基于核心素養(yǎng)的2019年高考理綜全國(guó)卷Ⅱ第22題研究

張曉華

(重慶市榮昌中學(xué)校，重慶 402460)

基于核心素養(yǎng)的高考評(píng)價(jià)是深化高考物理考試內(nèi)容改革的重要方面.它不僅有助于高校選拔具備核心素養(yǎng)的新生，而且有助于引導(dǎo)中學(xué)落實(shí)核心素養(yǎng)的教學(xué).

2019年高考理綜全國(guó)卷Ⅱ第22題以測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ為載體，在試題情境設(shè)計(jì)和設(shè)問(wèn)方式上以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，重點(diǎn)考查了實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.

1 試題及解析

圖1

例1.如圖1，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn).所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50 Hz的交流電源，紙帶等.回答下列問(wèn)題：

(1) 鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示).

(2) 某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整木板與水平面的夾角θ=30°.接通電源.開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下.多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖2所示.圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出).重力加速度為9.8 m/s2.可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為________________(結(jié)果保留2位小數(shù)).

圖2

(2) 分析紙帶據(jù)逐差法有

2 試題評(píng)析

本實(shí)驗(yàn)題應(yīng)該是一道比較基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)題，難度適中，與平時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合比較緊密，只是情景由水平面上的運(yùn)動(dòng)變成了斜面上的運(yùn)動(dòng)，對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)均有不同程度的考查.其中：

要求考生能對(duì)鐵塊受力分析和靈活運(yùn)動(dòng)牛頓第二定律解決鐵塊沿斜面下滑的實(shí)際問(wèn)題，體現(xiàn)了高考對(duì)物理觀念中相互作用觀的素養(yǎng)要求，學(xué)業(yè)水平要求達(dá)到4層次水平.

要求考生能在熟悉的斜面滑塊問(wèn)題情境中應(yīng)用常見的勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型，體現(xiàn)了高考對(duì)科學(xué)思維中模型建構(gòu)的素養(yǎng)要求，學(xué)業(yè)水平要求達(dá)到2層次水平.

要求考生能分析紙帶數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論，嘗試用逐差法進(jìn)行求解加速度，體現(xiàn)了高考對(duì)科學(xué)探究中證據(jù)的素養(yǎng)要求，學(xué)業(yè)水平要求達(dá)到4層次水平.

要求考生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)是對(duì)自然現(xiàn)象的描述與解釋和知道學(xué)習(xí)物理需要實(shí)事求是，體現(xiàn)了高考對(duì)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任中科學(xué)本質(zhì)的素養(yǎng)要求，學(xué)業(yè)水平要求達(dá)到1層次水平.

近年高考中，多次以測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ為載體，考查實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.2009年全國(guó)卷Ⅰ第23題，2013年全國(guó)卷Ⅰ第23題，2015年全國(guó)卷Ⅱ第22題和2018年全國(guó)卷Ⅱ第23題均有類似考查.本題可以看作是2015年全國(guó)卷Ⅱ第22題的改編.

圖3

例2.(2015年全國(guó)卷Ⅱ第22題)某學(xué)生用圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過(guò)程中所得到的紙帶的一部分如圖4所示，圖中標(biāo)出了5個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的距離.

圖4

(1) 物塊下滑時(shí)的加速度a=________m/s2；打點(diǎn)C點(diǎn)時(shí)物塊的速度v=________m/s；

(2) 已知重力加速度大小為g，求出動(dòng)摩擦因數(shù)，還需測(cè)量的物理量是____(填正確答案標(biāo)號(hào)).

(A) 物塊的質(zhì)量.

(B) 斜面的高度.

(C) 斜面的傾角.

本題以動(dòng)摩擦因數(shù)μ的測(cè)定為問(wèn)題背景，進(jìn)行翻樣與創(chuàng)新，不僅考查了考生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ矊?duì)考生的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽溯^高的要求，主要涉及知識(shí)點(diǎn)：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用(打點(diǎn)周期0.02 s)、受力分析、滑動(dòng)摩擦力計(jì)算、力的分解、牛頓第二定律的運(yùn)用、逐差法處理(紙帶)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

3 區(qū)縣聯(lián)考信息反饋

2019年11月榮昌區(qū)高三聯(lián)考理綜第22題采用了本試題.從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，榮昌區(qū)物理平均分低于重慶市平均分約5分，但部分考生此前做過(guò)該試題，得分情況應(yīng)有所改善.因此，我們假定此次閱卷信息與2019年重慶高考閱卷信息相近.

從統(tǒng)計(jì)信息來(lái)看，本題平均分2.4分；其中，23.7%的考生得0分，52.9%的考生得2分，1%的考生得3分，22.3%的考生得5分.

從閱卷統(tǒng)計(jì)分析以及部分考生訪談來(lái)看，錯(cuò)誤原因涉及到多個(gè)知識(shí)點(diǎn).主要如下：

3.1 加速度計(jì)算錯(cuò)誤引發(fā)失分

考生成功完成第(1)問(wèn)，但不會(huì)運(yùn)用逐差法處理(紙帶)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求解加速度，或者能運(yùn)用逐差法處理(紙帶)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求解加速度，但數(shù)據(jù)計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致第(2)問(wèn)失分.這是約52.9%考生得2分的主要原因之一.

