试论题型对物理能力素质题型方案设计与展望基本

摘要： 基于近几年用2004年清华大学出版社出版的《工科物理试题库》对我院学员进行测试的答卷分析，探讨了长期以来用旧题库命题时出现的“高分低能”现象；结合当前我院教员在大学物理课堂上采取的新举措，阐述了新形势下在新题库中设计能力素质题型的重要意义，并对此类题型进行了初步设计，提供了一些佐证相关题型的参考试题与解答，最后对未来新题库的能力素质大题型进行了展望。相关命题思想及题例分析仅供高校同行们参考。
关键词： 大学物理；新题库；高分低能；能力素质题型；命题思想
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1在大学物理新题库中设计能力素质题型的重要意义
信息化条件下军事训练改革深化发展，要求我们培养的初级指挥军官人才具有更强的创新能力和科学素质，因此新时期军队院校的大学物理教学应更加注重对学员综合能力素质的培养，这些能力素质包括对所学知识的综合应用能力、对新问题情景的辨别研究能力以及对军事或科技领域的创新潜能。然而，近十年我院该课程对学员学习效果的考试题型从未出现过能体现“新的能力素质培养目标”的新种类，调研结果：物理期末考题主要取自2004年清华大学出版社出版的《工科物理试题库》，这套题库的出题年代较远，不能体现近些年物理学前沿科技研究与教学研究的新成果，也不能配合我院物理教员在教学改革方面的新举措对学员素质进行恰当评价；此外由于它是地方大学建立的题库，因此长期以来不能体现我院军事物理教学特色。众所周知，对于学员而言，考试题型就是他们参与教学活动的“指挥棒”[3]，在上述《工科物理试题库》被当作大学物理期末考题主要来源的数年来，本院学员的大学物理期末测试成绩表现出如下一些特点：一是大部分学员的分数都不太高；二是高分学员的物理素养和解决实际问题的能力未必高，表现在：部分“高分学员”不仅课堂抢答表现能力较弱，而且课堂演示动手能力也不突出，某些人从不参加“应试”之外的兴趣组活动，仅凭临考前打突击、做《题库》就能得高分······如果对这些“高分学员”的学习状态也进行鼓励的话，素质教育就难得人心；因此如果要让广大学员和教学管理干部都配合教员在日常教学中贯彻执行“能力素质培养”的教学理念的话，应该建立一套与之相匹配的能力素质评价系统，其中最关键的就是要将相关的能力素质考试题型纳入大学物理期末考试的新题库中，才能切实地评价物理教学对学员能力素质培养的效果。从关心学员的角度出发，当前我院低年级本科学员基本为新一代“九零后”，思想活跃，求知欲较强，展示自己聪明才智和创造能力的愿望也强[4]，如果在期末考试中加入能力素质考试题型，不仅能让那些学习能力强的人得高分，一些动手能力强、应变素质高、创新潜能大的学员也能脱颖而出。
2对物理能力素质题型的设计思想与案例
结合近些年在本院的教学改革实践体会、对学院答卷的综合分析及相关问卷调查，课题组对物理新题库中能力素质题型进行了初步的设计，基本思想与相关案例如下：

2.1“案例信息型”综合题

“案例信息型”综合题应突出现代物理前沿知识的应用背景和物理科学发展趋势，这与我们日常课堂教学设计的基本思路是一致的，当前课题组在大部分教学单元中都引入与物理知识点衔接紧密，能导出核心问题的物理前沿知识案例，应该将这些课堂上用到的重要案例纳入到“信息型”考题中来，让学员从课堂教学、习题测试及期末考试中都实实在在地感受到这门课为以后学习专业知识打基础，能提供相关思想方法、理论原理和实验技能，真正实现“教、学、考”三位一体、互相促进。比如求加速度及受力分析的案例：
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1.1试题案例：《炮弹奔月记》中的“炮弹车厢”能否实现

