(廣東省深圳市龍華高級中學,廣東 深圳 518109)
學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn),是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理觀念是物理學家經(jīng)歷長期的理論和實驗研究,概括總結(jié)出的對物理世界的根本認識。愛因斯坦指出:“在建立一個物理學理論時,基本觀念起了最主要的作用。物理書上充滿了復雜的數(shù)學公式,但是所有的物理學理論都是起源于思維與觀念,而不是公式?!庇纱丝梢姡锢碛^念在物理學形成和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華,是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎。高中物理課標關于物理觀念劃分了5個學業(yè)質(zhì)量水平,水平4是用于高考的命題依據(jù),即:具有清晰的物理觀念,能從物理學的視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象,能綜合應用物理知識解決實際問題,能指導工作和生活實踐。
生活即物理,物理的考查應加強物理與實際生活的聯(lián)系,以現(xiàn)代生活實例和現(xiàn)代科技應用為立意的應用型問題已成為物理命題的趨勢,理論聯(lián)系實際成為高考改革的一個永恒主題。近幾年來,高考在注重考查基礎知識的同時,加大了應用型和能力型題目的考查,每年都有一些背景新穎、內(nèi)涵深刻、聯(lián)系科技和社會熱點的試題出現(xiàn),成為高考試題的一大亮點。以熱學部分為例,因為熱學現(xiàn)象與人們的生產(chǎn)和生活密切聯(lián)系,高考命題的熱點為分子動理論、熱力學定律、氣體定律等。
高考命題“源于教材,高于教材”,教材就是高考題目的“源”。教材中的插圖看似普通,實際上具有很好的導向作用,近幾年的高考題中經(jīng)常出現(xiàn)利用教材上的原圖或演示實驗,通過改變教材里的表達形式來進行考查。
高考備考最佳的辦法就是讀透物理教材,在高考命題組的總結(jié)中常提及某一試題源于教材,或稍加改造,或做拼合,或稍做提高,如圖1中的裝置圖,考點的切入可以是熱力學第一定律,可以是氣體狀態(tài)參量之間的關系,由于這是傳統(tǒng)的老圖,筆者不作展開,下面著意以新的視角開發(fā)命題資源。
圖1
如初中物理教材的金屬盒氣壓計(如圖2),可作為熱學考查的切入點。彈性金屬做成的膜片空盒作為金屬空盒氣壓計的感應元件,利用彈性應力與大氣壓力相平衡的原理,以它的形變測定氣壓。以密封在金屬膜片空盒內(nèi)的氣體為對象,便有很多命題切入點。
圖2
作為高考備考者,關注物理教材已不足以應對當今高考,學科的綜合常被作為試題設計的亮點加以凸顯,我們必須順應潮流,把目光放遠些,關注化學等學科。
如氨氣溶水的噴泉實驗(如圖3),當向燒瓶中加入少許水后,立即形成美麗的紅色噴泉,形成噴泉的最關鍵條件是改變瓶內(nèi)氣壓。如裝置中少了膠頭滴管,你又如何使它產(chǎn)生噴泉?可打開夾子,用手或熱毛巾等將燒瓶捂熱,氨氣受熱膨脹,趕出玻璃管內(nèi)空氣后就會形成噴泉;或在燒瓶外壁用冷卻劑冷卻一段時間再打開夾子……看似是化學問題,其中的氣體知識可謂是非常豐富,如影響氣體壓強的因素等。
圖3
圖4
有些高考命題專家比較熟悉大學物理,大學物理教材中某些實驗也可變成高考命題的素材,如《普通物理學》第一冊中測量空氣比熱容的裝置(如圖4),其過程比較復雜,但實驗的某一過程利用高中物理知識完全可以理解,如“迅速關閉活塞2,由于此過程進行得迅速,可以認為是絕熱的,此時瓶內(nèi)溫度會有所下降。當貯氣瓶內(nèi)空氣的溫度上升至T0(室溫)時記下貯氣瓶內(nèi)氣體的壓強P2”。這一過程的切入點就很多,可設計熱學考題。
