2019山西省中考物理情境化与模型命题34ppt

情境化与模型
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一、试题
情景化




1.为什么试题要情景化？





2.试题情景化的优势





3.试题情景化现状





4.试题情景化对教学的启示





1.为什么试题要情境化？
情境化试题是指将学科问题融入学生熟悉的情境中，让学生通过提取、理解和分析情境中的相关信息，综合运用所学的知识和技能解决问题。
考试命题遵循情境性原则就是要让考试内容与学生的生活经验、社会体验相结合，与学生社会实践活动相结合，与科学技术相结合，真正考出学生理解和运用所学知识与技能的能力，考出学生的创新精神和实践能力，考出学生的核心素养。
试题情景化是考试命题对核心素养的贡献途径
试题情景化改变了传统的“知识立意”的命题形式，有可能引导和帮助学生实现“价值塑造、能力培养、知识获取”。是目前能找到的落实核心素养的最佳途径。
“好学”比“学好”更重要！“育人”比“育才”更根本！





学好
一种度量
度量过去
一种结果
好学
一种习惯
一种品质
探索未来
一种能力
（好奇、好问、好思）
育才
关注创造力、分析力、领导力
度量：成绩、成就、成功
育人
关注人生观、世界观、价值观
衡量指标：自由、快乐、幸福
2.试题情景化的优势
（1）情景化试题有利于知识的理解和应用迁移
试题情景化推动习题情景化，带动教学情景化，习题情景化有利于深化、活化基础知识和基本技能，教学情景化有利于概念的形成，规律的掌握。




学习迁移理论认为，知识与能力的迁移取决于两种学习所具有的共同要素情境。

教学
学习知识

习题
巩固知识
形成能力

试题
检测能力水平
（2）情景化试题有利于发展学生的思维能力，提升学生的思维品质
传统的知识立意的试题，往往只能考查学生记忆、理解和应用层次的能力，学生通过反复刷题、死记硬背，总能碰上与正式试卷上相类似的考题。这时候学生只要把过去已经训练掌握了的标准答案默写一遍即可考出好的成绩。在考查内容基本保持稳定，并且考生群体在一定程度上存在通过“题海”战术训练备考的情况下，为了使能力考查的目标与实际考查基本一致，也需要在考查知识点时不断创设新的情境，提出新的问题。情境化命题中，情境为知识的运用提供了支撑，知识是作为工具出现的。解决问题情境时，学生要采取很多信息处理行动，需要从认知上、动作上和社会情感上调动学生的若干学习成果，而不是某个规则、公式、法则的简单应用。可见，情境化命题不仅考查了外显的行为、知识与技能，而且考查了潜在的素质，比如个性、态度、价值观等，对培养学生核心素养具有一定的导向作用。
（3）试题情景化有利于体现知识的意义和价值
情景化试题中的情景来源于生活、生产实际，来源于科技前沿，来源于社会热点问题，能体现STSE联系。这样，学生在解决问题过程中，能体会到知识的意义和价值，养成关注科技发展的意识，从而树立知识应用于社会、服务于社会的责任和意识。

