关于高考“综合科目”考试的几点思考_能源论文

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建构主义学习理论告诉我们,在具体问题中,知识并不是拿来便用、一用就灵的,而是需要针对具体的问题情景进行再造加工。学生的学习不仅仅是新知识的理解接纳,而且是对新知识的分析、检验和批判。因此,学习知识不能满足于教条式的掌握,而是需要不断深化,通过把握它在具体问题情景中的复杂变化,从而使学习走向“思维中的具体”。近年来的高考特别是即将实施的综合考试,强调从“能力立意”,其目的正是试图创设新颖的情景,考查学生在具体问题中应用知识的能力。本文着重就综合科目的命题和复习谈谈我们的一些思考,旨在抛砖引玉。

一、综合科目命题思路

一般来说,编制一道试题必须包括立意、情景、设问这三个方面:

1.试题的立意是试题的考查目的。以“能力立意”命题,就是首先确定试题在能力方面的考查目标,然后根据能力考查的要求,选择合适的知识载体,设计恰当的设问方式。综合考试是建立在中学各科基础知识上的综合能力测试,与以往侧重于学科能力的考核相比较,综合能力的测试在立意上具有以下几个特点:

①就知识和能力的关系而言,高考命题以能力为纲、知识为目。这表明对能力的考查,逻辑上必然还是以知识为基础,以问题为载体的。但综合能力测试所涉及的知识,多以多样性、复杂性和综合性呈现出来;所强调的能力,主要是指综合运用(探究方法的综合)多学科的知识(知识基础的综合)分析解决问题(问题情景的综合)的能力。

以1998年高校保送生综合能力测试中的第二大题第7小题为例, 该题围绕“能源”这个中心,把历史——人类历史进程各阶段的主要动力来源;生化——绿色植物通过光合作用把太阳能转化为化学能,煤、石油、天然气燃烧过程的化学方程式并比较三种燃料对环境影响的程度;物理——利用水能发电,根据电站水库的流量、落差、发电效率计算年发电量;政治——人类利用和开发能源过程体现的哲学原理;地理——我国目前最主要的能源和藏量最丰富、产量最多的省份等都紧密且有机地联系起来。毋庸置疑,该试题高度概括了能源的有关知识,让学生充分感受、理解能源的产生、转化、发展和利用过程,通过知识的迁移、融合,不仅考查了学生推理判断能力、归纳比较能力,而且还突出考查了科学思维和解决实际问题的应变能力:

②就理论和实践的关系而言,综合能力测试多以现实生活、生产或科技中有关的实际问题立意命题,要求更加真实和全面的模拟现实。学以致用是学习的根本。能力只有在应用中才能外显出来,同时,也只有在应用中,学生学习的积极性、主动性和创造性才会被进一步激发出来。在综合能力测试中,知识的应用往往是在两个层面上展开的:一是要求学生用理论分析解决实际问题;二是考查学生在已有理论的指导下通过对实际问题的归纳、思考,形成新的认识。但是,对中学生来说,知识应用的对象不应具有任意性,理论究竟要和什么样的实际相结合?要分析解决的究竟是什么样的实际问题?显然,对实际问题本身的定位非常重要。高考中的绝大多数试题都属于实际问题的抽象和模型化,通过解决这些经过简化了的实际问题,考查学生的应用能力和应用水平。

③就继承和创新的关系而言,随着高考改革的深入,高考命题已有较大的调整,即遵循教学大纲,但又不拘泥于教学大纲,重点考查学生的创新思维能力。目前高考中以创新能力立意的试题最突出的有两类:其一是设计性实验试题,这类试题一般以学生实验和演示实验为背景,但无现成的实验方案可循,要求学生在一些特定的条件下自行设计新的实验方案,选择合适的实验器材,编制合理的操作流程。其二是信息迁移题,着重考查学生获取和处理新信息的能力。此类试题往往立意高(取材于重大的现代科技信息或前沿问题)、落点低(题给信息与中学基础知识密切相关),富有时代气息,具有较强的启发性,需要学生周密地分析,灵活地进行知识迁移才能作答。

2.试题的情景是实现立意的中介和材料。教育部考试中心在《高校保送生综合能力测试评析》中提到:“现行的三份综合能力测试卷(1998年、1999年两年全国和上海保送生能力测试卷),体现了综合能力测试的特征,为今后完善普通高校招收保送生综合能力测试制度,也为高考改革“3+X”方案中关于“综合科目”的考试提供了范例”。从以上三份试卷中试题的编制来看,综合测试题的取材背景大致有以下几种:

