核心素養理念下學業水平等級性考試命題探索與實踐

陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

按照新課程標準中有關學業質量的規定，做好學業水平等級性考試的命題，是貫徹落實新課標精神，使日常教學與考試評價統一、和諧起來，促進學生核心素養的順利形成和發展的關鍵.

2017年版的課程標準中，明確了學業質量標準與考試的關系.在課程標準中的P48中，明確指出：“高中物理學業質量分為五級水平，既是指導學生自主學習和評價，教師開展日常教學設計、命題和評價的重要依據，也是高中學業水平考試命題的重要依據.其中，學業質量水平4是用于高校招生錄取的學業水平等級性考試的命題依據.

如何按照學業質量標準，做好等級性考試的試題命制呢？本人根據長期的教學、教研和考試評價的實踐，談一些看法和做法，僅為拋磚引玉，不妥之處，敬請批評指正.

1 注重考查相對穩定的內容

考查穩定的內容應該成為等級性考試的一項原則.人們都會有這樣的經歷和體會，靜態知識不穩定，容易遺忘.能力相對穩定，科學素養相對穩定，核心素養穩定.核心素養是一個人在學習、生活、工作和創新狀態下的心理資源.穩定的內容，才能更好地促進人的全面發展和持續發展.核心素養水平高，具體的表現水平也會高，自然考試的表現水平也會高，將核心素養水平高的學生挑選出來，是高考內容改革的方向.

核心素養是一種教育理念，理念如何考？學業質量標準恰好是對核心素養具體表現水平做了刻畫，屬于穩定的內容，所以等級性考試就是要按學業質量標準水平4的內容命制試題.

如何科學、有效地按照學業質量標準水平4的內容命制試題呢?筆者認為，首先是認真學習和理解學科核心素養在4個維度上的本質內涵，認真學習和掌握學業質量標準水平4中的內容，用這個標準去研制試題，同時應注重處理好如下幾方面的問題.

2 進一步加強對物理概念和物理規律的考查

按照學業質量標準水平4的等級命制試題，很關鍵的體現，也是很重要的體現，就是要加強對物理概念和物理規律的考查.準確、客觀地說，沒有對物理概念和物理規律的理解，物理學科核心素養將一無所獲，一無所有.物理概念和物理規律是物理觀念中的核心內容，是科學思維的必備條件，是科學探究的重要基礎，是培養科學態度、增強責任意識、形成探索自然內在動力的重要保障.因此，學業水平等級性考試要進一步加強對物理概念和物理規律的考查.

(1)選擇題的考查可以嘗試“判斷依據”

客觀地說，近些年來，全國及自主命題的省份，高考物理試題都比較重視對物理概念和物理規律的考查.特別是通過選擇題的方式進行考查，較好地考查了學生對物理概念和物理規律的理解.核心素養理念下的試題命制要進一步加強對物理概念和物理規律的考查.如何進一步落實呢?

在發揮客觀性試題功能的基礎上，適當變革考查方式，進一步提高教育教學質量，落實核心素養課程目標.

例如，在選擇題的考查中可以嘗試運用“判斷依據”.具體地說，在題型說明中做如下闡述:

在每小題給出的4個選項中，只有一項符合題目要求.選出正確選項得4分，寫出正確的判斷依據得2分.

為使閱卷不產生過重負擔，在“判斷依據”中僅分為兩種情況，一是完全正確，二是其他情況.完全正確給 2分，其他情況不給分.

這樣嘗試，不僅能看到學生做出的選項，而且能夠看出學生的判斷依據.這種命題方式能夠克服一些學生在選擇題中胡蒙、瞎猜而得滿分的情況.更為重要的是，這樣的舉措可以讓全體教師和學生都清楚，學習物理概念和規律，不僅要學懂，而且要理解，還要在應用上下一些功夫，要在解釋自然現象和解決實際問題上下一些功夫.使物理課程的學習一開始就建立正確的學習方式和學習態度.同時，也促使命題教師更要把握試題的功能和價值.這樣能夠有效地提升物理教育的質量和水平，從而落實核心素養課程目標.

(2)試題舉例

【例1】如圖1所示，4個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同:

①中彈簧的左端固定在墻上;

②中彈簧的左端受到大小也為F的拉力作用;

③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動;

④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動.

若認為彈簧的質量都為零，以L1，L2，L3，L4依次表示4個彈簧的伸長量，則有 ( )

A.L2>L1

B.L4>L3

C.L1>L3

D.L2=L4

正確選項為D.

圖1 例1題圖

判斷依據：選取彈簧為研究對象，對彈簧進行受力分析，如圖2所示, 彈簧受到F和F1的作用，根據牛頓第二定律，F-F1=ma,由于是輕彈簧，所以F1=F.故4種情況下彈簧受力情況相同，伸長量相同.

