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悟理同学和物理老师的物理对话录

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  前言:悟理同学和物理老师是贵州省一所普通高中的高三学生和老师,酷爱物理的悟理同学在学习的过程中,经常向物理老师提出许多有深度的问题,阅读他们的对话录能让你的物理达到新境界。2021年高考结束,在物理考试中深受打击的悟理同学找到物理老师,表达了自己在物理高考中遇到的困惑,在师生的交流中对2021年的高考物理试题进行了探讨。
  关键词:2021年全国甲卷物理 高考 跨学科素养
  中图分类号:G4 文献标识码:A
  谈话录:
  悟理同学:老师,这次高考物理太难了,比2020年的全国三卷难,比我们平时训练还要难。
  物理老师:具体是怎么个难法呢?详细给我讲讲你的体验。
  悟理同学:老师,这套全国甲卷物理试题的数学计算量太大了。从第一个物理选择题(14题)开始,就要利用三角函数二倍角公式进行转换后求极值。按照往年的惯例,全国卷物理第一题绝不会有这样的计算量。除了这道题目,还有15题、18题、20题、21题、22题、23题都需要大量的数学计算,而且这些题的数据非常难算,在争分夺秒的理综科目考试中算不完。
  物理老师:你的体验和我做完今年试题的体验是相同的,这些题目的计算量超过了我们高考复习训练的计算量。除了计算量大这一体验,还有别的感受吗?
  悟理同学:老师,这套甲卷物理试题的题目数量比往年更多,比如实验题23题,一般23题考查5个空格,但是今年的23题需要完成7个空格。24题也是,一般24题只有2个小题,但今年的24题有3个小问。
  物理老师:这一点倒是属于可以接受。毕竟23题第6、7空带有选拔理科人才的性质,属于可以接受的范畴。另外24题第3小问其实就是比较第1、2问的计算結果。
  悟理同学:老师,这套题甲卷物理试题的语言文字阅读量也超过了我们全国卷的文字数量,有一种在考场上读不完题目的感觉。还有,18题、24题、33题(2)的语言表述让人难以理解,给我一种题目条件不充分,或者超过高中知识的感觉。在理解题目上花费了我大量时间。
  物理老师:这里我和你也有相同的体验,但实际上你只要坚信一点,高考试题“不会出错、不会超纲”肯定是可以找到题目的突破口。如果找不到的话,肯定是对题目的理解上有不充分的地方。比如,18题,此题考查的其实是利用开普勒第三定律求“天问一号”的停泊轨道的椭圆轨道长轴大小,用椭圆轨道长轴减去火星直径和最近距离即可,但很快会发现火星表面附近圆轨道运行的周期是未知的,粗看容易误以为题目无解。这是此题的另一难点,这里可以用“火星第一宇宙速度”求解,而求解“火星第一宇宙速度”又要用到“黄金代换”公式进行转换。此题对同学们的逻辑推理能力的要求非常高。理解了题目考查的知识点后,剩下的数学计算的问题可以采用近似估算的形式解决。
  悟理同学:原来是这样,我做到18题的时候看到题目数值就感受到了挑战。读完题目有点眉目,应该是要用到开普勒第三定律,随后发现火星表面附近轨道的运行周期未知,还以为题目出错,但又没有等到勘误的通知。继续思考后,发现有所遗漏,等到算出结果的时候时间已经过去7-8分钟,严重超过了正常的选择题用时。那24题该怎么理解这个题目呢?我拿到这个题目的时候是懵的,完全找不到思路。
  物理老师:这道题目设计的情景非常新颖,考查了同学们的阅读理解能力、分析物理问题能力。同学们在看到50个减速带的时候很容易把此题当做数学中求多项式通项公式的题目。但仔细阅读题目会注意到“已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现,小车通过第30个减速带后,在相邻减速带间的平均速度均相同”。这里也是考查同学们的逻辑推理能力。为什么会出现这样的情况?其实我们注意到在30个减速带之后,小车每经过两个减速带之间有完全相同的位移和加速度。要产生平均速度相同的结果的话,自然是离开每一个减速带和到达每一个减速带的速度应当相同。这样的话就表明小车在经过第30个减速带之后,每两个减速带间合外力对小车所做正功恰好和经过减速带使得小车损失的机械能相等。得到了这样的结论的话第1问就能求解。第2问的分析中,应当注意到小车经过第30个减速带,实际上沿斜面下滑的距离除了初始距离L,还有29个减速带间的距离d;另外,小车离开第30个、第50个减速带有完全相同的速度。这样利用动能定理就能求解经过前30个减速带过程中损失的总机械能,平均损失的机械能自然也能很容易解出。
  悟理同学:都说物理问题来源于生活实践,那现实中真的会有这样的连续减速带吗?
  物理老师:物理问题来源于生活,但是还有抽象加工的过程,这样设计并没有多大问题。只是题目条件在表述的过程中和常规考题有所深刻,这也是高考题的一大特点。
  悟理同学:老师,这套物理试题的数学计算量远远超过我们之前的训练量,这样真的合理吗?
  物理老师:怎么说呢,这其实是即将开始的新高考的一大趋势。只不过在这一次高考来得比较突然。新高考非常注重跨学科素养,在丁云姝[1]老师和缪亚军[2]老师的论文中都提到“高中物理学科教学过程中,其内容和方式能够与数学、化学等学科发生较为紧密的联系,从而形成众多的交叉点,这与如今学科综合化的大环境相一致的,特别是可以据此给实际的高中物理教学奠定跨学科研究的基础。对于该问题,相关研究者给出了各自的解释,其中普遍的看法是跨学科教学基于某个基准学科,以之为中心,对其中的内容以不同学科知识给予交叉阐释。通常来讲,跨学科教学具有下述几方面的突出价值。首先,它破除了原本存在的学科壁垒,使不同学科的知识及理论共同作用于中心学科的教育与研究工作; 其次,跨学科教学可以帮助师生构建形成交叉学科环境; 第三,,跨学科教学可以利用不同学科的资源融合手段,有效地处理学生与教学目标距离遥远的问题,在问题探究进程中发展学生的综合素养。”而物理和数学作为传统的跨学科组合,自然是在这一次新高考来临前提前尝试并不意外。这样尝试的方向是合理的,但这样的突然陡增的难度不合理。

gzslib202207052241

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