STSE情景材料试题特点分析

广东

STSE是科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)、环境(Environment)的英文缩写。STSE情景材料试题是以科学发展、技术进步、社会生活、环境保护等方面内容为背景而设置的一类物理试题。这类试题广泛涉及日常生活、社会热点、科技前沿、能源环保等方面的内容，具有浓厚的时代气息，考查学生的实践能力与创新能力，体现“从物理走向生活，从生活走向物理”的教学理念，引导学生理论联系实际，学以致用。在解答这类试题过程中，要求考生能够对试题所展示的具体情景进行分析、理解和判断，弄清楚物理情景，抽象出物理模型，运用相应的物理知识进行解答。

一、STSE情景材料试题基本特点

1.时代性：这类试题知识背景新颖，选材紧扣科技前沿，贴近生活，具有明显的时代性。学生在接触到这类试题时，往往会产生一种既陌生又似曾相识的感觉。

2.模型性：这类试题能够很好地考查学生的模型建构能力，学生解答试题时，要把题目所反映的具体情景转化为抽象的理想化模型进行分析，然后利用学过的物理知识进行求解。

3.迁移性：试题内容涉及到的材料可能会超越教材内容，但考查的知识点不会超出《考试大纲》；学生解答试题时，要明确题中的问题与哪些物理知识相联系，应该采用什么物理模型，运用什么物理规律进行解答。

4.隐蔽性：试题有较强的隐蔽性，会使部分学生读完试题后，感觉不知所云。这要求学生认真阅读试题，对试题内容去粗取精、去伪存真，抛弃干扰信息，利用有效信息，利用相关知识建模、列式、求解。

二、STSE情景材料试题题目结构

这类试题选材灵活，立意新颖，阅读量比较大，学生在审题时容易出现既陌生又似曾相识的感觉，题中的有效信息以及信息之间的关系难于一眼看穿，这要求学生认真审题，仔细分析，绕开“陷阱”，走出误区，挖掘并筛选其中的有效信息。试题一般都由三部分组成：背景材料、题设条件、所求问题。

三、STSE情景材料试题处理思路

1.读懂材料，获取信息。这类试题的一个显著特点是题干字数较多，叙述较长，如果试题配以图、表，则题目信息量更大。要求学生能够通过阅读、理解和分析从题干中筛选信息，提取有效信息。

2.明确要求，应用信息。要求学生先粗略浏览一遍题目，明确试题中讲述了什么物理内容、涉及了哪些物理知识、需要解决什么物理问题。

3.构建模型，运用规律。对试题中的有效信息进行比较、分析，转化成较为熟悉的信息，把试题所反映的问题情景转化为相应的物理模型，并将物理模型与所学过的物理知识、物理规律联系起来。

4.分析推理，列式求解。利用试题中提供的有效信息，结合物理知识、物理规律进行分析综合、迁移变化，最后列方程求解。

四、STSE情景材料试题分类解析

1.与科学发展联系类试题

这类试题往往以近代我国及世界上重大科技成果为素材进行命制试题，如核能的开发与利用、电子信息技术、空间技术、智能机械工程、生物工程、超导的研究等高新科学技术，会给学生一种“高、新”的感觉，这要求学生在平时除了注意知识的延伸拓展，还要注意心理素质的培养，确保在处理这类问题时做到“不紧张、细分析、筛信息、建模型、促解决。”

【例1】(2014年四川卷)石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯仓沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换。

(1)若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h1的同步轨道站，求轨道站内质量为m1的货物相对地心运动的动能。设地球自转角速度为ω，地球半径为R。

(2)当电梯仓停在距地面高度h2=4R的站点时，求仓内质量m2=50 kg的人对水平地板的压力大小。取地面附近重力加速度g=10 m/s2，地球自转角速度ω=7.3×10-5rad/s，地球半径R=6.4×103km。

