基于表现性评价的中考物理跨学科试题改编

一、中考物理试题呈现与分析

例1小明家有一款多功能厨房神器,它的内部结构主要由两个电热丝和一个电动机构成,通过旋转开关可实现常温搅拌、高温翻炒、低温慢炖、高温蒸煮(电动机可实现搅拌、翻炒功能)。参数如表1所示,内部电路简图如图1所示。

已知R₂的阻值为66Ω。请解答下列问题:

1.画出该机器高温翻炒功能的等效电路图,并求出R₁的阻值。

2.小明早晨想利用该机器的低温慢炖功能将质量为400g、初温为20℃的牛奶加热到55℃,他把加热时间设置为1min,请通过计算说明这种设置是否合理?[不计热量损失,C_牛奶=2.5×10³J/(kg·℃)]

参考答案

1.等效电路图如图2所示。

(2)不合理。当闭合开关S,开关S₁接触点“3”和“4”时,电阻R₁与R₂串联,处于低温慢炖挡,通电1min放出的热量为

牛奶需要吸收的热量为

故,不合理。

分析：求解此题,首要任务是识别电路,明确开关旋至不同触点时所对应的各种功能。就第(1)问而言,在“常温搅拌”与“高温翻炒”功能中,需要电动机与电阻接入电路,且“高温翻炒”挡位的电功率要高于“常温搅拌”挡位的电功率。依据电压恒定条件下,电阻越小、电功率越大的原理,精准定位“高温翻炒”功能,并绘制出其等效电路图。由于电路的总功率等于各用电器功率之和,先求出仅R₁接入电路时的电功率,随后代入相关公式,进而求得R₁的阻值。对于第(2)问,则需先计算出该机器处于“低温慢炖”挡时通电1min释放的热量Q_放,同时算出该情境中牛奶需吸收的热量Q_吸,通过对二者进行比较得出答案。

二、基于表现性评价的跨学科试题改编思路

例1 问题剖析

例1虽将物理问题与日常生活相结合,初步展现了跨学科性和情境性,但其情境设计仍显单薄,问题难度较低,难以有效考查学生的高阶思维能力。因此,对试题的情境性进行改编、优化,提升跨学科融合性很有必要。基于开放性试题的特点,计划将物理问题与日常生活进一步融合,在原有情境的基础上,设计更丰富、具有挑战性的问题。

1.引入表现性评价改编试题的步骤

表现性评价因其过程性、开放性和情境性特征,特别适用于跨学科试题的科学评价与改编。作为检测学生学业质量水平的试题,科学评价至关重要,基于试题跨学科性和情境性特点,引入表现性评价最为合适。表现性评价能够更好地反映学生在跨学科问题解决过程中的思维发展和能力提升,以更精巧的方式全方位展现对学生核心素养的深度考查。因此,笔者以表现性评价理论为基础,对原有试题进行跨学科改编。

首先,针对第(1)问进行情境拓展。原问题仅要求画出该机器高温翻炒功能的等效电路图、求出R₁的阻值,考查内容单一,缺乏综合性,无法考查学生对整个试题情境的整体解读与掌控能力。因此,在原问题情境的基础上增设对机器全部功能深度剖析问题,并要求学生精准画出与各功能对应的等效电路图。

这一拓展促使学生全面梳理机器在不同运行模式下的电路结构,将原本孤立的机器功能联系起来。学生在绘制各功能等效电路图的过程中,需要依据电路原理,仔细分析各电阻的连接方式,明确是串联还是并联,进而清晰展现电流的路径与能量的分配走向。改编后的问题不仅全方位考查学生对电路知识的理解程度,更将他们的分析思路过程化、可视化,培养学生的综合思维,为教师实施表现性评价提供详实的依据,让评价结果更具说服力。

其次,由于第(2)问属于计算题,学生的解题过程和分析思路能够通过其答案清晰呈现,因此,第(2)问保持原样,不做改编。

再次,由于《关于加强义务教育学校考试管理的通知》《方案》等文件对考试内容、试题形式和评价方式提出了新要求。而原试题的两个问题并未清晰地体现上述文件所描述的标准,基于文件精神和表现性评价特点增设两问。具体设计步骤如下:

(1)构建情境真实的题目内容。紧密围绕日常生活中多功能厨房电器展开。从厨房常见的高温翻炒、低温慢炖等功能,到为满足特殊烹饪需求而增设的“加压蒸煮”功能,全部取材于真实生活场景。不仅使情境更具综合性,还跨越情境的复杂性,能让学生迅速将所学知识与生活实际相联系,拉近学生与物理知识的距离。

(2)在题目中给出经过更改的电路图,并对更改后的电路图进行详细的描述与解释,为学生理解复杂电路结构提供必要的支持,也为后续问题的提出做铺垫。

(3)引出问题:检验上述设想能否成功,并设计需要学生回答的具体问题。

(4)就上述情境提出一个具有科学态度与责任的放性问题。

2.改编题的教育意义与考查价值

从教育理念层面来看,新增设的问题呼应了“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念,将抽象的物理知识具象化。让学生深切感受到物理就在身边,与生产生活实际紧密相连,不仅极大地激发了学生的学习兴趣,让他们意识到物理并非遥不可及的理论堆砌,而是切实改善生活的有力工具,还促使学生关注科技在日常生活中的应用创新,使学生在解题过程中了解科学技术的前沿进展,引导学生思考科技发展与人类生活的关系,以及在使用高科技产品时应承担的责任。

从考查能力角度而言,新增设的两问将考查维度提升到一个新层次,深度考查学生的高阶思维能力。面对错综复杂的线路、多个电子元件的交织,学生必须运用所学的电路知识,厘清各部分的连接关系、工作状态及相互影响。试题着重考查了学生的读图能力与解析复杂电路图的功底,与此同时,引入电磁铁相关问题,巧妙地与前面的电路知识融为一体,让学生在一道题中充分调动电学、磁学等多方面的物理知识储备,实现知识的融会贯通。开放性问题更是多维度考查学生物理原理应用、批判性思维、创新设计能力。如此设计试题,契合物理学科综合性强的特点,引导学生打破知识界限,学会用系统思维解决实际问题。

综上所述,改编题突破了传统题目的单一考查局限,它以表现性评价为基础,精心设计了与现实生活紧密相连的情境,并巧妙融入了跨学科元素。一系列设计深度挖掘了学生的知识综合运用能力、逻辑思维能力,以及应对复杂实际问题的能力,为物理教学注入活力。

2.跨学科试题的展示与评价

(1)依据题意和图1,分析常温搅拌、高温翻炒、低温慢炖、高温蒸煮时的电路构成,分别画出其等效电路图,并求出R₁的阻值。

(2)保持原第二问不变。

(3)小明家特别喜欢围坐在圆桌旁享受美食,他家那台多功能厨房神器一直是烹饪的得力助手,一家人常常用它制作各种美味佳肴。小明最近钻研菜谱时发现,有些美味的菜肴,如酱牛肉,制作过程需要“加压蒸煮”,才能让牛肉口感细腻、更易咀嚼。于是,小明决心动手改造他家的厨房神器,使其具备此项高级功能。他仔细研究电路知识后,在原有的电路图(图1)基础上进行更改,得到了图3。

新增的部分包括一个“电源转换器”,它为电磁铁电路提供电压,使低电压、弱电流的电路能够间接控制高电压、强电流的电路。此外,通过密封锅盖,可以有效防止蒸汽外溢,从而实现“加压”效果。R₅为压敏电阻,设想在锅盖处巧妙安装,当盖上锅盖开始加压蒸煮时,随着锅内压力逐渐增大,R₅的阻值就会随之减小;R₆为热敏电阻,紧密贴合锅体内部,实时感知温度,随着温度升高,它的阻值便会随之减小。两个特殊电阻配合电路设计,能够实现限压和限热的目的,保证在新增“加

压蒸煮”功能时的用电安全,避免因压力或温度过高引发危险。小明改造后的厨房神器能否满足需要?请你协助小明对电路进行深入探究并完成以下问题。

①为实现“加压蒸煮”功能,开关S₁应旋转到触。

②当机器以“加压蒸煮”功能正常工作时,电路是如何工作的?

③当压力或温度超出正常范围时,电路是如何工作来保证电路安全的?

(4)多功能厨房神器虽然带来了便捷,但长时间使用“加压蒸煮”功能可能会对食物的营养价值产生影响,同时,高能耗也不符合节能减排的理念。请结合物理原理,谈谈你对这一家用电器的看法,并提出改进建议。

（参考答案略）

本文为节选。

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