圖2 彈簧受力分析圖

解決本題，要選好研究對象，要建構物理模型，要進行正確的受力分析，要根據牛頓運動定律進行邏輯推理.所以很好地考查了學生在物理觀念、科學思維等方面的素養.

【例2】應用物理知識分析生活中的常見現象，可以使物理學習更加有趣和深入.例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，直至將物體拋出.對此現象分析正確的是( )

A.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于超重狀態

B.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于失重狀態

C.在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D.在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

正確選項為D.

判斷依據：選擇物體為研究對象，物體離開手的瞬時加速度是重力加速度，方向豎直向下.當手做減速運動的加速度大于物體的加速度時，手才能離開物體.

這個題目考查了學業質量標準水平4物理觀念中的“能正確解釋自然現象，綜合運用所學的物理知識解決實際問題”的能力.

3 進一步加強對實際問題的考查

(1)聯系實際是物理課程一直傳承的教育理念

聯系實際，這是物理課程一直傳承的教育理念.聯系實際一方面讓學生覺得物理有用、物理有趣、物理有意義.另一方面能夠很好地考查學生的物理觀念、科學思維，包括科學探究以及科學態度與責任等方面的素養.因為在解決實際問題的過程中，要確定研究對象，要建構物理模型，要運用邏輯推理，要有實事求是的科學態度，要具有提出新問題的意識和能力.

(2)試題舉例

【例3】俯臥撐是一項很好的鍛煉身體的運動.一名高中生，他的身高為1.76 m，質量是60 kg .經過測量，他在26 s時間內，連續做了20個比較規范的俯臥撐.有關材料顯示，人體的重心大約在身高的55%的位置處.這名高中生在做這組俯臥撐的過程中，克服重力做功的平均功率大約為( )

A.10 W B.100 W

C.1 000 W D.10 000 W

正確選項為B.

圖3 例3題圖

判斷依據：將人體抽象為一個鋼性桿，如圖3所示， 每次肩部下降的距離約40 cm，由幾何關系，每次人體重心上升的距離約為20 cm，每次克服重力做功約為120 J，克服重力做功的平均功率約為90 W.

在解決問題的過程中，需要建構物理模型.對每次俯臥撐重心上升的高度做出正確的估算.因此，很好地考查了學生在物理觀念和科學思維等方面的素養.

【例4】一人看到閃電12.3 s后又聽到雷聲.已知空氣中的聲速約為330～340 m/s，光速為3×108m/s，于是他用12.3除以3很快估算出閃電發生位置到他的距離為4.1 km.根據你所學的物理知識可以判斷( )

A.這種估算方法是錯誤的，不可采用

B.這種估算方法可以比較快速地估算出閃電發生位置與觀察者間的距離

C.這種估算方法沒有考慮光的傳播時間，所以結果誤差很大

D.即使聲速增大2倍以上，本題的估算結果依然正確

正確選項為B.

判斷依據：聲速約為330～340 m/s，每3 s聲音傳播的距離大約為1 000 m，用12.3 s除以3即可得出.

這是一種快速估算方法.解決問題時首先要想到采用簡潔的方法，簡潔的方法是智慧的方法.

這種方法需要具備物理學常識.常識1:閃電傳播到人眼需要的時間非常之短，這段時間可以忽略不計.常識2:閃電位置距離觀察者很遠，因為聲音傳到觀察者的時間是十幾秒，在這種情況下可以進行如上快速估算.這種常識的形成是在學習和理解物理知識后才能獲得的.

解決這個問題仍需要建構物理模型，比如，建立聲波在空氣中是按直線傳播的抽象模型.因此，很好地考查了核心素養中的物理觀念和科學思維等方面的素養.

4 進一步加強對物理學方法的考查

(1)物理學方法是科學方法

物理學方法，不是技巧，更不是雕蟲小技，是在研究問題、解決問題中經過實踐檢驗的科學方法.阿基米德有一句震驚世界的話:“給我一個支點，可以把地球撬動”.這句話激勵著多少代科學家和科技工作者，去不斷地尋找正確的方法，方法顯示力量.

物理學方法是人類思想史上最寶貴的財富之一.感悟、體會和掌握物理學方法，對提高學習能力，提高探究能力，形成和發展核心素養有重要作用.

(2)試題舉例

【例5】 早在16世紀末，伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的.當時只能靠滴水計時，為此他設計了如圖4所示的“斜面實驗”，反復做了上百次，驗證了他的猜想.請你結合勻變速直線運動的知識，分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的.

圖4 例5題圖

分析說明：小球的初速度為零，如果小球的速度隨時間均勻增加，其速度v∝t，它通過的位移x∝t2.所以，只要測量小球通過不同位移所用的時間，就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化.

