對2020年山東高考物理卷的量化分析
——與近10年江蘇物理卷的比較

葛騰霄 馬宇澄

(1. 江蘇省無錫市青山高級中學(xué),江蘇 無錫 214036; 2. 江蘇省無錫市教育科學(xué)研究院,江蘇 無錫 214000)

2021年的江蘇高考物理科將會在新的高考架構(gòu)下做出調(diào)整.鑒于山東已提前一年實行和江蘇相似的新高考架構(gòu)方案,量化分析2020年山東新高考物理卷能為大家及時了解新高考,了解江蘇卷可能的調(diào)整提供參考.下文中“山東卷”指2020年山東新高考物理卷,“模擬卷”指2019年底公布的山東新高考模擬卷,因其與山東卷處于相同架構(gòu)下也被納入研究范圍,“江蘇卷”指“2008方案”下2010～2019共計10年江蘇高考物理卷的平均或合計情況.

1 對山東卷的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.1 題型、題量、時長、有效文本長度

表1 江蘇卷與山東卷(包括模擬)卷制對照表

1.2 對考點的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.2.1 量化方法與統(tǒng)計結(jié)果

2020年全國高考延續(xù)使用了2019年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱,山東亦如此.因此筆者參照了2019年考綱的第二部分:考試內(nèi)容范圍及要求.這部分具有Ⅰ級或Ⅱ級要求的內(nèi)容共計106條,記為106個考點,其中Ⅱ級考點33個.考查整份試卷,統(tǒng)計出現(xiàn)與未出現(xiàn)的考點.如山東模擬卷未考到的考點共有40個,其中2個為Ⅱ級考點,則模擬卷全考點覆蓋率為(106-40)/106=62.3%,Ⅱ級考點覆蓋率為(33-2)/33=93.9%.統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示.

圖1 山東卷考點覆蓋率統(tǒng)計

1.2.2 結(jié)果分析及其與江蘇卷的比較

(1) 全考點覆蓋率穩(wěn)定,Ⅱ級考點覆蓋范圍有所差別.

筆者對江蘇卷采取相同的統(tǒng)計方法(考點來源參照每年江蘇高考物理學(xué)科的考試說明,年平均90個左右),發(fā)現(xiàn)江蘇卷的全考點的覆蓋率穩(wěn)定在60%左右,Ⅱ級考點覆蓋率為90%左右.由圖1可知,盡管全國統(tǒng)一考試大綱中的考點多于江蘇,山東卷的全考點覆蓋率仍能達到60%左右.在兩者總題量相近的情況下,這意味著山東卷平均每道題涉及的考點更多,綜合性也更強.另外,具有核心地位的Ⅱ級考點受到一致的重視,在山東卷中覆蓋率達到了94%.值得注意的是，依照2019年全國統(tǒng)一考試大綱,人教版舊教材3-3、3-4、3-5部分有5個Ⅱ級考點分布,山東卷全部涉及,而江蘇卷近年來將這部分全部列為了Ⅰ級考點且覆蓋率低于平均水平.

(2) 力學(xué)與電磁學(xué)仍為重點考查對象,熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)在山東卷中更受重視.

圖2、圖3為各物理分支在山東卷和模擬卷中的分值占比.我們可以看到經(jīng)典力學(xué)與電磁學(xué)占比均為77%,與江蘇卷的統(tǒng)計結(jié)果幾乎一樣.熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)約占10%,原子物理和原子核物理、其他(波、光學(xué)等)各占6%左右,所有物理學(xué)分支占比穩(wěn)定且力學(xué)與電磁學(xué)仍為重點考查對象.因題型原因,江蘇卷中非重點分支占比都是一樣的,因此熱力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué)在山東卷中更受重視.

圖2 2020年山東新高考卷物理學(xué)各分支占比

圖3 2019年山東模擬卷物理學(xué)各分支占比

(3) 平均每題涉及的考點更多且存在多分支交錯.