文化价值
知识是人类一代一代的探索与积淀，需要继承与发展

个体成长
知识是个体思维发展和能力提升的基础，是个体成长的必要元素。

应用价值
运用知识解决问题，有利于推动经济社会的发展，有利于提高人们的生活质量。
题号 11 12
13 14 15 16 17 18
情景描述 人体脉搏 山西威风锣鼓 端午节，粽子飘香 安全用电 化纤衣服 汝磁铁活动 五台山游学 冰壶比赛
情景价值 了解自己保护自己 传统文化 传统文化 珍爱生命 科技与生活的联系 实践能力 感受自然，环境保护 科技与体育，体验
合作
融合度 好 一般 好 好 好 一般 好 好
3.试题情景化现状（以2018年试题为例）
题号 19 20 31 32 33 34 35 36
情景描述 浮沉实验 油量表 水沸腾实验 伏安法测电阻 测茄子的密度 制作橡皮筋测力计 设计验证“姆巴佩效应”实验 风力发电
情景价值 实践活动 科学与技术 提升科学探究能力 严谨认真，实事求是 实事求是，探究能力 科技活动。实践能力 创新精神，实践能力 科学、技术、社会、环境
融合度 好 好 好 好 好
新 好
新 好
新 好
《流浪地球》是反映中国传统文化的力作，面对灾难，不是自行离开，而是带着地球一起流浪。只有中国人才具有如此高尚的情怀！
科学需要理性，更需要想象！科学离不开真实情景，但不能止步于现实情景！
题号 37 38 39 40 41 42 43
情景描述 水杯实验活动 月地“潮汐锁定” 科学想象《太空漫游记》 插头短路 天安门广场升国旗场景 测量电磁灶的加热效率
情景价值 实践意识 科学与自然， 科学需要理性，也需要想象 辩证看待思维定势 安全用电意识及技能 家国情怀 科技与生活
融合度 好 好
新 好
新 好 好
新 好
4.情景化试题对教学的启示
全卷共23题，22题有情景，只有1个题没有情景，情景化率达到96%。
在22个情景化试题中，情景与问题高度融合的题目占20个，占比91%。（标准：解决问题离不开情景的属于融合度高）
在22个情景化试题中，新情景试题有6个，占比27%。（区分标准：对学生来说，不常练习的题目情景。或者仅依靠模仿和记忆无法完成任务的题目）
结论：从情景化视角看，2018年物理试题是近几年来最好的一份试题。
启示1：问题必须情景化，情景化试题是纸笔测试落实核心素养的切入点。
启示2：新情景试题是提升试题质量的重要指标，但并非新情景越多越好。因为新情景意味着试题难度大大增加，既不符合命题实践，也不符合学生实际。合适比例才能产生最佳效益。
二、模型建构
1.为什么试题要注重“模型建构”？
2.原始物理问题是考查“模型建构”的理想素材
3.模型构建的几种方法
4.模型建构的五级水平
5.当前考查“模型建构”的试题现状
6.考查“模型建构”的第二阶段设想
1.为什么试题要注重“模型建构”？
物理学科的核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。
物理核心素养包含四个方面：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。
“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。
在物理科学大厦建立过程中，每一次概念的形成，每一个规律的建立，每一个物理问题的解决，无一不是先建构物理模型，再用合适的数学方法去处理和量化。

2.原始物理问题是考查“模型建构”的理想素材
原始物理问题是指自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的典型的物理现象和事实，是物理学的本源；平时的习题均是经过专家抽象与加工过的，学生的抽象与建模能力得不到发展。著名特级教师吴加澍老师说过：物理教学要从原始物理问题出发，以现象为导向，以模型为载体，培养学生提炼模型，分析问题，总结提炼规律的能力。
案例：在日常锻炼和体育课上，男同学喜欢做俯卧撑，请你利用所学的物理知识，推导出人完成一次俯卧撑所做功的表达式。
“原始物理问题”的特点
（1）对现象描述，没有对现象做任何程度的抽象；
（2）基本是文字的描述，通常没有任何已知条件，其中隐含的变量、常量需要学生自己去设置；
（3）没有任何示意图，解决问题所需要的图像需要学生自己去画出；
（4）对学生来说，不是常规的，不能靠简单的模仿来解决；
（5）来自真实的生活情境；
（6）具有趣味和魅力，能引起学生的思考，向学生提出智力挑战；
（7）不一定有唯一答案，各种不同水平的学生都可以由浅入深地做出回答；
（8）解决问题往往需要小组合作。
物理问题的一般解决过程
模仿例题，记忆典型，反复训练，熟能生巧。
分析情景，建立模型，利用规律，解决问题。
第一步：定性分析，明确思路
本题属于杠杆和做功类问题。要求人完成一次俯卧撑所做的功，就需要知道人的臂力及在臂力方向上移动的距离。而臂力大小不易测量，只能利用转换法，根据杠杆平衡原理，由人的重力间接获得。
第二步：模型构建，赋值计算
（1）把人抽象成杠杆。
（2）设人受的重力为G，臂力为F，臂长为L，撑起时身体与水平地面的角度为θ，完成一次俯卧撑做的功为W。
（3）正确分析人受到的重力和臂力的作用点和作用线，确定支点，并在示意图中表示。
（4）根据杠杆平衡条件：FLcotθ=GLcotθ/2 F=G/2
力F做功：W=Fs=GL/2
即人完成一次俯卧撑所做的功的表达式为GL/2。
去情景化问题
AC硬棒质量忽略不计，在棒的B、C两点施加力F1、F2，F2的方向沿OO′线，棒在如图所示位置处于静止状态，下列判断正确的是（）
A．F1? B．