大约在1865～1870年间，在儒勒·凡尔纳所写的《炮弹奔月记》和《月球旅行记》中均有非常有趣的描写：有人曾设想铸造一门巨炮，身长250米，竖直埋在地下，使炮筒内可以装进一颗极大的、里面能坐得下旅客的空心炮弹，炮弹重8吨、所用的发射重160吨，用大炮把这个“炮弹车厢”加速210米后，使其飞向月球，从而实现人类到月球旅行的幻想。儒勒·凡尔纳所设想的“炮弹车厢”能实现吗？请用物理学的观点来考虑一下“炮弹车厢”的发射过程能否实现。
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1.2试题分析与解答

此题物理情景比较新，结合我国“嫦娥奔月工程”，学员能够展开丰富的联想，其物理解题思路并不难，只要学员把握住加速度公式，会对炮弹在炮膛内的加速过程进行分析即可。具体分析过程：要使“炮弹车厢”飞向月球，其速度必须能克服地球引力的作用，它的出膛速度应远大于11.2千米/秒（即第二宇宙速度）。按小说中的描述，它从静止开始作匀加速直线运动前进210米，由，可知“炮弹车厢”在炮膛内的加速度为米/秒2，其数值将是地球表面重力加速度（g=9.8米/秒2）的3万多倍。由牛顿运动定律F=ma（式中表示物体的质量，F表示物体所受的合外力）可推知，在炮弹发射过程中，旅客在“炮弹车厢”中所受到的外力是平时重力的3万多倍。不用说“炮弹车厢”的车底是用什么材料制成的，人体在这一过程中肯定无法承受其体内“沉重”血液的流动，因此这一幻想不能实现。如果要降低“炮弹车厢”在炮膛内的加速度，例如取a=10g，则炮筒应有的长度为：米≈627千米。为了安装这样的大炮，要向地下深挖627千米，再者，若“炮弹车厢”直接以11.2千米/秒的速度射出炮口，它在飞行中必然与大气层内空气发生摩擦，其产生的热量必将把“炮弹车厢”烧成灰烬。因此应用物理学定律进行分析发现，儒勒·凡尔纳发射“炮弹车厢”的幻想是超越物理学规律的，是不能实现的。

2.2“演示实验分步探究型”综合题

基于大学物理课本身的特点，很多物理原理都来源于对实验现象的归纳与升华，因此，课题组近几年自主设计了一些物理随堂演示实验，让学员通过观察实验现象、参加实验操作、从“怕学物理”变成“爱学物理”，学会理论联系实际。研究发现：好的设计性演示实验是创设思维情境的良好素材和课堂讨论的焦点，能较大限度地让学员发挥聪明才智，主动探究，从而达到增强其能力素质的目的。因此这类重要的演示资源应被纳入考核的体系，其中较常见的实验现象、操作步骤、结果猜想和理论推演过程均可作为“演示实验分步探究型”综合题的题干素材。这类考题的特点是：题干信息中描述的某个演示实验按照时间顺序包含了若干个“演示过程”，在某些过程中设置了一些探究性的假定任务，启发学生作题时对相关演示实验现源于：毕业设计论文范文www.618jyw.com
象进行猜想并形成自己的见解，找到解释该类现象的核心定理或重要物理概念，最后在此物理原理的基础上对现象及理由进行分析。因此能很好地检测学员的物理过程分析能力、物理图像辨别能力及实际问题解决能力。

2.1试题案例：关于“带电体间互相接触”的演示实验现象的猜想与解释

演示实验过程：一个带正电的金属球A，电势为U1；另一空心金属球壳B也带正电，电势为U2，（U2>U1），且其上有一小孔。一装在绝缘柄上的不带电的金属小球C，先与A接触，然后穿过小孔移入B的内部并与其内壁接触。那么，在C与A接触时，正电荷向哪个方向移动？在C与B接触时，正电荷向哪个方向移动？分别说明理由。

2.2试题分析与解答

这是一道典型的“演示实验分步探究型”综合题，按时间顺序此实验可分为两个演示阶段，因此，只需把构成过程整体的两个子过程划分出来研究，就可以使问题简化，然后在每一具体步骤中探究相关实验现象和规律——一般都是课堂学过的较简单的核心实验规律或理论原理，通过一步一步的讨论，此类综合题就可以迎刃而解。具体解题步骤如下：
第一步，在C与A接触时，正电荷由A向C移动，因为金属球A的电势U1大于金属小球C的电势UC，正电荷由高电势向低电势移动。当接触时间足够长时，二者达等电势。第二步：在C与B接触时，正电荷由C向B移动，因为导体静电平衡时，电荷分布在外表面。当C与B内壁接触时，导体需建立新的平衡，最后平衡时，正电荷分布在B的外表面。

