基于物理素養導向的高考物理試題探析及教學建議

陳一鳴

修訂后的普通高中物理課程標準指出，物理素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質。高中物理課程旨在促進學生的物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任四個方面的物理素養的形成和發展。顯然，物理素養已經成為中學物理教育的熱點內容，成為物理教師深化基礎教育課程改革、落實素質教育目標的關鍵要素，成為既保證學生的共同基礎，又為其個性發展提供空間的有力詮釋。

一、高考全國卷對物理素養的考查

為更為全面、透徹地理解物理素養，筆者從2017年全國高考課標I卷理科綜合中擷取了部分試題，試圖從物理素養的導向來探析高考物理試題，并發現其特點。

1. 重視概念、規律，突出考查物理觀念

物理觀念是關于物質、運動、相互作用以及能量等的基本認識，是物理概念、規律在頭腦中的提煉和升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。物理觀念主要包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素。

一切物質都在運動，物理學研究的物質的運動形式包括機械運動、熱運動、電磁運動、原子、原子核和核內粒子運動在內的物質運動。運動觀念是指人們對時間、空間、參照系以及相關物理量隨速度而變化的關系的認識。

例1（全國I卷第15題）：發球機從同一高度向正前方依次水平射出兩個速度不同的乒乓球（忽略空氣的影響）。速度較大的球越過球網，速度較小的球沒有越過球網，其原因是（ ）

A. 速度較小的球下降相同距離所用的時間較多

B. 速度較小的球在下降相同距離時在豎直方向上的速度較大

C. 速度較大的球通過同一水平距離所用的時間較少

D. 速度較大的球在相同時間間隔內下降的距離較大

解析：本題以“兩球在空氣中做平拋運動”的經典模型為命題背景，靈活地考查了考生應用基本物理概念和基本物理規律的半定量思維能力，體現了高考對運動觀念的要求。本題涉及的物理素養的級別已達水平3，即具有物理觀念，能從物理學的視角正確理解、計算、判斷平拋運動。

顯然，高考以物理概念、物理規律為載體，考查學生的物理觀念，引導學生形成或初步形成經典物理、現代物理的物質觀念、運動觀念與相互作用觀念、能量觀念，最為關鍵的是能用這些觀念解釋自然現象和解決實際問題。

2. 堅持能力立意，重視科學思維

科學思維是對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認知方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。

模型建構是指，在高中所涉及的質點、點電荷、勻強電場等物理概念和勻變速直線運動等物理過程都是物理學家建構的理想模型，它們是根據人們的抽象思維和想象力，采用理想化和純粹化的辦法所創造的能再現原型的本質聯系和內在特性的一種簡化模型。物理學中的規律主要是通過對物理模型的研究得出。

例2（全國I卷第21題）：如圖（圖略），柔軟輕繩ON的一端O固定，其中間某點M拴一重物，用手拉住繩的另一端N，初始時，OM豎直且MN被拉直，OM與MN之間的夾角為（ ）。現將重物向右上方緩慢拉起，并保持夾角不變。在OM由豎直被拉到水平的過程中（ ）

A. MN上的張力逐漸增大

B. MN上的張力先增大后減小

C. OM上的張力逐漸增大

D. OM上的張力先增大后減小

解析：要求考生立足于三力平衡的基本模型，利用動態分析的圖像法和三角函數等知識定性與定量求解，得出各力變化的結論，對學生的分析、推理能力要求較高。本題涉及的物理素養的級別已達水平4，即能根據解決問題的需要建構物理模型，能采用不同方式分析解決問題。

高考對學生能力的考查是多維度的，有推理能力、分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力、建構物理模型的能力，以及尋找證據、評估證據、運用證據的能力，還有質疑和創新能力。

3. 關注理論聯系實際，培養科學態度與責任

科學態度與責任是指在認識科學本質，理解科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成的對科學和技術應有的正確態度以及責任感。科學態度與責任主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素。

如社會責任是指學生在進行物理研究和物理成果應用時，能遵循普遍接受的道德規范，理解科學·技術·社會·環境的關系，熱愛自然，具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任感。