這種簡述看起來不太難，殊不知，學生對這種闡述問題的方式是陌生的，因此，是有很大難度的.

本題利用物理學史，展示伽利略對勻變速直線運動研究的過程和方法，用滴水計時的方法研究運動規律.在考查勻變速直線運動的過程中，考查物理學研究問題的方法.

伽利略斜面如圖5所示.這幅圖美輪美奐，圖中的斜面是有震撼的，在這個斜面上曾經創建物理概念，確定運動規律，斜面給人們帶來很多啟發和記憶.

圖5 伽利略斜面實驗

本題很好地考查了物理學方法，即如何通過斜面實驗研究物體運動規律.

【例6】2018年平昌冬奧會，如圖6所示，我國男子花樣滑冰選手金博洋拿到了寶貴的第四名.這是中國男子單人滑在冬季奧運會歷史上的最佳成績.他在比賽當中完成了3個漂亮的四周跳.四周跳，即運動員騰空后，身體在空中連續完成4個360°的旋轉.如果運動員在完成四周跳的過程中，身體的騰空高度約為0.7 m(可視為重心上升的高度)，水平方向移動的距離約為2 m ，請你估算:

圖6 金博洋在滑冰

(1)運動員開始騰空時水平方向分速度的大小?

(2)運動員完成一周旋轉所用的時間?(忽略空氣阻力的影響)

解決此題，要建構物理模型.運動員騰空的過程，將他視為一個質點；運動員旋轉時將他視為一個整體.

將運動員的騰空過程視為拋體運動，軌跡如圖7所示.

騰空高度

h=0.7 m

水平方向運動的距離

x=2 m

空中運動時間

水平方向運動的距離

x=vxt

完成四周旋轉需要時間為

完成一周所需時間

圖7 運動員騰空過程示意圖

物理學發展的過程中，建立了卓越的方法體系.注重對物理學方法的考查應成為物理試卷的鮮明特點.通過一定載體，考查對物理學方法的理解和掌握情況.

5 進一步加強對實驗能力的考查

(1) 物理學是一門以實驗為基礎的科學

實驗是物理學科的特點和特色，實驗、實驗探究是物理學科的學科優勢.

實驗可以使學生獲得直接經驗，直接經驗對學生建構概念，認識規律，有重要作用，直接經驗，對于學生的成長有重要作用.

實驗事實+邏輯推理的方法，開創了物理學的新篇章.物理教學中不僅用斜面、滑塊、光電門、磁鐵、線圈等材料做實驗，還要教會學生，思想上也可以做實驗，即做理想實驗.

思想上的實驗與真實的實驗相輔相成；

思想上的實驗以真實的實驗為基礎；

思想上的實驗可以成就真實的實驗；

真實的實驗，思想上的實驗，共同成為考查學生實驗能力的載體.通過考查實驗，能夠比較全面地考查學生的綜合能力.

(2)試題舉例

【例7】物理課上，老師做了一個奇妙的“跳環實驗”.如圖8所示，她把一個帶鐵芯的線圈L,開關S和電源用導線連接起來后，將一金屬套環置于線圈L上，且使鐵芯穿過套環.閉合開關S的瞬間，套環立刻跳起.某同學另找來器材再探究此實驗.他連接好電路，經重復試驗，線圈上的套環均未動.對比教師演示的實驗，下列4個選項中，導致套環未動的原因可能是( )

A.線圈接在了直流電源上

B.電源電壓過高

C.所選線圈的匝數過多

D.所用套環的材料與老師的不同

圖8 例7題圖

通過題目所述的實驗及實驗現象，很好地考查了學生對電磁感應現象、楞次定律、力和運動的關系等內容理解和掌握的情況.

解釋現象，特別是解釋實驗現象是加深對物理概念和物理規律理解的最有效方法之一.愛因斯坦曾說過，如果你不能簡單的解釋它，說明你還沒有很好的理解它.

【例8】在學生分組實驗，探究力的平行四邊形定則的實驗中，如圖9(a)所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細線的結點，OB和OC為細繩.圖9(b)是在白紙上根據實驗結果畫出的力的圖示.

研究物理問題首先要確定研究對象，本實驗中你認為研究對象是什么? 并闡述理由.

圖9 例8題圖

(1)研究對象選橡皮筋

選取橡皮筋為研究對象，兩個測力計拉橡皮筋時，橡皮筋共受3個力的作用，處于平衡狀態.兩個測力計拉力的合力與圖釘對橡皮筋作用力相平衡.改用一個測力計拉橡皮筋，測力計拉力與圖釘對橡皮筋作用力相平衡，所以一個測力計拉力的作用效果與兩個測力計共同作用的效果相同.