根據(jù)前面的分析,我們知道,高考命題的落腳點有時恰恰是我們身邊的生活用品或現(xiàn)象,因此高考備考要聯(lián)系生活實際,關注社會熱點;注意觀察生活現(xiàn)象,有意識地積累生活、生產(chǎn)中與物理有關的素材,不斷提高分析物理現(xiàn)象和應用物理知識解決實際問題的能力;對于生活中我們熟知的一些現(xiàn)象和器具要注意觀察,弄清它們所蘊含的物理原理。
關注生活,首先關注自己的身體,如自己的呼吸。如圖5所示,吸氣時膈肌做擴張運動,擴大胸腔體積,肺舒張,體積變大,氣壓變小,小于外界大氣壓,空氣在大氣壓的作用下被壓入肺里,即為吸氣;呼氣時,肺收縮,體積變小,氣壓變大,大于外界大氣壓,空氣在肺中氣壓的作用下被壓出。胸腔內(nèi)體積的變化,正是造成氣壓變化的原因,這一生理過程中隱含的物理知識是顯而易見的。如果命題者適當挖掘,也能通過生理活動考查氣體的有關知識。
圖5
氣式減震器是20世紀60年代以來發(fā)展起來的一種新型減震器,它已廣泛應用在山地自行車及汽車上。氣壓減震器利用密封的氣體代替彈簧作為減震介質(zhì)來實現(xiàn)減震目的,其優(yōu)點是輕且舒適。簡單的氣式減震器采用單缸,高端的采用正負氣壓(如圖6),它利用封氣活塞將工作氣缸分成主氣室和輔氣室,氣室充有高壓氮氣。當車輪上下跳動時,減震器的工作活塞在缸筒內(nèi)做往復運動,使工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生氣壓差,產(chǎn)生較大的阻尼,使振動衰減。如果我們研究主氣室,抽象為一個打氣筒,學生能理解減震的道理,命題的切入點也是豐富的、多樣的。
圖6
客車車門系統(tǒng)如圖7所示,當壓縮氣體進入左邊氣缸,會把活塞向右推,右邊汽缸的封閉氣體被壓縮時壓強會增大,同時通過傳動機構(gòu)將車門打開,但車門只能徐徐地打開;當壓縮氣體進入右邊氣缸時,會把活塞向左推,同時通過傳動機構(gòu)將車門關閉。以左、右兩邊氣缸內(nèi)氣體為研究,可以考查熱學中氣體的有關知識。
圖7
很多玩具的設計運用了物理原理,它是科技改變生活的生動反映。如圖8所示,超級水槍中有兩個貯水箱A和B,兩者通過管道連通。給水槍“裝彈”時,只給容量較大的貯水箱A灌水。水槍準備噴射時,多次拉動水泵把手C,每次將水從大貯水箱推入小貯水箱,就會向上推擠小貯水箱內(nèi)部的空氣。當越來越多的水添加到小貯水箱B時,水就會占據(jù)越來越大的容積。因為貯水箱的空間有限,占據(jù)更多體積的水就會壓縮槍體內(nèi)的空氣,使其壓強遠高于水槍外的空氣壓強。當向后扣拉扳機時,貯水箱B中空氣有足夠大的壓強,水就會以極高的速度噴射。如果我們研究B箱的變化,箱內(nèi)氣體變化對應的物理過程相當明確,命題要是從這里入手也可打造出有品味的試題。
圖8
香檳是慶祝用酒,打開的時候泡沫四散,還有聲響,會增加歡樂氣氛,常出現(xiàn)在汽車拉力賽頒獎、婚禮等各種慶祝場合。如圖9所示,軟木塞有效地封閉酒瓶內(nèi)的氣體,德國學者的實驗表明:用力搖晃一瓶香檳,其中氣體壓強可達0.25MPa,軟木塞噴出的速度能達到40km/h。根據(jù)上述這段材料,就能設計出考查氣體壓強、氣體對外做功的好題目。
圖9
只要我們留心觀察,在我們的周圍總能找到所需的熱學命題情景或模型,除上述案例以外,如高壓鍋、手風琴、氣墊鞋、空氣壓縮機、吹出的肥皂泡等都能作為熱學命題的情景,這樣原創(chuàng)的試題立意新,緊密聯(lián)系生活,可更好地考查學生運用物理知識解釋生活現(xiàn)象的能力,更能激發(fā)學生學習物理的興趣。