物理高考改革(华东师大胡炳元).ppt

物理高考改革的理念与实践 华东师范大学物理系胡炳元byhu 一 教育改革对考试提出了新的要求 国家基础教育课程改革工程 面向21世纪教育振兴行动计划 中 跨世纪素质教育工程 项目的主要目标是建立一个适应21世纪需求的 充分体现基础教育性质和素质教育精神 促进每个学生全面发展 让学生真正成为学习主人的基础教育课程新体系 课程评价体系在基础教育中起着导向和质量监控的重要作用 建立体现素质教育思想的基础教育课程评价体系是实施跨世纪素质教育工程的重要组成部分和有力保障 因此应构建目标多元化 评价主体和评价手段多样化 既关注结果也关注过程的新型评价体系 包括促进学生全面发展的评价体系 促进教师不断提高的评价体系 促进课程不断更新的评价体系 改革考试评价和招生选拔制度 探索科学的评价办法 发现和发展学生的潜能 帮助学生树立自信心 促进学生积极主动地发展 要按照有助于高等学校选拔人才 有助于中学实施素质教育 有助于扩大高等学校办学自主权的原则 加强对学生能力和素质的考查 推进高等学校招生考试和选拔制度改革 国务院关于基础教育改革与发展的决定中指出 实施素质教育 促进学生德智体美等全面发展 应当体现时代要求 具有初步的创新精神 实践能力 科学和人文素养以及环境意识 在新标准的理念里 明确提出对课程评价的要求 更新评价观念 促进学生发展 新一轮的课程改革 要求高等院校招生考试制度改革 应与基础教育课程改革相衔接 要按照有助于高等学校选拔人才 有助于中学实施素质教育 有助于扩大高等学校办学自主权的原则 加强对学生能力和素质的考查 除了注重对学生知识的技能的掌握的评价外 还要注重对过程 方法与能力的评价 注重对情感 态度与价值观的评价 在对知识的评价方面 题目的编制不能脱离实际 应注重考查应用性较强的知识 要着重评价学生学习基本概念 基本规律的情况 在对过程 方法和能力的评价方面 应注重评价学生学习活动时的过程 注重学生在实践能力 信息能力和交流能力 思维能力 提出问题能力和分析解决问题的能力 在对情感 态度与价值观的评价方面 应注重学生对于科学 技术与社会问题的态度 即关注程度 近年来高考上海物理卷充分体现了基础教育改革与发展的精神和全新的评价理念 大量采用了基础知识与科学技术相结合 物理模型与生活实验相结合 问题解决过程与科学方法相结合 科学知识与人文精神相统一的命题思路 是一份有利于中学脚踏实地的实施素质教育 充满创新意识 富有时代气息的试卷 新课程改革的目标指出 课改的目的是转变学生学习的方式 实现双基的学习 体验物理过程和方法 将情感 态度和价值观的意念溶于其中 教育考试的内容不能够仅有知识或经验的结论 必须有 方法 程序 思路 步骤 观察 猜想 提问 评价 等内容 教学与考评是一个相互促进 相互制约的对立统一的矛盾的双方 教学的发展必然带来考试的变化 考试的变化也必将要促进教学的发展 教育理念的改变 无疑会带来考试理念的变化 考试理念变化又反过来对教育过程和教育手段提出新要求 这样一个交替促进的过程并不是一帆风顺的 是一个需要不断实践 不断加以调整的过程 围绕这一理念的变化 近年来的物理高考试卷从题型到考核方法与考核内容都作了相应的调整 二 近年来的命题实践与思考 一 高考物理上海卷近年来的改革概况物理试题力图创新 包括从内容到新的题型 对物理学科考查的能力范围作了进一步的界定 主要考查以下四种能力 观察 实验能力指对学生实验的实验原理的理解 实验仪器的选用 实验步骤的了解 根据测得的实验数据得出结果的能力 能按课程标准所规定的教学要求 完成物理实验 可根据要求应用已学过的实验方法自行设计简单实验的能力 对重要演示实验和物理现象的观察和分析能力 理解 判断能力指正确理解基本物理概念 定义 基本物理规律 它们的文字和数学表达形式 物理意义和成立的条件等 能根据已知条件 运用逻辑推理做出正确判断 从而得出正确结论的能力 分析综合能力指弄清问题的物理状态 物理过程 找出其中主要因数 主要环节 能把一个复杂问题分解为若干简单问题 找出它们的联系 并综合运用所学知识加以解决的能力 获取 处理信息的能力指能阅读 理解简单的新知识和科技常识 并以此为依据 作简单的判断 推理 概括和表达 能结合所学过的知识和方法解决简单的实际问题的能力 二 素质教育与高考命题中的几个问题与矛盾回顾上海物理高考近几年来 在稳定基础上的变化过程 审视国内外教育考试改革的经验与教训 我们认为当前的教育仍有如下的问题和矛盾 1 精英教育与大众教育的目标在基础教育中的体现不可否认21世纪的国力竞争乃人才的竞争 而人才的竞争乃教育的竞争 教育要为21世纪的国家输送精英人才 一流人才和拔尖人才 这是教育不可推卸的责任 然而 历史经验也告诉我们 全民素质的提高 整体科学素养的健全 文化修养水平的提高 