C．F1力臂小于s1
D．F2方向沿OO’线向下


去情境化问题，过于脱离生活实践，主要体现在物理知识本质的理解和巩固，适用于早期物理知识的学习。
过分的去情境化，不利于迁移能力和实践能力的培养，更会影响创造力的培养。
情景化问题
如图所示是某同学做俯卧撑时的示意图，他的质量为56kg，身体可视为杠杆，O点为支点，A点为其身体重心，每次俯卧撑他肩膀向上撑起40cm。（??g=10N/kg???）
（1）该同学所受重力是多少？
（2）若L1=1.0m，L2=0.4m，求地面对双手支持力的大小。
（3）若他一分钟可完成30个俯卧撑，其功率多大？
介于情景化与抽象化之间，既联系生活情境，又凸显物理本质，使学生在物理问题解决过程中，提升素养。
原始物理问题案例
例1：家里用的白炽灯，用了很久以后，发现灯泡壁变黑，且灯光也比原来暗了，请用相关物理知识说明其原因。
解释：白炽灯工作时，灯丝（钨丝）因温度很高而发生升华，升华的钨蒸气凝华附着在灯泡壁上，久而久之，灯泡壁就变黑了。钨丝升华时，灯丝会变细，灯丝的电阻会变大，根据P=UI=U2/R，在相同电压下，灯泡的实际电功率会变小，所以灯会变暗。

例2：为什么白炽灯在开灯瞬间容易烧断？


熔断的条件是温度高
依据Q=I2Rt=U2t/R
电阻小的条件是温度低
矛盾！
错误解释：
错误原因：是构建了灯丝
粗细均匀的模型！
正确解释：
根据I=U/R
根据Q=I2Rt
例3：如图是足球运动员侧向踢出足球瞬间的照片，照相机曝光时间为0.02s，请估算足球被踢出时的速度。
构建模型：




物理规律：v=s/t。（腿长约0.6m，足球影长
与腿长相当，v=s/t=0.6m/0.02s=30m/s）
足球飞行
匀速直线运动
简化、抽象
忽略足球重力、空气阻力
例4：水银体温计是家庭保健箱中不可或缺的物品，如图是水银温度计的横截面图，体温计中的水银柱特别细，观看角度不正确往往看不清楚，但生产厂家在制造时加了一个巧妙的光学设计，请分析其中的物理道理。
温度计的横截面简化抽象，主要画出凸透镜、水银柱位置、凹面镜，构建凸透镜和凹面镜的组合光具。
水银柱既处于凹面镜的焦点处，又处在凸透镜的焦距之内，正是凸透镜的放大作用和凹面镜的聚光作用，使水银柱变得又粗又亮，只要观察者视角恰当，便会看见正立放大的虚像。
3.模型构建的几种方法
物理模型是理论知识的初级形式，就是将我们研究的物理问题或物理过程及情境通过抽象、理想化、简化、类比等方法，进行“化繁为简”“取主去次”的处理，把反映研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物体系，就形成了物理模型。
（1）抽象概括。如力现象千千万，那么什么是力呢？从这些现象中抽象概括出这些力现象的本质特征，形成“力的概念——力是物体对物体的作用”。

（2）理想化。如“光滑”“轻质”“缓慢”“匀速”“忽略空气阻力”“导线”“电流表”“电压表”“电源电压保持不变”“忽略灯丝电阻随温度的变化”等，即把影响问题的次要因素忽略掉。
（3）简化。在物理教学中，许多问题很复杂，难以把握和研究，通过构建模型使问题情境简单化，方便学习和研究。如“质点”模型就是忽略物体的大小和形状，把物体看做一个有质量的点。在研究运动时，生活中没有做匀速直线运动的物体，但在某种条件下，可以把物体的运动看做匀速直线运动。
（4）用类比法建立物理模型。有些物理现象、规律，我们无法直接展示给学生，这时若能用学生头脑中已有的物理模型来类比，则可帮助学生建立新的合理的物理模型。例如，电压和电流，对学生而言很陌生，也无法通过实验来展示研究，但水压和水流学生是比较熟悉的，教学时，可用水压水流来类比，帮助学生建立电压、电流的物理模型。还有，类比太阳系构建原子的核式结构模型。
（5）用虚拟法建立物理模型。有些模型在实际中是根本不存在的，但为了研究方便，可以形象地引入一个虚拟的物质结构或过程。例如，为了便于描述光的传播，引入了光线，用“光线”表示光传播的路径和方向，忽略发光光源种类、光的颜色及强度等次要因素。为了便于描述磁场，引入了磁感线。