①选择现实生活中理论和实际方面的典型问题作为试题的取材背景。这些问题的情景包括:人们在日常生活中面临的涉及交通、水电、安全、体育等实际问题;科学知识或方法应用于工农业生产、科技新成果、建设新成就中的热门问题;反映人与自然、社会协调发展的重大课题,如环境保护、生态平衡、能源的开发利用等。显然这些背景材料并非信手拈来,也不是不可捉摸的。一方面它们就发生在我们身边,反映了时代特征,材料一般都是真实的或模拟现实的;另一方面又以学生所学的各学科知识为基础,使学生对所学的知识与现实生活形成联系,感到所学的知识与社会实践密切相关,以此增强学习的动力,以便更快更好地适应社会发展。

②选择不同学科内容的交叉;渗透和综合问题作为试题的取材背景。这主要表现在:关注相关学科内容交叉点的引伸,关注学科之间的知识换位,关注学科知识结构、思维方式、解决问题的途径等测试目标的呼应,关注可以在不同学科领域进行迁移的一般能力等。如1998年综合能力测试卷第五大题:“月相变化周期形成示意图”,高中地理教材只讲述恒星日、太阳日,并未讲过其物理原理和数学计算方法;高中物理教材也会涉及该现象,但相关的内容如周期、角速度原理、数学计算方法等都有介绍。因此,它属于地理的现象、物理的原理、数学的计算,学生通过发散思维可运用多种方法求解。又如第四大题关于两容器中的氦气和氧气经点燃反应冷却后的体积和压力问题实质是应用了化学的原理和物理的计算。

③选择对社会、自然现象和规律的考察、探究的一般方法,以解决问题的能力为中心,取材编题。如“信息提炼法”——通过对题给信息(如文字、数据、图表、报道等)的采集、分检、合成和加工,使学生懂得如何寻找工具,寻找怎样适合的工具取得自己所需的知识和信息;“分析综合法”——通过对自然现象的分析、归纳;整理和综合,从而对事物的整体结构功能作出必要的认识和恰当的评价;“理想建模法”——突出事物发展变化中的主要因素,撇开次要因素,排除干扰因素,以此构建合适的理想模型,使研究的自然现象以更为简化和纯化的形态显露出来。

3.试题的设问是试题的呈现形式。试题的要求,是通过一定的形式呈现的,题型就是呈现考试要求的具体形式。题型与考试目标的关系实质上是形式和内容的关系,不同类型的试题在考查不同能力要求上有不同的功能,题型一般是由考核的目的决定的。综合测试卷的题型,可以按作答方式、思维方式、编排方式进行分类:

①以作答方式分类的题型有:选择题(包括多选和单选题),填空题、填图题、计算题、综合题等。今年的“综合科目”试卷沿袭主、客观题相结合的形式,其中选择题占50%。这种命题的本意是试图通过客观题增加试题的知识覆盖面,着重考查一般层次的学科能力;通过主观题考查知识掌握的深度及高层次的综合能力。但由于客观题的增多使总题量偏大,这就要求学生在解答时必须熟练掌握学科的基础知识和基本技能,只有具备一定的速度,才能迅速识别试题,作出判断,进行快速解答。

②以思维方式分类的题型集中体现了学科的特点。如理、化中的实验题,物理中的论述题、估算题、连图题,化学中的信息题,生物中的简答题等。高考中之所以开发这些新题型,主要是为了防止出现能力考查的异化。例如1999年物理试卷中出现了论述性试题,这一方面是为了加强对学生推理、论证能力的考查,考查学生是否深入了解物理概念和规律本身的含义以及与其它相关概念和规律之间的联系;另一方面,更重要的是充分发挥高考的指挥棒作用,引导中学物理教学,使教师在教学过程中和学生在学习过程中注重推导和论证能力的培养。看来论述题这种题型必将还会被命题者所青睐!

③按试题内容的编排方式划分,一般可分为三种:第一是“组合型”试题,即试卷分成若干部分,每个部分由不同学科的内容组成。这种题型实质上是“拼盘”,而非综合。第二是“复合型”试题,即每道试题分若干小题,而不同小题所考查的又是不同学科的能力,各小题既相互联系又相对独立。这种题型虽能满足复合、应用的要求,但并不能真正体现能力间的融会贯通。第三是“整合型”试题,它可以是一道大题,也可以是一大题下的若干小题,回答时除了需要学科的“专业能力”,还需要学科间相通的“一般能力”。这种题型讲究不同能力的交叉综合,因而有较高的效度。我们认为,真正的综合能力测试题理应采用第三种题型,但考虑到中学教学的现状和惯性,今年高考综合科目中的综合题估计会以第二类题型为主。

二、综合试题编制实例

【试题一】 图1 给出了太阳的辐射功率和到达地球表面的太阳辐射能的几条主要途径及其有关数据:

太阳辐射能的直接利用,基本上有以下四种方式:

