武漢市一年來高三物理調研考試科學探究題探析

為備戰高考，我市高三物理行之有效、堅持多年、有廣泛影響力的調研考試當屬九月起點調研考試、二月調研考試和四月調研考試，其組成涵蓋高中物理全部核心知識、緊盯高考、模擬高考的方向性引領。我市多年高考物理優良成績證明了這種做法的正確性、權威性，在學校、學生、家長中有廣泛的影響力。本文嘗試探析我市高三物理調研考試科學探究題目，尋求對高三物理復習備考的指導價值。

一、物理核心素養之科學探究

2014年3月30日，《教育部關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》正式提出核心素養體系，其中物理學科的核心素養共有四個維度：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任。

實驗探究的內容是：提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并作出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素，科學探究的達成水平提出了五個等級的參考評價指標，劃分為從“水平一”到“水平五”共五個等級，五個等級如下表所示。

科學探究問題 證據 解釋 交流水平一具有問題意識； 能在他人指導下使用所學的簡單的器材收集數據； 能對數據進行初步整理；具有與他人交流成果、討論問題的意識。水平二能觀察物理現象，提出物理問題；能根據已有的科學探究方案，使用所學的基本的器材獲得數據；能對數據進行整理，得到初步的結論；能撰寫簡單的報告，陳述科學探究過程和結果。水平三能分析物理現象，提出可探究的物理問題，作出初步的猜想；能在他人幫助下制訂科學探究方案，使用基本的器材獲得數據；能分析數據，發現特點，形成結論，嘗試用已有物理知識進行解釋；能撰寫實驗報告，用學過的物理術語、圖表等交流科學探究過程和結果。水平四能分析相關事實或結論，提出并準確表述可探究的物理問題，作出有依據的假設；能制訂科學探究方案，選用合適的器材獲得數據；能分析數據，發現其中規律，形成合理的結論，用已有的物理知識進行解釋；能撰寫完整的實驗報告，對科學探究過程與結果進行交流和反思。水平五能面對真實情境，從不同角度提出并準確表述可探究的物理問題，作出科學假設；能制訂有一定新意的科學探究方案，靈活選用合適的器材獲得數據；能用多種方法分析數據，發現其中規律，形成合理的結論，應用已有物理知識作出科學解釋；能撰寫完整規范的科學探究報告，交流、反思科學探究過程與結果。

二、高三物理調研考試科學探究之意義

通常意義上，把“（1）提出問題；（2）猜想與假設；（3）制定計劃與設計實驗；（4）進行實驗與收集證據；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”稱為“完整”的科學探究。這個“完整”當然是美好的，但從物理發展史看，實際的科學探究，遠不是這么簡單，可能是某個觀點（物理問題）由甲提出，引起乙的興趣和共鳴，乙擴大其影響并引起更多的人來制定計劃與設計實驗，又可能由實驗能力更強的丙進行實驗與收集證據，并分析與論證，在更大范圍進行評估、交流與合作，物理上有很多這樣的科學探究過程：萬有引力定律由牛頓完成“（1）提出問題；（2）猜想與假設”并提出了“月——地檢驗”的思路方法，其他物理學家和天文學家共同在牛頓的探究基礎上完成“（4）進行實驗與收集證據；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”，使萬有引力定律得到廣泛認同，100多年后，再由卡文迪許在實驗室測量出引力常量的值，不僅再次實驗驗證了萬有引力，并使萬有引力定律更具有應用價值。

可見，“完整的科學探究”是需要時間、人員的充分結合的過程。而在高三調研考試中，受限于目前的筆試模式，我們只能根據學生已掌握的科學探究素養，從“（1）提出問題；（2）猜想與假設；（3）制定計劃與設計實驗；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”這幾個要素入手進行設計考查，而把“（4）進行實驗與收集證據”由題設的形式給出，從而形成“不完整的科學探究”考查模式，但因其仍有效考查了學生的科學探究素養，具有良好的區分度和一定的難度，是調研考試不可或缺的，仍具有很大的價值。