(2)研究對象選結點O

選取橡皮筋與輕繩的結點O為研究對象，兩個測力計拉結點時，結點共受到3個力的作用，處于平衡狀態.兩個測力計拉力的合力與橡皮筋對結點的作用力相平衡.改用一個測力計拉結點，測力計拉力與橡皮筋對結點的作用力相平衡，所以一個測力計拉力的作用效果與兩個測力計共同作用的效果相同.

兩個研究對象，都可以解決探究力的平行四邊形定則的問題.重要的是學生要能夠做出合理的解釋.

通過考題，讓學生明白，研究和解決物理問題，第一步就是要確定研究對象.接下來，對研究對象做正確的受力分析，觀察研究對象所處的狀態.形成相應的結果.

6 進一步加強對探究能力的考查

(1)讓探究成為一種理念，一種情趣

學生學習能力最高層次的體現，應體現在探究能力上.探究是一種認知方式，一種態度，一種能力，一種習慣，一種情趣，一種素養.具有探究意識的人，才能具有創新精神和創新能力.具有探究意識的人，在探究的過程中，會感受到發現的興趣與快樂.探究能力是創造力的基礎.

科學工作者，為了給一個科學假設提供證據，會堅持不懈地探索，在探索的過程中往往會得到意外的驚喜，這就是科學探究的魅力.讓探究成為一種理念，成為一種態度，成為一種情趣.

學業水平等級性考試，為高校選拔新生，要進一步加強對學生探究能力的考查.

教學中教師有責任幫助學生增強探究意識，提升探究能力.

(2)試題舉例

【例9】觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠單位面積接收的電磁波功率越小，觀測越困難.為了收集足夠強的來自天體的電磁波，增大望遠鏡口徑是提高天文觀測能力的一條重要途徑.2016年9月25日，世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡FAST在我國貴州落成啟用，被譽為“中國天眼”.FAST直徑為500 m，有效提高了人類觀測宇宙的精度和范圍.

(1)設直徑為100 m的望遠鏡能夠接收到的來自某天體的電磁波功率為P1，計算FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率P2；

(2)在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的.僅以輻射功率為P的同類天體為觀測對象，設直徑為100 m的望遠鏡能夠觀測到的此類天體數目是N0，計算FAST能夠觀測到的此類天體數目N.

解析：(1)地球上不同望遠鏡觀測同一天體，單位面積上接收的功率應該相同，因此

(2)在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的.因此，一個望遠鏡能觀測到的此類天體數目正比于以望遠鏡為球心、以最遠觀測距離為半徑的球體體積.模型如圖10所示.

圖10 望遠鏡觀測天體模型1

其中M表示地球，虛線圈1表示以最遠觀測距離為半徑的球體體積.

繼續建構模型如圖11所示.

圖11 望遠鏡觀測天體模型2

M表示地球，虛線圈1表示以最遠觀測距離為半徑的球體體積.

N表示離地球最遠的還能觀測到的天體，虛線圈2表示天體輻射電磁波的球面波模型.

地面上望遠鏡能觀測到此類天體需收集到的電磁波的功率的最小值相等.

設直徑為100 m的望遠鏡和FAST能觀測到的最遠距離分別為L0和L，則

所以

L=5L0

則

試題設計了一個新情景、新問題，涉及新知識.解決這個問題，要求考生具有很強的獲取新知識的能力，豐富的空間想象能力，很強的建構物理模型的能力，較扎實的邏輯推理能力以及自覺的探究意識和探究能力.通過閱讀和觀察，獲取新知識、新方法，這對學生來說應該就是一種探究能力.此題不僅是情景創新，同時也是問題創新，很值得回味思考.

一般來說，對于高考試卷的最后一道題，大家都會翹首期盼.因為這道題，很難研制，它不同于以往的一個復雜綜合題.它有很多功能，如不言而喻的選拔功能，讓優秀學生展示才華的功能等等.還要體現高考的公平、公正.因此，要以一個全新的姿態與全體考生見面.高考之后，這個題目很可能成為一個重要的教學資源.它是一個體現集體智慧、反映創新成果、落實核心素養課程目標的一個作品.當你用欣賞和期盼的心態去審視這個題目時，有時會給你靈感.

以上幾個題目展示，僅僅是拋磚引玉.落實核心素養課程目標，按照學業質量標準研制一份能夠考查學生學業成就表現的試卷是有相當難度的.特別是等級性考試的試卷，不僅為高校選拔合格新生，而且要為日常的教學發揮正確的導向作用，有其重要的作用和價值.命制這樣的試卷，需要多方面人才的共同努力，需要有正確的教育理念，扎實的知識架構，豐富的教學實踐，敏銳的時代意識，包容的心態，實事求是的科學態度和探索精神.相信，實踐探索一段時間之后，物理核心素養會深入人心，學業質量標準會發揮其作用，體現和落實核心素養課程目標的試題會不斷地涌現.讓我們共同努力!