1.太阳能的光——热转换

其基本原理是将太阳辐射能收集起来利用温室效应来加热物体而获得热能。目前使用较多的太阳能收集装置有两种:一种是平板式集热器,如太阳能热水器等;另一种是聚集型集热器,如反射式太阳灶、高温太阳炉等。

2.太阳能的光——电转换

太阳能的大规模利用,主要是用于发电,发电方式有两种:

(1)光——热——电转换方式; 其基本原理是由太阳能集热器将吸收的热能转换成蒸气,再驱动汽轮机发电。

(2)光——电直接转换方式:其基本原理是利用光电效应, 将太阳辐射能直接转换成电能。光——电转换的基本装置就是太阳能电池。

3.太阳能的光——化学转换

利用太阳辐射能直接分解水制氢,这是一种很有前途的光——化学转换方式。氢能是二级能源,用途很广,既可作为化工原料,又可用来合成天然气和石油。

4.太阳能的光——生物转换

主要是通过地球上众多绿色植物的光合作用,将太阳辐射能转化为生物质能。

根据以上材料,回答下列问题:

(1 )在太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变成一个氦核的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。

①试写出上述核反应方程。并计算这一核反应释放出多少能量?

(已知质子质量m[,p]=1.0073u,α粒子m[,a]=4.0015u,电子m[,e]=0.00055u)

②假定太阳光向各个方向的辐射是均匀的, 已知地球半径为6400km,试结合材料给出的数据估算地球到太阳的距离,并计算太阳的质量。

③根据材料中的数据计算每秒钟太阳的质量减少多少千克?若太阳的质量减少其总质量的万分之三时,热核反应就不能继续发生,试估算太阳再过多少年就不能再发光?

(2)由材料给出的数据计算:

①地球对太阳能的利用率约为________%。

②通过光合作用,每年有________kJ的太阳能转化为化学能(每年按365天计算),这些能量贮存在_______中,光合作用释放的氧气来自于参加反应的哪一种物质?________。

③设每年由绿色植物通过光合作用为我们生存的环境除去二氧化碳的质量为A。试写出光合作用总过程的反应式,并根据其能量关系列出A的计算式(列式中缺少的数据用符号表示)。反应式:_________.A 的计算式:A=____________kg。所缺数据的化学含义为_________。

(3)煤、石油、天然气、 水能及生物能等是多年来大规模使用的能源,被称为__________能源。而核能、地热、海洋能、沼气以及现在又有新的利用方式的太阳能、风能等都被称为______能源。

①煤、石油、天然气等能源以热的形式供给人们需要的能量。试以它们各自的主要成分C、C[,n]H[,2n+2]和CH[,4]为代表,写出它们燃烧过程的化学方程式。指出它们质量相同时,哪一种燃料对环境造成的负面影响(产生温室效应)最小。

②水能是可再生能源,可持续地利用它来发电,为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水库的平均流量为Q(m[3]/s),落差为h(m),发电效率为η,则全年发电量A(kW·h—千瓦·时)是多少?

③设空气的密度为ρ,某地强风的速率为V, 如果把通过横截面积为S的风的动能全部转化为电能,则产生的电功率为多大?

(4)阳光照射到太阳能集热器上,将太阳能转化为______能。图2是一种太阳能热水器的示意图,图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射下水将沿_______时针(选填“顺”或“逆”)方向运动。这是因为:________。C是辅助加热器,其作用是_________。请在图中适当的位置安上进水阀门和出水阀门,并说明选择位置的理由。

(5)图3是光电管的工作电路图,光电管加正向电压。

①在图中分别标出电源和电流表的正、负极。

②若能使这种光电管产生光电效应的入射光的最大波长为λ,则能使光电管工作的入射光子的最小能量为______。

③若电流表读数是10μA, 则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少有_______个。

④一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV, 短路电流为40mA。若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压为________V。

【试题二】 天文学家在1997年根据天文观察宣布了下列研究成果:银河系的中心可能存在一个大“黑洞”(见提示1)。 距离“黑洞”约60亿千米的星体正以2000千米/秒的速度绕其旋转。

根据以上数据,试在经典物理范围内(见提示2、3),估算该“黑洞”的最大半径。提示:

