基于高中物理學業質量標準考查科學思維的命題實踐*
——以豎直方向運動知識點的試題命制為例

胡振歡

(中山市桂山中學 廣東 中山 528463)

高中物理教師命制題目主要包括改編和原創兩種方式，關于命題理論與技術已經較為成熟，但不少教師并沒有明確所要命制的題目與學業質量水平之間的關系，如有些教師在給參加學業水平合格性考試的學生命制水平層次較高的題目，給參加高等院校招生錄取的學業水平等級性考試的學生命制水平層次較低的題目，導致所命制試題針對性不強，使用效能低下.

《普通高中物理課程標準(2017年版)》(下文簡稱《標準》)提到：高中物理學業質量根據問題情境的復雜程度、知識和技能的結構化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度等劃分為不同水平.每一級水平皆包含物理學科核心素養的4個方面，主要表現為學生在不同復雜程度情境中運用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關鍵特征[1].教師命題時，針對不同的考核目標，應對命制試題的內容、涉及的素養水平有所甄別和把握，才能有效考查學生所達到的物理學科核心素養水平層次.

科學思維是四大核心素養之一，包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素.在《標準》所列舉的學業質量水平描述中，科學思維水平被具體描述為5個層次，不同水平之間具有由低到高逐漸遞進的關系，具體描述會在文中結合例子逐一展示.

豎直方向運動：包含只受重力的自由落體運動、豎直上拋運動和豎直下拋運動,或受多個力但是物體運動軌跡是豎直方向且為直線的運動.筆者依據學業質量水平所描述的科學思維素養不同層次要求，命制以豎直方向運動為基礎模型的相應題目.

1 基于學業質量水平考查科學思維素養差異的命題實例

1.1 基于學業質量水平1的命題實例

學業質量水平1中有關科學思維素養的描述：知道物理學的研究需要建構模型；能對常見的物理現象進行簡單分析；知道表達觀點需要證據；知道質疑和創新的重要性[1].

對應豎直方向運動知識考核目標：知道自由落體運動、豎直方向拋體運動的定義和受力特點，能區分平時常見的運動是否屬于以上運動類型，定性理解豎直方向運動的分類方式.

【例1】1971年美國宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時下落，觀察到它們同時落到月球表面.此實驗說明( )

A.在月球上無大氣層

B.自由落體運動的快慢與物體的質量無關

C.月球和地球上物體運動遵循規律不一樣

D.在地球表面重復同樣實驗觀察結果應該一樣

解析：同時落地意味著錘子和羽毛均做自由落體運動，月球與地球上物體自由下落遵循同樣的運動規律，只是g值不同.結合以上分析，選擇A，B.

命題立意：本題主要考查學生的理解能力，對自由落體運動的現象能進行簡單的分析，同時對不同星球上自由落體運動的異同能有自己的判斷.

1.2 基于學業質量水平2的命題實例

學業質量水平2中有關科學思維素養的描述：知道常見的物理模型；能對比較簡單的物理現象進行分析和推理，獲得結論；能使用簡單和直接的證據表達自己的觀點；具有質疑和創新的意識[1].

對應豎直方向運動知識考核目標：知道自由落體運動、豎直方向拋體運動的基本規律，知道這些運動是理想化模型，能根據基本運動學公式進行簡單的運算.當運算結果不符合平時認知時能提出自己的質疑和見解并簡單證明.

【例2】有一雨滴從高為2.0 km的高空下落，判斷其運動是否為自由落體運動.

解析：設雨滴做自由落體運動，g取10 m/s2，則有v2=2gh，得v=200 m/s，這一數值與現實生活中到達地面的雨滴速度出入較大，因此，雨滴在空中運動時應不是自由落體運動.

命題立意：可以先假設雨滴做自由落體運動，然后算出雨滴到達地面的速度遠大于生活常識中雨滴的速度，從而質疑速度的真實性，得出雨滴下落應受到阻力作用，不可能為嚴格意義上的自由落體運動，以此培養學生模型建構的素養和質疑精神.