2.3“知识灵活运用型”综合题

大学物理《考试大纲》中把“对自然科学基本知识的应用能力”作为对学员能力考核的重要要求，因此以现实生活实例和科技应用立意的“知识灵活运用型”问题应成为大学物理期末考试命题的新趋势，它必将以材料新、情景新、问题新等特点突出对能力素质的考察，为现代考试从重理论向重应用的方向转变作出引导。这类题型的特点是：大部分文字只是基于对生活背景和科技事件的完整性、严整性的必要表述，其物理实质、物理模型往往比较简单，特别是涉及到科技实例的应用型题常常起点很高，但落点较低，学员只要能将问题与熟悉的物理知识联系起来，把实际问题简化成恰当的物理模型，用学过的物理概念、定理即可顺利地分析、解答出正确结果。具体题例比如：
求平均冲力的案例：鸟儿相对于地面的飞行速度虽然并不算很大，但是它相对于飞机的速度却可能很大。目前，米格-25飞机的最大平均速度为3倍音速，即使鸟相对于地面是静止不动的，但鸟相对于飞机的速度也已经很大了，因此其产生的效果十分惊人：如果是身长为0.5米、质量为5千克的大鸟撞在时速为960千米的飞机上，产生的作用力能达7吨（约7×104牛顿）。由此可见，飞鸟与飞机相撞产生的冲力是相当大的：如果飞鸟与发动机叶片相碰撞，足以使发动机损坏，造成飞行事故。请估算，一只身长l为0.1米、质量m为0.5千克的飞鸟与时速80千米（约22.2米/秒）的飞机作完全非弹性碰撞（即碰撞后飞鸟的尸体与飞机具有相同的速度v）时，飞机对飞鸟的平均冲力源于：论文提纲范文www.618jyw.com
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该题的显著特点是阅读量和信息量大，学员只要能将飞鸟与飞机相撞的过程与完全非弹性碰撞的知识相联系，即可从动量守恒的角度对问题作出正确的分析，由于待求的物理量是飞机对飞鸟的平均冲力，因此解题中还必须应用到与动量变化量、冲力等物理量紧密联系的动量定理。具体解题过程略。
3对大学物理新题库中能力素质大题型的展望
鉴于大学物理课程内容丰富，其教学目标涵盖了对学员多种能力素质的培养，因此新题库中的能力素质题应题量丰富、形式多种，风格上可以借鉴高考物理大轴题的做法，摒弃传统题型中“考察计算能力”为主的出题思想，减小一定的计算量，让出题、解题思路向“多元化”方向发展，重点考察学生分析问题与解决问题的能力及上述基本物理素养。只有这样做，物理科目的考试才能将应变素质高、动手能力强、实践创新潜能丰富的“高素质”人才与那些学习、计算能力强的“传统高分”人才一起选拔出来，并分辨出各类学员的成才优势，从而更有利于其日后特长的培养和专业的选择，让大学物理教育更具特色和优势。
参考文献：
李华，钟梦春，徐达.信息化联合作战条件下对精英人才素质能力培养研究[J].教学研究，2013，（1）：7-9.
廖慧敏，荀坤，陈晓林.第12届亚洲物理奥林匹克竞赛实验题介绍与解答[J].物理实验，2011，31（10）：16-25.
[3]熊伦.中美非物理专业大学物理教育的比较与对策[J].物理与工程，2011，21（1）：46-49.
[4]黄英，姚国政，刘影.基于物理兴趣培养的演示实验授课新模式的探讨[C]//迟宝山，李胜利.装甲兵工程学院2012年教育转型研讨活动论文集：深化教育转型创新 全面提高人才培养质量.北京：金盾出版社，2012，141-144.
作者简介：黄英（1978-），女，湖南邵阳人，硕士研究生，讲师。