1.“黑洞”是一种密度极大的天体,其表面的引力是如此之强,以至于在“黑洞”表面上的所有物质,即便初速度等于光速也逃脱不了其引力的作用。

2.光可看作是以光速C运动的某种粒子。

3.质量为m的质点和质量为M、半径为R的天体中心相距r(r>R)时,引力势能E[,p]=-GMm/r(G为万有引力恒量)。

【说明】 试题一属于“综合题”,涉及了太阳能的产生→转化→利用的全过程。编制中试图着重体现以下几个方面:①注意将零碎的信息整理归纳,如第1题估算太阳到地球的距离, 必须要从题给的材料中提取出太阳的辐射功率和地球接收的功率这两个数据;第2 题计算地球对太阳能的利用率,必须要理解大气流动的能量也属于地球对太阳能的利用方式。②注意对实际问题的理想化建模,如第1题的估算中, 由于太阳光对各个方向的辐射是均匀的,故对太阳可建立一个“球面模型”,即太阳每秒钟辐射的能量等于以太阳为中心、日地间距离为半径的球面上每秒钟获得的太阳能,由于日、地间的距离远大于地球半径,到达地球时的太阳光可视为平行光,这样就可对地球建立一个“平面模型”,即地球每秒钟接收到的太阳能相当于地球大圆面积的平面接收到的能量。借助以上两个模型才能沟通日、地间的距离与题给的两个功率之间的关系。③注意理论联系实际,如第3 题要求计算水力发电站的年平均发电量和风力发电的电功率,第4 题不但要求分析太阳能热水器的工作原理,而且还要求从技术的层面,说明如何在合适的位置设计安装进水和出水阀门。④注意相关学科知识的交叉、融合,如第2题的思路是:

吸收能量释放能量

光合作用───→葡萄糖───→供给生物体活动,这是联系生物学科与物理学科、生物学科与化学学科的重要途径。

试题二属于“信息题”,题中的“黑洞”概念在中学教材中并未出现,但根据题给的信息:星体能绕其旋转,说明“黑洞”是一个有质量的天体,星体绕“黑洞”作圆周运动的向心力,由万有引力提供;即使速度等于光速的物质也逃脱不出“黑洞”的引力范围,这表明物体尚未到达无穷远处时,其动能已全部用于克服引力做功,因而物体在“黑洞”表面处时,其动能与势能之和应小于零。

三、综合科目复习对策

综合测试以其题型综合化、知识多元化、能力多样化的强力冲击波全方位地介入了中学各科教学,引起了教育界人士的普遍关注。那么,在高考复习中应怎样指导学生作好准备,以适应这种“考你没商量”的考试形式呢?我们认为:

1.由于综合是建立在学科知识和能力基础上,学科个性越发挥,就越有助于把握学科之间的内在联系。因此,高考复习中,各学科一方面要固守好自己的学科阵地,注重夯实学科基础,帮助学生形成一个条理化、有序化、网络化的学科知识体系。特别是要有意识的把复习过程施行为学科思维活动的过程,解题中要增强交互性,充分调动和展现学生的思维过程,解题后要注重反思,总结出是怎样发挥学科能力的效应来指导解题的。另一方面要注意学科知识的开放性,努力实现学科自身的特性与学科间互通性的统一。对一些共性或普适性的原理或方法,如系统的方法、能量的方法、实验的方法、逻辑的方法等,各学科应齐抓共管,相互促进。

2.由于综合题具有面广量大,过程复杂、信息模糊、题干较长等特点,看一遍往往难以理清头绪。为此,在审题时应采用“通读一遍,分段审议、作图示意”的方法,即先对题意建立初步的、总的轮廓,然后对各个细节进一步研究,必要时可作图示意,弄清事物发生、发展和演变的过程,并根据问题的面貌与自身逻辑,把各学科知识有机地联系起来,以便对问题形成完整的认识。

3.由于综合测试提供的信息往往较多,要求能够阅读、理解、选择适当的资料,提取有效信息,解释相关问题。因此,重视培养学生提取、处理信息的能力是高考复习中不容忽视的重要方面,其中很重要的一条就是在平时训练中,切忌以教师的口授代替学生的读题,以教师的板画代替学生的作图。

4.由于综合题一般取材新颖,贴近生活,联系实际,往往无直接公式可套。这就要求学生能抓住事物发展的主要因素,突出现象的本质,将实际问题简化为简单的理想模型。以估算题为例,要提高估算能力需要从以下几个方面努力。首先要丰富感性认识,对周围事物的发展与变化多观察、多思考,了解这些事物发生、发展的过程;其次对物理概念与物理规律要深入理解,这是估算的基础;第三,掌握并正确运用建立理想模型的方法,特别是如何摒弃次要因素,突出主要因素,选取适当的模型,这是估算的关键;第四,因事制宜,选取恰当的数据;最后要善于运用数学工具,进行近似计算。

5.综合测试注重考查学生运用知识的创新意识和创新能力。近年来全国高考题、上海高考题频频出现“信息题”,这是考查学生创新精神的新题型。解决新情景信息题的关键是做好类比迁移,即通过对题给信息的分析,探索出试题设问的实际问题与中学各科知识的相同点或相似点,将所学的知识迁移到新情景中去。

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