乃优秀人才脱颍而出的基础 是先进科技 高新技术迅速转化为生产力的先决条件 那么 在基础教育中究竟应当体现何种培养目标呢 是强调精英教育忽视大多数人的发展 还是强调大众教育听任精英的自然成长 这个问题长期以来一直使我们感到很困惑 反映在教育目标与培养方案上 长期以来中学物理教学一直以完整的物理知识体系为框架 以知识的教学与灌输为主 而忽略了对学生能力的培养 2 题海 与高考试题的攀难问题为应付高考选拔以及由于命题的局限性 导致 题海 与高考的攀难问题长期存在 以致于试题向知识内容狭窄 学科深度过高的方向发展 同时 对以往试题的统计分析 不难看出以往试题中的能力要求往往注意思维能力考查较多 忽视了能力的多样性和各方面能力的相关性 在题海和高考试题选拔要求的攀难中 学生过重的学业负担必然产生 而废除高考显然是不可能的 那么 如何来改变这种现状呢 尤其是当前正在减负的情况下 因此 高考的改革是必须的 包括内容改革和形式的改革 3 学科体系 与 能力 的关系问题目前我国的基础教育体制是以分科教学为主的形式 它客观上强化了 学科体系 为核心的 学科中心 的教育思想 弱化学科教育过程中能力的培养及这种能力在教学过程中的固化和迁移 以致形成 一般能力 的作用 在目前体现 学科体系 的教材中 一般只强调了科学结论以及解释这一结论的科学理论 而人们是如何获得科学结论 形成科学理论过程中的一系列方法 思想 观点 立场 视角等重要信息没能充分表达 在学科教学中 是重视一般能力的培养 还是更重视 学科体系 呢 是授之以鱼 还是授之以渔呢 首先是对试卷的结构作了适当的调整 1 将单选与多选题合并混合编排 分数减少为40分 2 增加了二道计算题 使计算题的分值由36分左右增加到60分 改动的目的 是为了降低客观题在整张试卷中所占的比例 提高主观题在试卷中的比值 减少猜测的成分 引导学生关注知识的主体 给学生提供发挥与创新的余地 有利于考查学生的知识与能力 三 高考改革的实施 其次 进一步拓展了试题的题型 这几年推出的题型有 1 信息题 注重考查学生的阅读理解和获取信息与处理信息的能力 2 提问题题 由指定内容提出一个与此有关的物理问题 主要考查学生的观察想象能力 归纳分析能力和提出问题能力 3 2001年推出了辨析题 要求学生分辨真伪 达到反思评价的目的 4 2002年推出建构题 考查学生抽象思维能力及构建知识体系的能力 此外保持历年物理高考中运用的设计实验题 综合题 推演题和联系实际的情境题等 高考物理 上海卷 于2002年基本按预期规划实现了从知识立意向能力立意转变的高考内容改革目标 并在此基础上研究进一步完善和推进的方案 在评价内容和评价方法方面 这几年的物理试卷有了较大的创新 既体现了素质教育的要求 又不脱离当前中学物理教育的实际 既有利于高校选拔优秀学生 又有利于对中学教育的导向 总的说来试题有一定新意 充分体现了基础教育改革与发展的精神和全新的评价理念 较多采用了基础知识与科学技术相结合 物理模型与生活实际相结合 问题解决过程与科学方法相结合 科学知识与人文精神相统一的考核思路 在一定程度上冲破了长久以来一直困扰和扭曲中学生思维发展的题海战术的束缚 而代之以充满创新意识并富有时代气息 有利于中学脚踏实地地实施素质教育 测试项目信息量对照图 四 物理高考改革的特点与回顾 一 注重过程 方法与能力的评价 在对过程 方法和能力的评价方面 应注重评价学生学习活动时的过程 注重学生在实践能力 信息能力和交流能力 思维能力 提出问题能力和分析解决问题的能力 在1999年修订版的高中物理教学大纲中 已提出要在我国高中物理课程中全面培养学生综合运用所学知识的能力 收集和处理信息的能力 分析和解决问题的能力 语言表达能力以及团结协作的能力 5 半径分别为r和2r的两个质量不计的圆盘 共轴固定连结在一起 可以绕水平轴O无摩擦转动 大圆盘的边缘上固定有一个质量为m的质点 小圆盘上绕有细绳 开始时圆盘静止 质点处在水平轴O的正下方位置 现以水平恒力F拉细绳 使两圆盘转动 若恒力F mg 两圆盘转过的角度 时 质点m的速度最大 若圆盘转过的最大角度 3 则此时恒力F 本题主要考核力矩平衡的知识点 但与以往的力矩平衡不同的是 本题是从力矩动平衡的角度考核 同时要兼顾能量问题才能完整解题 7 卢瑟福通过对a粒子散射实验结果的分析 提出 A 原子的核式结构模型 B 原子核内有中子存在 C 电子是原子的组成部分 D 原子核是由质子和中子组成的 18 7分 有一测量微小时间差的装置 是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成 两个单摆摆动平面前后相互平行 1 现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50 0S和49 0S 