圖4

如山東模擬卷第6題.如圖4所示,有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上,具有最大初動能的某出射電子,沿垂直于平行板電容器極板的方向,從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后,到達右側(cè)極板時速度剛好為0.已知電容器的電容為C,帶電量為Q,極板間距為d,普朗克常量為h,電子電量的絕對值為e,不計電子的重力.關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν,以下判斷正確的是

主要涉及考點: ① 原子物理:光電效應(yīng),愛因斯坦光電效應(yīng)方程; ② 電磁學(xué):常見電容器,電容器電容帶電量與電壓之間的關(guān)系,帶電粒子在勻強電場中的運動; ③ 力學(xué):動能和動能定理等.可見在總題量不大的情況下,要想覆蓋足夠多的考點,即使是選擇題也很具有綜合性.由于不專設(shè)針對人教版舊教材3-3,3-4,3-5的試題,試題中可能出現(xiàn)更多多分支交叉的情況,特別是重點與非重點分支的交叉,這一點與江蘇卷有較大區(qū)別.如山東卷最后一題是動量守恒與能量守恒相結(jié)合的問題,而在江蘇卷中動量守恒一直被放在模塊部分單獨考查,“雙守恒”問題已經(jīng)很久沒有出現(xiàn)了.可見對江蘇而言,多分支交叉的問題可能是試題命制的一個可探索方向.

1.3 對試題情境來源的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.3.1 量化方法與統(tǒng)計結(jié)果

試題情境來源的分類有多種,為便于呈現(xiàn)細(xì)節(jié),本文采用了申文慧等研究者的分類方法,具體情況見表2.統(tǒng)計細(xì)化到每道試題的每一小問,如江蘇卷2010～2019年共有341個小問,其中以學(xué)科知識為主要情境的問題占94個.統(tǒng)計結(jié)果見圖5～圖7.

表2 試題情境來源分類表

圖5 山東卷各情境來源對應(yīng)的題數(shù)分布

圖6 模擬卷各情境來源對應(yīng)的題數(shù)分布

圖7 江蘇卷各情境來源對應(yīng)的題數(shù)分布情況

1.3.2 山東卷試題的情境特點及其與江蘇卷的比較

(1) 情境化程度很高,主要特點與江蘇卷一致.

情境是“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求的載體,對考查和培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)起到關(guān)鍵作用.根據(jù)圖5～圖7的統(tǒng)計,江蘇卷平均情境化程度很高,超過80%,而山東卷與模擬卷情境化程度接近100%,可見新高考對試題情境的設(shè)計更加重視,有效文本的增長也有部分原因來源于此.

江蘇卷和山東卷都把學(xué)科知識作為情境的第一來源,這種情境可以最簡明、直觀地描述物理問題.學(xué)生處理這種情境所需的工作量較小,因此這也是傳統(tǒng)筆試命題的主要情境來源.而模擬卷顯然在模型建構(gòu)、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、圖表表征方面更下功夫,學(xué)生在面對這樣的情境時需要更強的遷移能力.科學(xué)技術(shù)與社會生活都是江蘇卷和山東卷的第二大情境來源.這體現(xiàn)了新高考對現(xiàn)代科技文明與社會生活實際的高度關(guān)注,凸顯了物理科考查中的應(yīng)用性要求.

(2) 物理實驗情境的設(shè)計有所突破.

“物理實驗”情境作為物理探究情境的一部分在3種試卷中占比基本一致.山東卷中實驗題的情境較以往的物理實驗題更加復(fù)雜生動.如第13題,情境既包含珠峰的測量又有手機的使用,既關(guān)注社會又留心生活.這樣的情境使得試題很生動,打破了實驗題給人的一些刻板印象.另一個值得注意的情況是，山東卷中以學(xué)生學(xué)習(xí)過的實驗為情境的題目不再局限于實驗題中,如選擇題第3題就是以雙縫干涉實驗為情境的,這一點與江蘇卷有所區(qū)別.

