基于模型建構能力的高考物理試題分析及啟示
——以2019年高考物理全國卷Ⅰ必考題為例

(1. 福建師范大學，福建 福州 350000；2. 福州教育學院第二附屬中學，福建 福州 350000)

1 物理模型建構能力表現及水平劃分

高中物理課程標準將物理學科核心素養的4個方面都劃分為5個水平層次，其中關于模型建構的五個能力水平層次由低到高如圖1所示。

圖1

郭玉英、張玉峰等通過大樣本跨年級多輪測評學生的實際能力表現，根據物理學科能力表現評價體系的三個維度：學習理解能力、應用實踐能力和遷移創新能力，確定物理學科能力表現框架，將物理學科能力劃分為7個發展水平，并檢驗了有效性。筆者參考郭玉英等的研究成果，將物理模型建構能力劃分為三個水平(如表1)，水平C主要是對物理模型的記憶，屬于較低層次；水平B反映學生應用實踐的能力，對學生建模能力要求較高；水平A屬于遷移創新能力，對學生建模能力要求最高。

表1

2 基于物理模型建構能力的高考物理試題分析

2019年高考物理全國卷Ⅰ有12道必考題，筆者對比了試題和物理模型建構能力表現水平等級的要求，確定了每一道試題所對應的能力表現水平等級(如表2)。

表2

續表

統計各試題所要求的物理模型建構能力表現水平等級情況(如表3)，分析可知2019年高考物理全國卷Ⅰ主要考查學生的理解能力和應用實踐能力，大部分物理模型都是學生熟悉的經典模型，每一道題都是幾個知識的綜合運用，所涉及的物理模型也較多樣，一般都是幾個模型的組合，對在陌生復雜的情境中建構物理模型要求較低，對遷移創新能力的考查較少。

表3

3 對物理教學的啟示

根據以上分析，對物理教學有如下啟示。

3.1 重視經典物理模型，加強模型整合

經典物理模型承載著基本物理概念、物理規律，可搭配主干知識，是歷年高考的熱點。在教學中應該重視經典物理模型及其建構過程的分析，掌握每個經典模型的關鍵要素和科學思維方法。對比、分析相似的物理模型，對經典物理模型進行整合，以利于提高學生的模型建構能力。例如，豎直面內的圓周運動涉及幾種經典的物理模型：輕繩模型、輕桿模型、內軌模型和外軌模型(如表4)。

表4

續表

通過實例分析，提煉出4種基本的物理模型，再將其進行歸納整合，4種基本模型均涉及最高點和最低點問題，4種模型對應的最低點受力特點都相同，主要區別在于最高點的受力特點，對應的小球能否過最高點的條件也有所區別。這樣將類似的模型整合后建構起完整的豎直面內圓周運動模型，只有這樣才能從陌生的場景中建立起熟悉的物理模型，找到問題的突破口，結合物理主干知識解決問題。加強模型建構的訓練，對具體問題具體分析、研究，借助草圖弄清其中的物理狀態、過程和情境。

3.2 注重科學方法教育

年年有高考，歲歲有新題，每年高考能夠保持穩中有變，穩的是試題都跳不出經典主干知識的考查，凸顯學科特點，突出物理學科的核心價值，而情境設置較新穎，需要考生將物理知識和科學方法靈活遷移。如2017年全國卷Ⅱ第25題，帶電小球在重力場和電場的復合場中運動，兩個小球先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出做平拋運動，然后進入電場中發生偏轉，剛進入電場時，帶電小球初速度方向與重力方向、電場方向都有一定的角度，此時小球的運動沒有辦法與所學運動模型對應起來，但處理復雜的曲線運動最根本的辦法是運動的合成與分解。仔細分析后發現：重力與電場力互相垂直，可把小球的運動分解為水平方向和豎直方向兩個分運動，水平方向僅受電場力，豎直方向僅受重力，將剛進入復合場的初速度分解為水平方向和豎直方向，在兩個方向上都做勻變速直線運動。對于新的情境，將重要的物理方法遷移、應用便可解決，2019年全國卷Ⅲ第24題也是典型的運用運動合成與分解的方法解決問題的試題。

物理教學過程不應是向學生“灌輸”事實和結論的過程，而是應該引導學生學習物理學家研究自然界的思想方法，自主探索、建構物理核心概念，并將這些思想和方法進行內化，形成良好的科學品質。科學方法是物理的靈魂，物理知識鏈條和知識網絡是學生解決問題的基礎，但是如果僅僅通過題海戰術停留在靜態知識的層面，無法應對目前高考越來越重視考查科學思想方法的趨勢。學生學習的物理知識會隨時間而淡忘，但在學習過程中所內化的方法會伴隨一生，是學生學習物理的終極價值所在。在物理教學中滲透科學方法教育，可幫助學生逐步建立物理觀念，提升物理思維品質、形成科學態度和價值觀。因此，在物理教學中，除了傳授物理知識之外，更重要的是以物理知識為載體，以解決具體問題為途徑，在分析問題解決問題過程中習得的科學思想方法和價值觀，為學生終身所用。