1.3 基于學業質量水平3的命題實例

學業質量水平3中有關科學思維素養的描述：能使用簡單的物理模型解決問題，能判斷現實物體和理想模型的異同；能對常見的物理現象進行分析和推理，獲得結論并作出解釋；能恰當使用證據表達自己的觀點；能從不同角度思考物理問題[1].

對應豎直方向運動知識考核目標：能較為靈活地使用自由落體運動和拋體運動等運動公式解決問題，同時對不同的運動過程能推理獲知其關聯性，對于一個題目能應用發散性思維從多個角度去解答題目.

【例3】一物體在空中自由下落，落地前最后1 s的位移是25 m，請問物體從下落開始到落地瞬間的時間是多少？(g取10 m/s2)

解法1：最后1 s，由公式

可得

v0=20 m/s

v0=gt1

可得

t總=t+t1=3 s

可得

t總=3 s

命題立意：本題可以看作有兩個過程，最后1 s的過程和全程.可以采用先分析最后1 s利用運動學公式解題，也就是可以把自由落體運動的后面過程處理為豎直下拋運動，也可以找到全程與最后1 s之間的關系,利用自由落體運動規律解題，達到引導學生從不同的角度去建構模型和思考如何處理這些問題的目的[2].

1.4 基于學業質量水平4的命題實例

學業質量水平4中有關科學思維素養的描述：能根據解決問題的需要建構物理模型；能對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結論并加以解釋；能恰當使用證據證明或質疑物理結論；能采用不同方式分析解決物理問題[3].

對應豎直方向運動知識考核目標：能對豎直上拋等較復雜的運動過程進行綜合分析，可以利用對稱性、圖像等多種方法解題，對受多個力的豎直方向運動也能根據牛頓第二定律和運動學規律進行定量運算，能在情景化的問題中準確抽取物理模型并應用相關規律解題，考慮和推理結果的合理性.

解析：若物體1 s末在拋出點上方，則有

可解得

v01=30 m/sv02=6.0 m/s

若物體1 s末在拋出點下方，則有

解得

v3=4.45 m/s

命題立意：本題利用豎直上拋運動具有上升和下降兩個過程，并且巧妙地強調位移大小和給出比例關系，從而創設出本題對應答案應具有3種情況：第一種情況是在拋出點上方而且1 s末在上升，第二種情況是在拋出點上方而且1 s末在下降，第三種情況是在拋出點下方而且1 s末在下降，較好地考查了學生的推理能力和綜合分析能力.

【例5】市面上有一種小彈球玩具，把它壓扁后會自動彈起，一學習小組測試其彈跳性能，在墻邊(圖1所示最低點)多次把小球壓到最扁松手讓其反彈并拍照，得出小球彈起的最大高度穩定在位置1，某次把小球壓到最扁，小球彈起同時讓設置拍攝間隔時間為0.1 s的相機連拍一系列的照片，發現第3張照片里小球出現在位置2，結合以上信息，請估算小球彈起的初速度大小.

圖1 例5題圖

解析：根據分析，可以假設一塊磚高度為h，小球從開始運動到位置2所用時間為t，反彈初速度為v0，則有

由題意，t為第1張照片與第3張照片之間的時間間隔，則t=0.2 s，由于本題是估算，因此g取10 m/s2.

結合以上式子可解得

v01=3.0 m/sv02=1.5 m/s

根據情況分析初步判斷均合理，但是分別將結果代入第一條式子，可分別求得：h=0.06 m和h=0.015 m，由于磚的厚度為0.06 m的結果更符合現實，因此答案應取v01=3.0 m/s.

命題立意：此題把場景和現實生活結合，形成的情景化試題往往更能鍛煉學生的模型建構能力，同時最后兩個答案看似都準確，最終以磚的實際厚度來對比排除不合理答案，以此對學生進行推理能力的考核也是一大亮點.

1.5 基于學業質量水平5的命題實例

學業質量水平5中有關科學思維素養的描述：能根據解決問題的需要建構恰當的物理模型；能在新的情境中對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得正確結論并加以解釋；能考慮證據的可靠性，合理使用證據，從多個視角審視檢驗結論；解決物理問題具有一定的新穎性[4].