例3 （全國Ⅲ卷第14題）：2017年4月，我國成功發射的天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室完成了首次交會對接，對接形成的組合體仍沿天宮二號原來的軌道（可視為圓軌道）運行。與天宮二號單獨運行時相比，組合體運行的（ ）

A. 周期變大

B. 速率變大

C. 動能變大

D. 向心加速度變大

本題主要深入考查了萬有引力與航天的相關內容，試題緊跟時代，體現物理學在科學研究及技術應用上的新發展。本題涉及的物理素養的級別已達水平3。

物理教學的目的不僅僅是向學生傳授知識，更重要的是促進學生良好科學態度的養成，培養學生正確認識科學的本質，激發他們的好奇心與求知欲，具有社會責任感。

二、如何實施高中物理素養的培育，應對高考考試內容的變化

1. 集中精力放在物理素養的培養上

物理學科哪些概念、規律最重要？哪些方法是物理學科最重要、最常用的方法？哪些思想位于物理學金字塔的塔尖？這些需要一線教師認真、反復、慎重地去比較、遴選，在最核心的內容上、方法上、思想上集中精力花心思去教學，而不是把大量的時間精力用在解題上。endprint

2. 在學科教學中滲透物理方法

高中物理教材中蘊含了豐富的科學研究方法，但這些方法往往隱藏在物理知識中，這就需要高中物理教師充分去挖掘，然后在教學中主動地、有意識地去滲透。高中物理規律的得出的最常用方法就是實驗歸納法，如牛頓第二定律、楞次定律、光的折射定律等，這些規律的得出往往有幾個步驟：實驗、觀察、分析、歸納得出一般結論。但是，沒有人對這種方法提出質疑。這就是科學方法教育的遺憾。我們知道，歸納法是基于少量物理現象總結得出的一般結論，結論是否可靠還需要大量實驗的驗證。正確的做法該如何？ 從一個實驗現象中得出結論后，教師還要有意識地至少列舉出兩三個同類現象，甚至更多的同類現象，有時還要從理論上給出解釋。辯證法告訴我們，同類事物具有共同性，但還有特殊性及個性，事物是共性和個性的統一體。物理規律揭示的就是一類自然現象的必然性，歸納法是從同類事物中的個別事物具有的屬性推廣到同類事物的全體，而同類事物雖然具有共同的特點但又各有特殊性，歸納法得出的結論有時并不適用于全體事物。這樣不僅培養了學生的科學推理方法，更重要的是培養了學生的批判、質疑精神。而當今時代，批判性思維被稱為高端思維，它是創新、創造所必須具有的思維。

3. 注重物理實驗教學

著名心理學家皮亞杰指出：一切知識起源于認識主體的實踐活動。 物理實驗不僅能培養學生的動手能力，還能培養學生的精細化觀察力、設計能力，培養學生克服困難的勇氣，培養學生的恒心、毅力等非智力品質。

4. 講好物理學家的故事

今天的物理教材，普遍成為物理知識的載體，堆砌著一大堆的名詞、概念、公式，缺乏趣味性，可讀性不強，讓學生感到枯燥。可是，這些名詞、概念、公式的建立、發現凝聚著無數物理學家的智慧、心血，背后隱藏著大量的有趣的故事。科學發現的過程是一個否定之否定的過程，是一個螺旋式上升的過程。讓學生了解科學發現的曲折，可以增強學生對科學的熱愛、對科學家的崇敬之情。

總之，物理學科素養以學生發展為核心價值追求，是對知識與技能、過程與方法，以及情感、態度與價值觀的三維目標的整合，是確定高中物理課程標準、知識體系、質量標準的依據和導向。為與新的課程標準的學科素養保持一致，高考考試大綱已逐步調整，高考物理試題也將圍繞物理素養來編制。中學物理教師應積極轉變觀念，主動學習，加強研究，更新教學方式，優化教學過程，努力促進學生的物理素養的提高，以適應高考改革的趨勢。

責任編輯 羅 峰endprint