4.模型建构的五级水平
水平1：能说出一些简单的物理模型。
水平2：能在熟悉的问题情境中应用常见的物理模型。
水平3：能在熟悉的问题情境中根据需要选用恰当的模型解决简单的物理问题。
水平4：能将实际问题中的对象和过程转换成物理模型。
水平5：能将较复杂的实际问题中的对象和过程转换成物理模型。
5.当前考查“模型建构”的试题现状
（2017年）小明给妈妈的透明茶壶添水后，放在桌子上，如图所示，妈妈看到后问：“怎么才加了半壶水？”小明说：“我担心再多加一点，水就从细细的壶嘴溢出来了．”妈妈说：“你试试加点水看看．”于是小明反复加了几次水后明白了：茶壶的壶嘴和壶身组成　 　，壶嘴和壶身中的水面具有　 　的特点，所以不必担心再加少许水会溢出来．
（2018年）如图甲所示，在圆柱形水杯后面放一张画有箭头的纸条。往杯中倒入适量水，透过水杯，看到一个箭头改变了方向（如图乙）。这是为什么呢？要解决这个问题，首先应抓住影响这个问题的主要因素：圆柱形水杯装有水的部分具有____________的特征，忽略掉影响这个问题的次要因素：物体的材质等，构建凸透镜模型进行研究。
情景
问题
模型（主要因素、次要因素）
这种考试方式存在的主要问题
脱离情景和问题构建模型，无意义甚至是错误的。
物理学中常用光线模型来表示一束光，光线表示了光的传播路径和方向，而忽略了光的亮度、色彩等其它性质。
用磁感线描述磁场时，忽略的次要因素是 ，突出的主要因素是磁场的方向和强弱。（一条磁感线能表示磁场强弱吗？忽略的次要因素是产生磁场的磁体种类及形状等。）
模型类试题的第一阶段是“认识模型”，会“选择模型” ，初步具有构建模型的思维。
6.考查“模型建构”的第二阶段设想
有个电路，电路中有一个滑动变阻器，现测得其两端电压为9V，移动滑片后，测得其两端电压变化了6v，如果通过滑动变阻器的电流变化了1.5A，请你设计该电路。
1.电路中肯定还有一个电阻。
假设只有滑动变阻器，无论怎样移动滑片，滑动变阻器两端的电压都等于电源电压，不会发生改变，与题目中叙述的物理现象不符。
2.电阻与滑动变阻器串联连接。
假设并联，则滑动变阻器两端电压始终等于电源电压，保持不变。与题目中叙述的物理现象不符。


经过假设、分析、判断、推理，构建串联电路模型
第二阶段，会依据问题“构建恰当的模型”，利用模型解决问题。
电热水壶有加热和保温两种工作状态，由机内温控开关S1控制，从说明书上收集到如图中所示的数据及电路图。求：
（1）水壶中加满30℃的水，若将水烧开（标准大气压下），水需要吸收多少热量？[c水=4.2 xl03J/（kg?℃）、ρ水=1.0×l03kg/m3]
（2）要使电热水壶处于加热状态，S1是断开还是闭合?
（3）正常加热时，电路中的电流是多少？
（4）R2的阻值是多大?
某种电热水壶有加热和保温两种工作状态，从它的说明书上收集到如下数据及如图所示的简化电路原理图。（保温功率为饮水机处于保温状态时的饮水机的总功率）求解下列问题：
（1）当开关S与接线柱1相连时，①饮水机处于______（填“加热”或“保温”）状态；②电路中的电流。
（2）电阻R的阻值。
（3）电热水壶加满水后，在额定电压下将水从20℃加热到80℃，需要加热多长时间？（假设电流产生的热量全部被水吸收）[1L=1×10-3m3，c水=4.2×103J/（kg?℃）]
容量 1L
额定电压 220V
加热功率 1000W
保温功率 44W
某电热水壶有加热和保温两种工作状态，由温控开关S控制，从说明书上收集到如图所示的数据。电热水壶加满水后，在额定电压下将水从20℃加热到70℃，需要加热3.5min。（假设电流产生的热量全部被水吸收）[c水=4.2×103J/（kg?℃）]
（1）请你推测电热水壶内部两个电阻的连接方式，并画出电路图。
（2）计算保温时的电阻大小？
容量 1L
额定电压 220V
加热功率 1000W
保温功率 44W
你们的期望，我们的责任！
你们的幸福，我们的期盼！
谢谢聆听！
欢迎批评指正！