细微处注重物理思想的切入 应用上渗透STEM教学理念

张成清　陈家礼

2018年全国高考新课标试题（物理部分）的谜底也已经揭开，综观三套新课标卷的物理试题，可谓精彩纷呈，看后让人爽心悦目、回味无穷，从简单的物理原理在生活中的应用到复杂的物理知识在高科技中的体现，从物理概念的简单理解到物理规律在物理事件中的重要应用，使人不得不感叹高考考题独具匠心。与2017年的高考试题相比，物理试题的难度有所降低，没有刻意追求物理思维的深度和数学运算能力的极致，但对考生进行“了解、识记”和“理解”、简单的运算或判断分析、综合分析能力三个层次的能力考查非常突出，同时也注重将物理科学思想作为试题的切入点，在应用上突现科学、技术、工程和数学等理念在试题中的渗透，物理试题呈现出“细微处注重物理科学思想的切入，应用上巧妙渗透STEM教学理念”的命题思想。以下笔者就试题渗透STEM教学理念谈谈几点看法。

一、注重物理科学思想的切入，刻意回避偏题怪题

自全国新课标卷出现以来，普遍印象是物理试题每道题的物理思维要求都非常高，没有简单送分题。但2018年全国高考新课标卷打破这一常规，降低物理思维的深度，对基础知识、基本概念、基本规律及核心思维方法的考查不太在意难度的大小，注重的是物理思想的切入，甚至有意回避偏题怪题，解题过程不需要依靠特殊技巧，只要掌握基本方法，获取正确答案的难度不大。

【例1】（2018年理科综合全国Ⅱ卷第14题）（单选）如图1所示，某同学用绳子拉动木箱，使他从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度，木箱获得的动能一定

A. 小于拉力所做的功

B. 等于拉力所做的功

C. 等于克服摩擦力所做的功

D. 大于克服摩擦力所做的功

分析：本题直接由动能定理切入，只要知道对木箱做功的只有两个力（分别是拉力和摩擦力），其中拉力做正功，摩擦力做负功，就很容易得到正确答案。

解析：由动能定理知，WF-Wf=Ek-0，得到Ek=WF-Wf

反思：第一，本案例物理科学思想的切入非常直接，不会使考生产生其他与本题解答方法无关的想法；第二，本题没有很复杂的背景，对物体做功的判断比较容易，可以说从发现问题（通过读题寻找需要解答的问题）开始，到设计解决问题的方法（利用正确的物理原理），最后很容易联想到利用物理学中动能定理解决问题，获取正确答案，整个解答过程渗透了物理学科思想的注入；第三，试题的干扰项也比较容易排除，几乎不需要物理思维的深度。

【例2】（2018年理科综合全国Ⅲ卷第16题）一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值为u0，周期为T，如图2所示。则Q方：Q正等于

A. 1 ∶ B. ∶ 1 C. 1 ∶ 2 D. 2 ∶ 1

分析：本题直接由交流电的有效值切入，只要利用交流电有效值的定义正确计算出两种电源的有效值大小，就可以得到正确答案。

解析：由交流电源的波形图知，U方=u0，U正=u0，则Q方=T=T，Q正=T=T，Q方 ∶ Q正=2 ∶ 1

选项D正确，ABC错。

反思：第一，物理思想的直接切入在本题中展现无遗；第二，本题中提供的两个交流电源均为最基础最常见的交流电，有可以回避偏题的嫌疑，重要的是考查物理思想。

【例3】（2018年理科综合全国Ⅲ卷第14题）（单选）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核 [27][13] Al，产生了第一个人工放射性元素X：α+ [27][13] Al→n+X。X的原子序数和质量数分别为

A. 15和28 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31

分析：本题直接由核反应过程中遵循的电荷数和质量数守恒切入，只要知道α粒子和中子n的电荷数及质量数，可以确定正确答案。

解析：α粒子是氦的原子核，其电荷数和质量数分别为2和4，中子n的电荷数及质量数分别是0和1，根据核反应过程中两个守恒，可以确定放射性元素X的原子核其电荷数为15，质量数为30，则放射性元素X的原子序数和质量数分别为15和30，选项B正确，ACD错。

反思：第一，虽然本题中没有直接给出α粒子和中子n的电荷数及质量数，给物理知识的应用设置了一些障碍，但α粒子和中子n均为核物理中常见的基本粒子，考生应该能记住这两个粒子的基本特征；第二，在完成核反应方程时，考生最担心的是不清楚某原子系数对应的原子核，本题在该问题的设置上有意回避了该问题，不要求判断元素X的种类，很明显考查注重的仍然是物理思想。

二、不夸大技术在物理学中作用，巧妙将技术问题渗透于试题中

在近几年全国新课标高考试卷的物理试题中，出现不少直接将技术展现在考生面前的试题，例如2017年理科综合Ⅰ卷第18题中的扫描隧道显微镜（STM），2017年理科综合Ⅱ卷第21题中的自制简易电动机，2017年理科综合Ⅲ卷第33题中的测量稀薄气体压强的仪器，2016年理科综合Ⅰ卷第23题中的由热敏电阻控制的报警系统等，这些题是学以致用的好题，能很好的反映技术在物理学中重要性，但试题给出的情景太直接，导致很多考生因没有看懂试题而无从下手。2018年全国新课标高考试卷在这方面有所改变，既强调技术的重要性，又没有夸大技术的作用，而是将技术问题巧妙地渗透在物理试题中，使考生在解答问题时体会到技术的作用之余也感受到物理的味道。

【例4】（2018年理科综合全国Ⅰ卷第14题）（单选）高铁列车在启动阶段可看作初速度为零的匀加速直线运动。在启动阶段，列车的动能

A. 与它所经历的时间成正比 B. 与它的位移成正比

C. 与它的速度成正比 D. 与它的动量成正比

分析：高铁列车在启动阶段可看作初速度为零的匀加速直线运动，運动特征已经确定，可以根据问题的需要直接利用不同的物理规律表达列车的动能，判断答案正确与否。

解析：由v=at，Ek=mv2知，Ek=ma2t2，选项AC错；由F=ma，W=Fx，Ek=W知，Ek=max，选项B正确；由P=mv，Ek=mv2知，Ek=，选项D错。

反思：第一，高铁技术是目前世界上最先进的技术之一，将高铁列车引进高考试题是技术在物理学中应用的很好体现；第二，本题虽然涉及高铁技术，但没有就有关的技术进行探究，而是直接应用物理原理获取正确答案，尽量回避技术问题对解答带来的困惑。

【案例5】（2018年理科综合Ⅰ卷第20题）2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星

A. 质量之积 B. 质量之和

C. 速率之和 D. 各自的自转角速度

分析：在对宇宙的探究中，人类已经能探测到双星的有关运动规律，只要能正确构建双星模型，可以根据有关的物理规律和数学运算得到正确答案。