摘要:在新课程标准中明确提出试题的情境要具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性。追及问题是高中物理必修一直线运动中的经典题型,本文通过研究分析一道经典例题中出现的命题瑕疵包括情境不真实,条件过于理想化等,并就以上问题提出针对不同能力学生的改进方法以。
关键词:命题 真实性 开放性 改进
引言
2017年底教育部颁布了《普通高中物理课程标准(2017年版)》,对于命题建议提出:“试题的情境要具有一定的问题性、真实性探究性或开放性。通过学生在应对复杂现实情境,参与相应探究学习活动中的外在表现来考查物理学科核心素养。因此,评价学生的物理学科核心素养,应尽量创设类型多样的、具有一定复杂程度的、开放性的真实情境作为试题的任务情境。” [1]
汽车追尾事故是安全教育中重要素材来源之一。教师们如何利用手头的材料编制一道满足真实性、探究性开放性等要求的题目是一个值得我们关注的问题。下面我根据一道经典的追及问题为例,分析命题中存在的不足之处及具体改进方法,希望能给同行们提供参考。
1、一道典型追及问题命题时存在的问题
例1:为了安全,在高速公路上行驶的汽车应保持必要的距离。已知某高速公路允许的最高时速为120hm/h。现有两辆车在同一车道以最高限速行驶。假设前方司机发现路面有障碍物,突然停止运动,后面汽车的司机从眼睛发现这一情况,到汽车真正开始减速,所经历的时间需要0.5s,刹车时汽车受到的阻力是车重的0.5倍,为了避免发生追尾事故,在该高速公路上行驶的汽车之间至少应保留多大的距离。
问题一:情境缺乏真实性,与现实情况相去甚远
本题中前车突然停止运动是和事实相违背的,高速行驶的车,即使刹车性能再好,减速到零也需要一定时间。
问题二:原题中的条件过于理想化
题中把后车刹车阻力简单认为是车重的0.4倍同样也是不恰当的。对此,不妨先简单了解汽车的刹车系统及刹车力与踏板力、踏板行程之间的关系。
2、刹车制动原理、刹车加速度大小和踏板力、踏板行程之间关系
2.1 刹车制动原理
驾驶员踩下刹车踏板后,制动踏板推动主缸活塞运动,使管路油压升高推动制动分泵并使得制动片和制动盘间产生制动力矩,进而在轮胎—路面的相互作用下行程对车辆运动方向相反的制动,最终使车辆停止运动。
2.2 制动感受
驾驶员通过踩制动踏板,根据反馈得到踏板力和踏板位移信号,进而获得一定的制动踏板感受,再加上身体感受到车辆制动减速度、听觉上的制动声以及视觉上的车辆减速等诸多因素,共同构成了完整的制动感受。制动感受是车辆在制动时驾驶员身体感官上的综合感受。[2]
2.3 汽车刹车加速度大小与踏板力、踏板行程之间的关系
上海泛亚汽车技术中心有限公司研究院石金永等三人在 《乘用车制动踏板感觉的综合评价》一文中对6辆汽车做了制动感觉主观评价和客观实验,得到数据如图1和图2[3]。综合两图分析,可知的汽车刹车加速度大小随着踏板力增大而增加,也随着踏板行程的增大而增加;不同型号的汽车刹车性能存在着差距。
现实中,后车驾驶员只能通过观察前车的刹车灯是否亮起判断前车是否处于减速状态,但无法立刻区分前车司机是轻踩刹车或是踩死刹车。通常来说,后车司机不会轻易踩死刹车踏板,否则容易发生追尾事故。后车驾驶员需判断前车的状态以及整车给予自己的制动感受后决定踩下制动踏板的力,这为高速行车带来了很大的安全风险。因此,原题中简单认为后车刹车阻力恒定为车重0.5倍是不符合实际的。
3、对原问题的改进
为了简化问题,认为前后车是刹车性能相同的两辆小汽车,当司机踩下踏板最大行程的1/2时汽车受到刹车阻力为车重一半,完全踩下踏板时受到阻力恰为车重。
3.1 改进(一)
已知某高速公路允许的最高时速为120hm/h。现有两辆同一型号的小汽车在同一车道以最高限速行驶。前车司机甲发现前方有障碍物,立刻用全力踩下刹车踏板,此时刹车阻力等于车重。后车的司机乙从发现情况到作出动作所需时间为0.5秒。由于他无法正确判断前车司机已踩死刹车踏板,所以踩下踏板位移为最大行程的一半,此时刹车阻力等于车重的0.5倍。问:为了避免发生追尾事故,在该高速公路上行驶的汽车之间至少应保留多大的距离?
分析:第一,更正了前车踩下刹车后立刻停车的科学性错误。第二,说明后车司机是无法正确判断前车的刹车情况,实际驾驶过程中后车司机的制动过程受到主观影响。兼顾问题性的同时增添情境的真实性。
3.2 改进(二)
在改进(一)的基础上,将题目改为:后车司机乙在踩下刹车1秒后突然意识到前车是急刹车,他立刻全力踩下刹车踏板,此时获得和车身重力相等的刹车力。为了避免发生追尾事故,至少应保留多大的距离?
分析:与改编(一)相比,本题更符合真实情况。前车司机急刹车后,如果后车司机未急刹车而是轻踩刹车,那么“制动感受”异样会提醒后车司机前车司机已急刹车。
3.3 改进(三)
在改进(二)的基础上,增加一小问:现在汽车生产商主要通过设置刹车灯(包括高位刹车灯)向后车发出刹车信号。你是否能够结合附图提出一种设计(方法)能够帮助后车司机正确辨别前车的刹车情况?并阐述你该方法的优缺点。
本题为开放性问题。可能的回答有:设计一种刹车灯,当轻踩时一半亮起,当踩死时,全部亮起,便于后车司机辨认。
学生在生活中也会遇到各种困难和问题,用所学知识解决实际问题也是重要的能力之一。而现实生活和做题不同,不应该只有一个公式、一个唯一的答案。教师应当给学生创造机会和提供平台,让学生主动思考、运用学过的知识解决实际问题,培养学生发散思维。
4、总结
在新课背景下,教师们在自编题目或改编题目时不仅要注重问题性,更要关注真实性、探究性或开放性。只有通过具有一定复杂程度的真实情景才能合理评价学生的物理核心素养。
参考文献
[1]中华人们共和国教育部,普通高中物理课程标准(2017版).人民教育出版社
[2] 石永金,袁旭亮,蔡晓斌.乘用车制动踏板感觉的综合评价.[J]上海汽车,2011.05:2-4
[3] 孙建涛. 制动踏板感影响因素及量化控制.[J]研究与开发,2018.11:47-48