【点评】本题以石墨烯的发现为背景，以“太空电梯”为话题，要求考生认真解读题中所给信息，抓住问题的关键，正确建立物理模型，灵活运用牛顿运动定律、万有引力定律、动能等知识解决相关问题。试题具有明显的时代性与迁移性，把对物理基础知识和基本技能的考查放在具体情景之下。引导学生在学习中应关注现代科技发展，注重理论联系实际，加强材料的阅读与理解、信息的分析与处理等方面能力的提高。

2.与技术进步联系类试题

物理学与生产技术存在着密切联系，物理学基础理论的重大突破，推动着生产技术的进步和发展，促进新技术科学的兴起。与技术进步联系类试题，物理情境相对复杂，但考查的相关知识较为根本，万变不离其宗，试题充分彰显“起点高、落点低”的特点。学生在物理学习中，应重视物理学与生产技术的关系，用现代观念看待物理知识的实际应用，加深对现代生产技术的认识，培养运用所学知识分析解决现代生产技术问题的能力，增强社会责任感，增强了解物理学习的社会意义。

【例2】(2016年天津卷)电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为θ。一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动，铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是边长为d的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为B，铝条的高度大于d，电阻率为ρ，为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为g。

(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I；

(2)若两铝条的宽度均为b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式；

(3)在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度b′>b的铝条，磁铁仍以速度v进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化。

【点评】本题以车辆上的电磁缓冲器装置为素材，考查通电导体棒切割磁感线、电路、受力特征等综合问题。考查了考生推理分析能力、归纳能力与运用数学知识解决物理问题的能力，考查情景新颖，体现了从物理走向生活的教学理念。

3.与社会发展联系类试题

这类试题往往与社会发展、生活实际联系在一起进行命制试题，给学生一种“亲近”的感觉，考查学生把原始物理问题转化成合适物理模型的能力及解决实际问题的能力，引导学生关注生活，注重科学探究。学生在平时物理学习中，应广泛地联系社会生活实际，扩充自己的知识面，开拓自己的眼界，从而真正感受到物理学就在身边，感受到物理学是一门活生生的学问。

【例3】(2016年四川卷)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图竖直平面内，制动坡床视为水平面夹角为θ的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4 m时，车头距制动坡床顶端38 m，再过一段时间，货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44。货物与货车分别视为小滑块和平板，取cosθ=1，sinθ=1，g=9.8 m/s2。求：

(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；

(2)制动坡床的长度。

【答案】(1)5 m/s2，方向沿斜面向下 (2)98 m

【点评】该题结合实际生活情景—高速公路上的避险车道，考查了牛顿第二定律、匀变速直线运动规律和摩擦力等基本知识。要求考生做到理论联系实际，仔细解读题目所叙述的物理现象，从相关图中获取有用的解题信息，建立合理的物理模型。体现了把学到的“理”运用到“物”中的过程，同时教育学生要自觉遵守交通规则，体现了试题的人文关怀。学生在物理学习中，要以物理知识与方法为依托，从物理学的角度研究生产生活中的新产品、新设施，做到理论联系实际，培养创新意识和实践能力。

4.与环境保护联系类试题

以能力立意为主，理论联系实际，引导学生关心身边的现象和事件，关注我们生活环境的变化，是全国高考命题的一个重要指导思想。让学生理解物理知识在解决环境问题、能源危机中的责任和作用，其意义已超出学生应用物理知识解答试题本身。这类试题让学生树立科技服务社会的意识，利用科技兴利除弊，提升学生的科学素养、核心素养。

【例4】(2016年北京卷)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM 10、PM 2.5分别表示直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。

某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM 10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM 10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料，以下叙述正确的是

( )

A.PM 10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物

B.PM 10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力

C.PM 10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

D.PM 2.5浓度随高度的增加逐渐增大

【答案】C

【点评】以雾霾天气为背景，内容贴近生活，试题考查了数量级换算，以及力学、热学方面的知识，同时兼顾获取信息、建立模型、分析综合等方面能力的考查。命题方式新颖，设问灵活，试题材料来源于生活，贴近生活，具有鲜明的时代感，体现了物理学与社会、环境的联系，树立起保护地球，爱护环境的理念。

五、总结