则两单摆的周期差 T s 2 某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差 具体操作如下 把两摆球向右拉至相同的摆角处 先释放长摆摆球 接着再释放短摆摆球 测得短摆经过若干次全振动后 两摆恰好第一次同时同方向通过某位置 由此可得出释放两摆的微小时间差 若测得释放两摆的时间差 t 0 165s 则在短摆释放 s 填时间 后 两摆恰好第一次同时向 填方向 通过 填位置 3 为了能更准确地测量微小的时间差 你认为此装置还可做的改进是 本题题型较新型 实际上本题提供了一种类似于游标卡尺放大原理的测量方法 也就是通过两个摆长略有差异的单摆 来测量一个微小的时间差 t 一般情况下由于 t很小 不易被精确测定 现在利用本题所示的双摆将 t放大 t与单摆摆动若干个周期后达到同步时所经历的时间有关 由此可求得 t值 第三小题是开放题 目的是考核学生对本题所提供的实验原理是否理解 能力要求较高 为了能更准确地测量微小时间差 应该在保证摆长不过分短的条件下 尽量减小两摆的摆长差 即尽量减小两摆的周期差 这样就能使所测量的微小时间差 t在两摆经过足够多次的完整周期运动后 它们的运动状态才相同 这种情况与拍的原理是一致的 02年高考物理试题对教学的反拨作用 1 磁场具有能量 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度 其值为B2 2 式中B是磁感强度 是磁导率 在空气中 为一已知常数 为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感强度B 一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P 再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离 l 并测出拉力F 如图所示 因为F所作的功等于间隙中磁场的能量 所以由此可得磁感强度B与F A之间的关系为B 2 F A 1 2 N F P l 02年高考物理试题对教学的反拨作用 已知某一区域的地下埋有一根与地表面平行的直线电缆 电缆中通有变化的电流 在其周围有变化的磁场 因此可以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来探测电缆的确切位置 走向和深度 当线圈平面平行地面测量时 在地面上a c两处测得试探线圈中的电动势为零 b d两处线圈中的电动势不为零 当线圈平面与地面成45 夹角时 在b d两处测得试探线圈中的电动势为零 经过测量发现 a b c d恰好位于边长为1米的正方形的四个顶角上 如图所示 据此可以判定地下电缆在ac两点连线的正下方 离地表面的深度为0 71米 a d c b 地面 试探线圈 第13题的题目生动有趣 要求同学把声学 运动学等方面的知识串起来应用 在真正读懂题目后就发现很容易 此题即注重了收集和处理信息的能力 综合运用所学知识解决实际问题的能力的考查 在考试的同时也向学生介绍某些仪器的实际应用 04年试题评析 3 推理题 在光滑水平面上的O点系一长为l的绝缘细线 线的另一端系一质量为m 带电量为q的小球 当沿细线方向加上场强为E的匀强电场后 小球处于平衡状态 现给小球一垂直于细线的初速度v0 使小球在水平面上开始运动 若v0很小 则小球第一次回到平衡位置所需时间为 强调了运用类比的方法 等效替代的方法来解决一些具体的实际问题的重要性 17 7分 利用打点计时器研究一个约1 4m高的商店卷帘窗的运 将纸带粘在卷帘底部 纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动 打印后的纸带如图所示 数据如表格所示 纸带中AB BC CD 每两点之间的时间间隔为0 10s 根据各间距的长度 可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平均 可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度v 1 请根据所提供的纸带和数据 绘出卷帘窗运动的v t图线 2 AD段的加速度为m s2 AK段的平均速度为 m s 第17题是应用打点计时器解决实际问题的题目 生活中的物理情景 很新鲜 不是只在书本上完成打点计时器实验 因此 能否将物理学的方法灵活应用于生活是关键 同时也考查学生处理信息 运用信息联系实际的能力 18 7分 某学生为了测量一物体的质量 找到一个力电转换器 该转换器的输出电压正比于受压面的压力 比例系数为k 如图所示 测量时先调节输入端的电压 使转换器空载时的输出电压为0 而后在其受压面上放一物体 即可测得与物体的质量成正比的输出电压 