關(guān)于逐差法處理(紙帶)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求解加速度，一線教師中頗有爭(zhēng)議.2019年以前的物理高考試卷中均為偶數(shù)段數(shù)據(jù).教輔資料中奇數(shù)段數(shù)據(jù)處理的爭(zhēng)議由來(lái)已久，如何舍棄數(shù)據(jù)是爭(zhēng)議的焦點(diǎn).事實(shí)上，就本題而言即使舍棄第一段也不影響答案；若舍棄最后一段，則最終答案變?yōu)?.34.

3.2 力的分解錯(cuò)誤引發(fā)失分

3.3 摩擦力方向性錯(cuò)誤引發(fā)失分

雖然這種思維導(dǎo)致第(1)問(wèn)失分，但如果后面加速度計(jì)算正確，代入(1)中μ的錯(cuò)誤表達(dá)式得出μ≈-0.35.從物理常識(shí)知道μ不能為負(fù)數(shù)，直覺發(fā)現(xiàn)第(2)中計(jì)算搞反了，應(yīng)該是μ≈0.35.因?yàn)榭紙?chǎng)時(shí)間關(guān)系，考生不及細(xì)想是第(1)問(wèn)中表達(dá)式搞反了或是第(2)問(wèn)中計(jì)算搞反了從而導(dǎo)致的μ≈-0.35.所幸之處，物理直覺使得考生修正計(jì)算結(jié)果，從而導(dǎo)致雖然第(1)問(wèn)失分，但卻能第(2)問(wèn)題得分.這是約1%考生得3分的主要原因.

考生如果在后面加速度的計(jì)算也錯(cuò)誤，或者不能從物理直覺角度將μ≈-0.35處理為μ≈0.35，導(dǎo)致第(1)問(wèn)和第(2)問(wèn)均失分.這也是約23.7%考生得0分的主要原因之一.

3.4 其它原因引發(fā)的失分

4 教學(xué)啟示

4.1 重視必做實(shí)驗(yàn)，夯實(shí)基礎(chǔ)

物理實(shí)驗(yàn)題是高考中最具活力和創(chuàng)造性的題型.考題盡管停留在紙筆實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，但卻可對(duì)考生進(jìn)行較好的評(píng)價(jià)和甄別.

物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)要求學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)有21個(gè)，涵蓋了全部的實(shí)驗(yàn)類型(即觀察性實(shí)驗(yàn)、測(cè)量性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)).不同類型的實(shí)驗(yàn)，對(duì)考生的能力要求不一樣，更全面的實(shí)驗(yàn)類型能夠更好地、循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

雖然，測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ的實(shí)驗(yàn)不在物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)必做實(shí)驗(yàn)之列.但是，測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ中運(yùn)用逐差法分析紙帶數(shù)據(jù)求解加速度卻是課程標(biāo)準(zhǔn)必做實(shí)驗(yàn)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的核心內(nèi)容.換言之，本實(shí)驗(yàn)是課程標(biāo)準(zhǔn)要求必做實(shí)驗(yàn)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的拓展和升級(jí).

從閱卷場(chǎng)反饋信息來(lái)看，約52.9%的考生不具備運(yùn)用逐差法分析紙帶數(shù)據(jù)求解加速度的能力，亦即課程標(biāo)準(zhǔn)必做實(shí)驗(yàn)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的能力發(fā)展不夠.

4.2 重視基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)考查新動(dòng)向

物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要載體，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑和方式.高考物理實(shí)驗(yàn)題的考查，對(duì)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ龑?dǎo)中學(xué)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮著重要作用.

目前，由于高考中無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的考查，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在“黑板上做實(shí)驗(yàn)、課堂上講實(shí)驗(yàn)、學(xué)生背實(shí)驗(yàn)”等問(wèn)題.高考評(píng)價(jià)中基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)考查，要求“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作技能的考查，將親手做過(guò)實(shí)驗(yàn)與沒(méi)有做過(guò)實(shí)驗(yàn)的考生區(qū)分出來(lái)；加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)分析能力的考查，將做過(guò)實(shí)驗(yàn)并深入思考實(shí)驗(yàn)的考生與做了實(shí)驗(yàn)但不思考的考生區(qū)分開來(lái)；加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的整體思考的考查，把基于實(shí)驗(yàn)原理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的內(nèi)在邏輯考查出來(lái)”.教育部考試中心研究認(rèn)為：基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)題考查內(nèi)容比例由多到少依次應(yīng)為“數(shù)據(jù)處理”“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”“實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)”“誤差分析”“儀器選擇”等.

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體.我們應(yīng)該把培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒋龠M(jìn)學(xué)生終身發(fā)展作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，自覺摒棄“黑板上做實(shí)驗(yàn)、課堂上講實(shí)驗(yàn)、學(xué)生背實(shí)驗(yàn)”等功利主義行為.