1.4 能力結(jié)構(gòu)量化分析及其與江蘇卷的比較

1.4.1 量化方法與統(tǒng)計結(jié)果

目前物理科考試主要考查理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實驗探究能力、創(chuàng)新能力5種關(guān)鍵能力.與大家較為熟悉的舊5種能力相比,理解能力、推理論證能力、實驗探究能力分別是對以前考試大綱中的理解能力、推理能力、實驗?zāi)芰Φ恼虾蜕A,模型建構(gòu)能力和創(chuàng)新能力則是根據(jù)物理教學(xué)實際和時代發(fā)展要求新提出的,而原考試大綱中的分析綜合與應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題能力的相關(guān)要求則主要融入了模型建構(gòu)能力.筆者對山東卷按照新5種關(guān)鍵能力進行統(tǒng)計,細(xì)化到每一小問,將各種能力對應(yīng)試題的分值所占比重對應(yīng)為能力結(jié)構(gòu)比重.如山東卷第17題第(1)問主要考查學(xué)生模型建構(gòu)能力,該題分值為4分,故對應(yīng)模型建構(gòu)能力計4分.整卷中以考查模型建構(gòu)能力為主的試題共有50分,試卷總分為100分,則該年分析綜合能力占比為50%.由于江蘇卷年份較早,我們按照舊5種關(guān)鍵能力進行統(tǒng)計.統(tǒng)計結(jié)果如圖8、圖9所示.

圖8 山東卷能力結(jié)構(gòu)統(tǒng)計

圖9 2010—2019年江蘇卷物理能力結(jié)構(gòu)統(tǒng)計

1.4.2 山東卷能力結(jié)構(gòu)的特點及其與江蘇卷的比較

(1) 對理解能力的考查融于其他能力之中.

山東卷與模擬卷中對理解能力的考查遍及各個角落,但都是在與其他能力的共同考查的情況下起到基礎(chǔ)性作用,很少有以學(xué)科內(nèi)容理解為主要考點的試題,這與江蘇卷有一定差異.

(2) 以推理論證能力為主的考查集中于選擇題.

對推理能力的考查占比約25%略低于江蘇卷均值,且大部分存在于選擇題中.

(3) 十分注重模型建構(gòu)能力.

山東卷十分注重對學(xué)生模型建構(gòu)能力的考查,分值占比幾乎能達到總分的一半.超過了江蘇卷中分析綜合(約30%)與應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題能力(約7%)的總和.接連不斷的“小考驗”不僅對學(xué)生物理方面的能力提出要求,還考查學(xué)生的心理素質(zhì).另一方面,相對于江蘇卷“少而精”的命題思路,山東卷對應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題更加重視,這部分的實際涉及比重超過15%.出現(xiàn)的位置也不再局限于解答題,各種題型均有涉及.客觀上來說,模型建構(gòu)能力要求較高,提高占比一般會增加試卷難度,然而對本科及以后階段的理工科學(xué)生來說,應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力要求還會迅速提高,因此這樣的占比設(shè)計充分體現(xiàn)了國家重視物理學(xué)科,并希望通過本學(xué)科夯實學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)、選拔理工科人才的期望.

(4) 實驗探究能力注重考查實驗原理與數(shù)據(jù)分析.

實驗探究能力方面,山東卷把考查重點放在對明確實驗?zāi)康南碌膭?chuàng)新實驗的原理理解和對數(shù)據(jù)的獲取、處理與分析上,試題相對于以往的江蘇卷更加靈活多變.

(5) 創(chuàng)新能力寓于探索之中.

創(chuàng)新能力新成為5大關(guān)鍵考察能力之一,山東卷對這種能力的考查主要體現(xiàn)在最后一題第(2)問.學(xué)生需要先嘗試計算,才有猜想方向,進而進行猜想,數(shù)學(xué)驗證,最后總結(jié)出答案.這完整地再現(xiàn)了科學(xué)探究的過程,為如何在以確定性和非開放性試題為主的高考物理科中考查創(chuàng)新能力提供了一種思路.

2 對新高三優(yōu)秀學(xué)生的實測結(jié)果與對高三復(fù)習(xí)的建議

2.1 對本市30名優(yōu)秀新高三學(xué)生的實測

為了真實了解新高三學(xué)生對山東卷的感受,筆者邀請了本市30名優(yōu)秀新高三學(xué)生按照考場要求分別完成了2020年山東卷與江蘇卷,其中江蘇卷的3個模塊學(xué)生全部完成.每題得分率與總得分率如表3、表4所示.