现有下列器材 力电转换器 质量为m0的砝码 电压表 滑动变阻器 干电池各一个 电键及导线若干 待测物体 可置于力电转换器的受压面上 请完成对该物体质量的测量 1 设计一个电路 要求力电转换器的输入电压可调 并且使电压的调节范围尽可能大 在方框中画出完整的测量电路图 2 简要说明测量步骤 求出比例系数k 并测出待测物体的质量m 3 请设想实验中可能会出现的一个问题 高考物理试题高失分题回顾 如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置的示意图 A为光源 B为光电接收器 A B均固定在车身上 C为小车的车轮 D为与C同轴相连的齿轮 车轮转动时 A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号 被B接收并转换成电信号 由电子电路记录和显示 若实验显示单位时间内的脉冲数为n 累计脉冲数为N 则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是车轮半径R 齿轮的齿数p 小车速度的表达式为v 2 Rn p 行程的表达式为s 2 RN p 19 1 分 1 1791年 米被定义为 在经过巴黎的子午线上 取从赤道到北极长度的一千万分之一 请由此估算地球的半径R 答案保留二位有效数字 太阳与地球的距离为1 5 1011m 太阳光以平行光束入射到地面 地球表面2 3的面积被水面所覆盖 太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1 87 1024J 设水面对太阳辐射的平均反射率为7 而且将吸收到的35 能量重新辐射出去 太阳辐射可将水面的水蒸发 设在常温 常压下蒸发1kg水需要2 2 106J的能量 而后凝结成雨滴降落到地面 a 估算整个地球表面的年平均降雨量 以毫米表示 球面积为4 R2 b 太阳辐射到地球的能量中只有约50 到达地面 W只是其中的一部分 太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面 这是为什么 请说明二个理由 19题稍稍综合了地理方面的知识 从新定义一个概念要求同学具有摆脱已形成观念 再次理解新概念的能力 颇有新意 在给出的6个数据中 只有4个用于计算 要求同学具有从一堆信息中选取对自己有用信息的能力 考查学生综合运用所学知识的能力 收集和处理信息的能力 分析和解决实际问题的能力 20题是全新的题型 考查学生对问题解决过程的分析 在高考试卷中还是首次 全新的题目样式是对学生分析问题过程的评价是一次创新和探索 是评价理念上的一次突破 也新一轮的课程改革的目标具体体现 一航天探测器完成对月球的探测任务后 在离开月球的过程中 由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行 先加速运动 再匀速运动 探测器通过喷气而获得推动力 以下关于喷气方向的描述中正确的是 A 探测器加速运动时 沿直线向后喷气 B 探测器加速运动时 竖直向下喷气 C 探测器匀速运动时 竖直向下喷气 D 探测器匀速运动时 不需要喷气 C 高考物理试题高失分题回顾 试题评析 4 观察题 如图所示 A是长直密绕通电螺线管 小线圈B与电流表连接 并沿A的轴线Ox从O点自左向右匀速穿过螺线管A 能正确反映通过电流表中电流I随x变化规律的是 观察 比较与判断通过率 0 70区分度 0 43 试题评析 6 图解题 右图中图线 表示某电池组的输出电压 电流关系 图线 表示其输出功率 电流关系 该电池组的内阻为 当电池组的输出功率为120W时 电池组的输出电压是V 读图 理解图 分析数据与图象之间关系的能力通过率 0 69区分度 0 51 18 7分 科学探究活动通常包括以下环节 提出问题 作出假设 制定计划 搜集证据 评估交流等 一组同学研究 运动物体所受空气阻力与运动速度关系 的探究过程如下 A 有同学认为 运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关 B 他们计划利用一些 小纸杯 作为研究对象 用超声测距仪等仪器测量 小纸杯 在空中直线下落时的下落距离 速度随时间变化的规律 以验证假设 C 在相同的实验条件下 同学们首先测量了单只 小纸杯 在空中下落过程中不同时刻的下落距离 将数据填入下表中 图 a 是对应的位移 时间图线 然后将不同数量的 小纸杯 叠放在一起从空中下落 分别测出它们的速度 时间图线 如图 b 中图线1 2 3 4 5所示 D 同学们对实验数据进行分析 归纳后 证实了他们的假设 回答下列提问 1 与上述过程中A C步骤相应的科学探究环节分别是 2 图 a 中的AB段反映了运动物体在做 