shè)計(jì)問題,將單一方程能解答的問題拓展到“多公式\"聯(lián)立計(jì)算,還可以與二次函數(shù)、圖像等融人,適當(dāng)強(qiáng)化數(shù)形結(jié)合意識。比如,解決有滑動變阻器的電路問題時(shí),通過滑片在不同位置對應(yīng)不同的狀態(tài),可實(shí)現(xiàn)方程聯(lián)立求解,求滑動變阻器最大電功率時(shí),可實(shí)現(xiàn)利用函數(shù)求解。
4 結(jié)束語
本文從初高中銜接視角對2024年廣東學(xué)考物理試題第23題進(jìn)行分析,可以看出,初中物理學(xué)考試題在知識、能力和思維等方面與高中物理存在著一定的聯(lián)系和過渡。在初中物理教學(xué)中,教師應(yīng)充分認(rèn)識到這一點(diǎn)。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)情,將初高中銜接理念滲透進(jìn)日常教學(xué)中,注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和科學(xué)素養(yǎng),為學(xué)生順利進(jìn)人高中階段的物理學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。以人為本,立德樹人,為培養(yǎng)新時(shí)代德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人發(fā)揮物理學(xué)科的價(jià)值。
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(欄目編輯 陳潔)