表3 2020年江蘇卷新高三學(xué)生測試得分率統(tǒng)計表

表4 2020年山東卷新高三學(xué)生測試得分率統(tǒng)計表

2.2 對實測結(jié)果的思考

從各項數(shù)據(jù)來看,山東卷得分率明顯低于江蘇卷,特別是實驗題與解答題部分,這與我們之前的比較結(jié)果基本一致.除了之前提到原因外,還有幾點值得注意.

(1) 山東卷較多的關(guān)注空間思維能力.

歷年來江蘇卷對空間思維能力也有所考查,但多存在于安培力方向的判斷、電磁感應(yīng)等學(xué)生較為確定的情境中.而山東卷在不同位置、不同考點、不同分支內(nèi)多次考查了空間思維能力,這可能會成為一種新的命題角度.如山東卷第9題(圖10)是線光源與立體幾何的組合(往年江蘇卷幾乎沒有涉及):截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖10所示.DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BB′C′C面的線狀單色可見光光源……三棱鏡對該單色光的折射率為2,只考慮由DE直接射向面AA′CC的光線.下列說法正確的是……

圖10

(2) 運算量明顯增大.

山東卷的運算量比江蘇卷大得多,特別是實驗題和解答題最后兩題,這直接導(dǎo)致學(xué)生答卷的空白部分較多.本質(zhì)上來看,這是由模型建構(gòu)(包括應(yīng)用數(shù)學(xué))能力占比提高帶來的結(jié)果.

(3) 部分考點的難度要求與江蘇原要求不一致.

如山東卷解答題第1題“拔火罐”本質(zhì)上是變質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問題.江蘇卷對理想氣體這一考點的要求不高,客觀上本屆學(xué)生鉆研的時間也偏少,這些因素都可能會降低學(xué)生的得分率,表3、表4在這個考點的對比也說明了這一點.

2.3 對高三復(fù)習(xí)的建議

參考新高考評價體系的要求和以上統(tǒng)計數(shù)據(jù),我們給出了一些復(fù)習(xí)建議供大家參考.

(1) 提高學(xué)生對經(jīng)典物理情境的熟悉程度.

經(jīng)典物理情境既是學(xué)生理解物理的便捷途徑,又是檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果的良好載體,近年的高考卷也都不回避經(jīng)典情境.山東卷在使用經(jīng)典情境時既注重多方面考點橫向的聯(lián)系,又能在結(jié)合數(shù)學(xué)等方面縱向挖掘.因此提高學(xué)生對經(jīng)典物理情境的熟悉程度,有利于切實提高學(xué)生理解試題的速度,保證學(xué)生有充分的時間發(fā)揮分析綜合能力,解決更新更深入的問題.

(2) 培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)科整體性的視野.

常規(guī)習(xí)題中的各物理學(xué)分支聯(lián)系比較固定,如電磁結(jié)合、力電結(jié)合等.但其實物理學(xué)科是一個有機的整體,某一情境可能對應(yīng)各種問題組合,因此在復(fù)習(xí)時,我們應(yīng)有意識培養(yǎng)學(xué)生整體性的學(xué)科視野,多展現(xiàn)同一情境下不同分支的交叉,這將有助于學(xué)生在考試壓力下快速抓住新情境中的關(guān)鍵點.

(3) 注重鼓勵學(xué)生在平時多展現(xiàn)思維過程.

科學(xué)思維在物理核心素養(yǎng)中屬于關(guān)鍵能力范疇,高考評價體系對學(xué)生的考查則主要對應(yīng)于推理論證能力和模型建構(gòu)能力,這兩者在山東卷中的占比的確十分突出.因此培養(yǎng)科學(xué)思維應(yīng)該是我們幫助學(xué)生復(fù)習(xí)的重點.科學(xué)思維的培養(yǎng)一定要有外顯的過程,學(xué)生只有在與外界不斷的互動中才能發(fā)現(xiàn)思維上的不足.如我們可以通過提高作業(yè)中解答或說明類問題的占比,要求學(xué)生畫出個性化思維導(dǎo)圖并互相交流等方式幫助學(xué)生實現(xiàn)互動,提高思維的敏捷性和條理性.