运动 表中X处的值为 3 图 b 中各条图线具有共同特点 小纸杯 在下落的开始阶段做 运动 最后 小纸杯 做 运动 4 比较图 b 中的图线1和5 指出在1 0 1 5s时间段内 速度随时间变化关系的差异 二 实际应用问题增多 物理学是实践性很强的科学 试题的物理情境应该尽量结合实际问题 人们学习物理应满足生活和实际的需要 学习物理主要学习能将实际问题转化物理问题 建立相应的物理模型 再用物理学方法和过程去进一步分析解决问题 其中关键就是就有建立物理模型 也就是将一些实际的对象和过程根据研究问题的需要 进行理想化的抽样 建立相关的物理模型 进而解决实际问题 例如 第6 8 13 17 18 19题等都是取自应用物理知识和方法解决生活中的实际问题的 第6题是一种延时开关电路的判断 独具匠心 即考查电磁感应的知识应用于实际问题 又不落俗套 6 如图所示是一种延时开关 当S1闭合时 电磁铁F将衔铁D吸下 C线路接通 当S1断开时 由于电磁感应作用 D将延迟一段时间才被释放 则 A 由于A线圈的电磁感应作用 才产生延时释放D的作用 B 由于B线圈的电磁感应作用 才产生延时释放D的作用 C 如果断开B线圈的电键S2 无延时作用 D 如果断开B线圈的电键S2 延时将变长 第8题是对升降机问题的具体分析 随类似于小球从高处坠于弹簧 但选用情景是实际问题 面貌焕然一新 考查学生分析问题的同时 也考查了学生迁移运用知识解决实际问题的能力 8 一升降机在箱底装有若干个弹簧 设在某次事故中 升降机吊索在空中断裂 忽略摩擦力 则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中 A 升降机的速度不断减小 B 升降机的加速度不断变大 C 先是弹力做的负功小于重力做的正功 然后是弹力做的负功大于重力做的正功 D 到最低点时 升降机加速度的值一定大于重力加速度的值 8 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图1所示 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图2所示 干涉条纹有如下特点 1 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 现若在图1装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 A 变疏 B 变密 C 不变 D 消失 02年高考物理试题对教学的反拨作用 如图所示 一自行车上连接踏脚板的连杆长R1 由踏脚板带动半径为r1的大齿盘 通过链条与半径为r2的后轮齿盘连接 带动半径为R2的后轮转动 1 设自行车在水平路面上匀速行进时 受到的平均阻力为f 人蹬踏脚板的平均作用力为F 链条中的张力为T 地面对后轮的静摩擦力为fs 通过观察 写出传动系统中有几个转动轴 分别写出对应的力矩平衡表达式 2 设R1 20厘米 R2 33厘米 踏脚大齿盘与后轮齿盘的齿数分别为48和24 计算人蹬踏脚板的平均作用力与平均阻力之比 3 自行车传动系统可简化为一个等效杠杆 以R1为一力臂 在右框中画出这一杠杆示意图 标出支点 力臂尺寸和作用力方向 02年高考物理试题高失分题回顾 如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图 一边长为L 截面为正方形的塑料管道水平放置 其右端面上有一截面积为A的小喷口 喷口离地的高度为h 管道中有一绝缘活塞 在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a b 其中棒b的两端与一电压表相连 整个装置放在竖直向上的匀强磁场中 当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时 活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出 液体落地点离喷口的水平距离为s 若液体的密度为 不计所有阻力 求 1 活塞移动的速度 2 该装置的功率 3 磁感强度B的大小 4 若在实际使用中发现电压表的读数变小 试分析其可能的原因 例4 2003年第23题 为研究静电除尘 有人设计了一个盒状容器 容器侧面是绝缘的透明有机玻璃 它的上下底面是面积A 0 04m2的金属板 间距L 0 05m 当连接到U 2500V的高压电源正负两极时 能在两金属板间产生一个匀强电场 如图所示 现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内 每立方米有烟尘颗粒1013个 假设这些颗粒都处于静止状态 每个颗粒带电量为q 1 0 10 17C