基于物理核心素養分析高考試題反思課堂教學

陳志勝

摘要：通過基于普通高中課程標準修訂后提出的物理核心素養，選擇近年高考中部分優秀試題，從試題對核心素養考查的角度和具體表現方式以及學生的思維難點等進行對比分析，討論思考課題教學過程的改進和提升點，努力從著眼于學生終生發展的角度實施教學.

關鍵詞：物理；核心素養；分析；高考試題；反思

2016年普通高中課程標準進行了新一輪的修訂，凝練出“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”、“科學態度與責任”四個方面構成的物理核心素養.物理核心素養是對三維目標的總結、提升和凝練，是深化教學改革的頂層設計，是學生科學素養養成的重要基礎，是新時期教、學、評價和考試等教學活動的統領和依據.本文筆者以近年高考試題為例，從物理核心素養的角度分析試題，反思高中物理教學、備考改進和提升點.

1注重物理概念和規律的理解、提煉和升華，培養 “物理觀念”素養

例1（2015全國Ⅰ卷第19題）1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”.實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖1所示.實驗中發現，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后.下列說法正確的是

A.圓盤上產生了感應電動勢

B.圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動

C.在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發生了變化

D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針轉動

分析：本題以阿拉果“圓盤實驗”為情景，考查學生從物理學視角解釋現象和解決實際問題的能力，涵蓋了對“物理觀念”、“科學思維”等學科素養的考查.對學生而言存在兩個難點：一是“圓盤實驗”并未在教材中出現；二是教材中對渦電流要求層次為了解.如果從物理核心素養的層次分析，則可感悟到本題可很好地體現對學生“物理觀念”的考查.“圓盤實驗”是典型的電磁驅動現象，與教材中閉合導線框驅動實驗（圖2）相似，只是首先相對地面運動的對象一個是磁體，一個是金屬圓盤，結合運動相對性，兩個現象可概括為——磁體和導體發生相對運動，引起了感應電流，感應電流與磁場發生相互作用，磁場力驅動線圈或小磁針運動，產生宏觀的電磁驅動現象.則可判定選項A、B正確.

反思：上述基于對物理概念和規律的理解，運用運動觀念、相互作用觀念和對比分析的方法，基于事實證據和科學推理解釋現象，提出見解和判斷的能力就是“物理觀念”、“科學思維”的體現.因此在課堂教學中應注重學生對物理概念和規律的理解、提煉和升華，加強學生從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題能力的培養和訓練，促進學生“物理觀念”的形成.

2注重推理能力、分析綜合能力的培養，發展 “科學思維”素養

例2（2016全國Ⅰ卷17題）利用三顆位置適當的地球同步衛星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊.目前，地球同步衛星的軌道半徑約為地球半徑的66倍.假設地球的自轉周期變小，若仍僅用三顆同步衛星來實現上述目的，則地球自轉周期的最小值約為

A.1 hB.4 hC.8 hD.16 h

分析：本題以三顆“位置適當”的地球同步衛星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊為背景，突出考查學生的“科學思維”素養.首先學生必須建構出三顆衛星在空間互成120°位置分布而完成全球通訊的物理模型（圖3）；其次綜合地球同步衛星的特點和開普勒第三定律（T2∝r3），推理分析：求地球自轉周期就轉換為求地球同步衛星公轉周期，求最小周期轉換為求最小公轉半徑，然后再構建出符合題設條件的模型情景（圖4），由幾何關系及T2∝r3即可得出結論，選項B正確.

例3（2013福建卷第22題）如圖5甲，空間存在—范圍足夠大的垂直于xoy平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B.讓質量為m，電量為q（q>0）的粒子從坐標原點O沿加xoy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中.不計重力和粒子間的影響.（1）略；（2）略；

（3）如圖5乙，若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強電場，一粒子從O點以初速度v0沿y軸正向發射.研究表明：粒子在xoy平面內做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數與場強大小E無關.求該粒子運動過程中的最大速度值vm.

分析：本題以帶電粒子在復合電磁場中的運動為背景，重點體現對學生抽象概括、分析綜合、推理論證等“科學思維”能力的考查.

試題難點是第（3）小題中對“粒子在xoy平面內做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數與場強大小E無關.”的理解和表達應用.要求學生：一是能建立速度大小與空間坐標關系（vm=kym）；二是把 “比例系數與場強大小E無關”抽象、概括、推理到特殊情況：當E=0時，粒子只受磁場力作用做勻速圓周運動而且遵循上述關系則可得v0=kR0，進而完成解答.上述通過推理、轉化、巧妙地突破“比例系數”未知這一難點的方法，體現了物理學中“從一般到特殊”分析問題的基本方法和思想，要求考生具備非常高的物理學科能力和科學素養.

反思：科學思維是應用物理知識解決問題的重要保證，因此在課堂教學過程中要注重知識的生成過程，引導學生理解重要的物理概念和規律，對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系深入思考和分析；學習、體會科學研究的方法，培養學生分析綜合問題的能力，努力從模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素全面發展學生的“科學思維”素養.

3重視物理實驗，突出問題、證據、解釋、交流與合作等要素，提升 “科學探究”素養

近年來高考對物理實驗探究能力的考查都有共同的特點和趨勢，一般不直接考查考試大綱必做實驗，而是通過創設新情景、新任務，側重考查學生運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設計性實驗等方面的能力和素養.

如2016年全國Ⅰ卷第23題的熱敏電阻控制的報警系統的設計、組裝和調試；全國Ⅱ卷第23題用電阻箱分壓方式測電壓表內阻的實驗設計與分析；全國Ⅱ卷第23題用轉移鉤碼的方法及傳感器結合創新探究加速度與合外力的關系.

因此，課堂教學一方面要讓學生高質量完成基本實驗，更要準確理解和體會實驗中所展現的物理方法和所要達到的能力目標；另一方面使學生學習面對真實情境，從不同角度提出物理問題，作出有依據的猜測；制訂科學探究方案，正確使用器材獲得數據；用多種方法對數據進行描述和分析，發現規律，形成結論，并進行解釋；撰寫完整規范的科學探究報告，交流、反思探究過程與結果.充分發揮物理實驗在培養學生的科學思維、探究能力、科學態度和科學精神方面的作用和地位，促進學生的“科學探究”素養的提升.

4關注科技發展及其對社會進步和環境的影響，提高 “科學態度與責任”素養

以科技最新進展和社會熱點問題為背景是近年來高考中的常見命題角度，這既考查學生“科學態度與責任”核心素養，也對中學課堂教學產生指導作用.

如2016天津卷第3題以“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接為背景；2016年四川卷第23題以“中國將建造世界上最大的粒子加速器”為背景；2016北京卷第20題以“霧霾天氣”為背景.

因此在課堂教學中要充分利用物理學與科學技術、生產、生活實際的緊密聯系，引導學生了解科學研究歷程，理解科學·技術·社會·環境關系，加深對科學本質、科學態度和社會責任的認識，提高“科學態度與責任”素養.

綜上所述，物理核心素養的明確提出，對高中物理教學提出了更高的要求，教師不僅要在使用高考經典試題過程中要加強分析，力求感悟試題中所含的對物理核心素養的要求，進一步提高課堂效率，更重要的是要不斷提高自身的專業理論水平和加深對物理學科本質的理解，不斷提升自身的物理學科素養，才能很好地落實課程目標，完成教育教學任務，促進學生的終生發展.