三、高三物理調研考試科學探究題目之探析

由于科學探究試題是高考理科綜合物理的必考題型，所以我市高三物理歷年、歷次調研考試也只有二題，這二題不僅要追求對當年高考的創新模擬，還要對當屆學生高三復習備考有較大的教學指導，所以，探析我市高三物理調研考試的科學探究題型，具有很大的價值和意義。

【典例1——2018屆我市高三物理九月起點調研考試12題】如圖(a)所示為一黑箱，內有一節干電池、若干電阻，A、B為黑箱的兩個輸出端。

（1）為探索黑箱，某同學用多用電表進行以下測量，你認為正確的操作是______。

A．用歐姆擋測量A、B間的電阻

B．用直流電流擋測量A、B間的輸出電流

C．用直流電壓擋測量A、B間的輸出電壓

D．用交流電壓擋測量A、B間的輸出電壓

（2）含有電源的黑箱相當于一個“等效電源”，A、B為等效電源的兩極。為了測定這個等效電源的電動勢和內阻，該同學設計了如圖(b)所示的電路。調節電阻箱R的阻值，記錄下電壓表的示數U，圖(c)是根據實驗數據在坐標紙上畫出的圖象，若忽略電壓表內阻的影響，根據圖象可求得等效電源的電動勢E=______ V，等效內阻r=_______Ω。（結果均保留三位有效數字）

（3）如果考慮電壓表內阻的影響，測得的等效電源的電動勢與真實值相比______ ，測得的等效內阻與真實值相比_______。（均選填“偏大”“偏小”或“相同”）

【探析】本題對“黑箱”進行探究，第（1）問體現了科學探究對基本儀器的選擇使用的考查，是對科學探究基本操作能力的考查，體現了科學探究“證據”要素的“水平二”；第（2）問體現了調研考試難度與區分度的典型模式——科學探究原理（同時考查了利用圖象處理實驗數據）的考查，題中把“黑箱”看成電源，是傳承經典、守正創新的好題；第（3）問結合真實的科學探究，分析實驗誤差，是對學生能力考查的又一次升華。因為誤差分析始終是難點，達到了科學探究“解釋”的“水平四”。全題緊密圍繞科學探究，螺旋式、不同維度、不同難度考查了學生的科學探究素養。

【典例2——2018年我市高三物理四月調研考試22題】如圖所示的裝置可以用來測量滑塊與水平面之間的動摩擦因數。在水平面上將彈簧的一端固定，另一端與帶有擋光片的滑塊接觸（彈簧與滑塊不固連）。壓縮彈簧后，將其釋放，滑塊被彈射，離開彈簧后經過O處的光電門，最終停在P點。

（1）除了需要測量擋光片的寬度d，還需要測量的物理量有_______ 。

A．光電門與P點之間的距離s

B．擋光片的擋光時間t

C．滑塊（帶擋光片）的質量m

D．滑塊釋放點到P點的距離x

（2）動摩擦因數的表達式μ＝ （用上述測量量和重力加速度g表示）。

（3）請提出一個可以減小實驗誤差的建議：_____________。

【探析】本題不屬于考試說明所要求的5個電學實驗和7個力學實驗，如同2016新課標卷III第22題（探究安培力），但是核心器材是彈簧，如同2016年新課標卷II第22題、2016年新課標卷III第23題，本題在試題情景設計上有創新，創新光電門代替打點計時器測速度，對學生創新意識以開放性問題，允許學生從多種角度作答進行考查，和當年高考——2018新課標卷I第22題思想幾乎契合。

第（1）問、第（2）問是在理解試題情景下，運用相應物理規律——動能定理的科學探究上的創新應用，找出科學探究的目的——測量滑塊與水平面之間的動摩擦因數的表達式，是對科學探究“（3）制定計劃與設計實驗”的考查，體現了科學探究“證據”要素的“水平四”；第（3）問為開放性問題，既要在科學探究原理的基礎上結合實驗器材，弄清誤差產生的原由，會用多次測量求平均值的方法減少偶然誤差，才能提出對應的建議，達到了科學探究“交流”的“水平四”。

限于篇幅，應該說，我市高三物理歷年來，科學探究的試題好題迭出，很多為其他地市調研考試所引用，值得深入探析。