對應豎直方向運動知識考核目標：在復雜綜合性的情景(如涉及到圖像、動量、能量、電場、磁場等多個知識點)能準確分析出豎直方向運動的具體模型并靈活采用相關知識解決問題，對物體多個運動過程或者多個物體的類似運動過程能準確判斷其關聯性，對于解題出現的多個結果能判斷獲取正確答案，能結合多種方法如能量守恒定律、動量定理等知識解決豎直方向運動題目.

圖2 例6題圖

(1)碰撞前瞬間兩球的速度大小;

(2)碰撞后瞬間A球的速度大小;

(3)兩球的質量之比.

得

t=0.6 s

可得碰撞前瞬間A球的速度大小

v1=gt=6 m/s

B球的速度大小

v2=v0-gt=0 m/s

(2)若碰撞后0.2 s時刻A球在碰撞點上方

解得碰撞后瞬間A球的速度大小為

v3=3 m/s或v3=1.5 m/s

若碰撞后0.2 s時刻A球在碰撞點下方

解得

經檢驗，3個速度均合理，因此都是正確答案.

(3)設B球碰撞后的速度大小為v4,由完全彈性碰撞特點可得

mAv1=-mAv3+mBv4

可得

代入前面v3速度可得

2 基于學業質量標準的命題策略

(1)研讀相關文件明確命題依據

依據《標準》的說明，物理學業水平考試的內容應根據普通高中課程方案和課程標準的規定及要求確定.考試內容的任務情境應符合學生心理發展水平和認知規律，反映物理學科本質，密切聯系社會、經濟、科技、生產生活實際，充分體現考試評價促進學生學習、甄別學生學業水平的功能[1].《標準》明確了高中物理課程的性質、基本理念，提出了課程總目標和課程具體目標，課程目標對于高中物理試題命制起著宏觀上的指導作用.而《中國高考評價體系》明確闡述“為什么考”“考什么”“怎么考”3個問題.作為命題教師應著重研究這兩個文件，界定命題的深度與廣度，方能更好地命題.

(2)構建學業質量水平—知識—能力的命題模式

物理試題中對5種能力的考查與對學業質量水平中關于物理學科核心素養的考查是一致的.具體而言，如對學生科學思維的考查，就是對推理能力、綜合分析能力和應用數學知識處理物理問題的能力等3種能力等級的考查.因此，命題教師應依據科學思維水平把要考核的知識點進一步細分，把知識點的能力考核要求也形成由低到高逐漸遞進的關系.然后結合《標準》具體有關課程目標、課程內容和考核需要等進行命題，這也是文中各個例題所采用的命題模式.

(3)命題時統籌針對性和科學性

在編制試題時應充分考慮試題考核對象和試題使用階段，使得命題更有針對性.《標準》中認為，學業質量水平2是高中畢業生應達到的合格要求，是學業水平合格性考試的命題依據，學業質量水平4是用于高等院校招生錄取的學業水平等級性考試的命題依據，不同的考核對象應命制不同水平層次的題目；不同階段也應該采用不同的試題，如2017年高考全國Ⅰ卷理綜第25題也是豎直方向運動類型的題目，但是如果命制類似題目給剛學習豎直方向運動知識點的學生做顯然是不合適的.

編制試題時應注意科學性，兼顧信度、效度、區分度和難度等試題質量指標，設置題目的語言應該簡練清晰，避免爭議，同時設置情景時也應注重真實性，要和現實生活結合，如筆者在命制例5的時候，命制原型就是兒童玩具彈跳娃娃，把其簡化為質點進行命題.

(4)根據需要挖掘命題側重點

《標準》中對于學業質量水平的描述非常全面，以此細化出來的知識能力目標也相應會較為詳盡，但是一條題目不大可能把知識目標全部考核到位，命題時根據需要可只側重于某方面即可.如筆者命制例5是基于學生對于情景化試題的建構模型能力有待提升，因此設置特定的真實環境命題.在命制例6時考慮的是重點考核學生綜合分析能力、推理能力和應用數學知識處理物理問題的能力，如將題目情景化則綜合難度會過高，因此弱化對情景化的考核.