基于物理核心素養立意的考試評價與啟示
——以2021年1月浙江物理選考部分試題為例

趙順法

(玉環中學 浙江 臺州 317600)

在新一輪高中課程改革和考試招生制度改革的背景下，“核心素養”成為一線教師和命題教師關注的焦點.核心素養是最基礎、最具生長性的關鍵素養，就像房屋的地基，它決定房屋的高度.物理學科的核心素養包括物理概念、科學思維、實驗探究和科學態度與責任，核心素養的命題立意在2021年1月浙江普通高校招生選考科目物理試題中得到了很好的體現.

1 立足物理概念或事實 考查物理觀念

“物理觀念”是指基本知識、基本概念、基本規律和基本方法等在頭腦中的提煉和升華.主要包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念等要素.

1.1 通過量子概念 考查物質觀

【例1】(2021年1月浙江卷第2題)2020年12月我國科學家在量子計算領域取得了重大成果，構建了一臺76個光子100個模式的量子計算機“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍.關于量子，下列說法正確的是( )

A.是計算機運算的一種程序

B.表示運算速度的一個單位

C.表示微觀世界的不連續性觀念

D.類似于質子、中子的微觀粒子

1.2 通過光子、量子、原子、電子、α粒子等概念 考查物質觀和相互作用觀

【例2】(2021年1月浙江卷第10題)下列說法正確的是( )

A.光的波動性是光子之間相互作用的結果

B.玻爾第一次將“量子”引入原子領域，提出了定態和躍遷的概念

C.光電效應揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動量

D.α射線經過置于空氣中帶正電驗電器金屬小球的上方，驗電器金屬箔的張角會變大

1.3 通過具體的能量轉化案例 考查能量觀

【例3】(2021年1月浙江卷第11題)一輛汽車在水平高速公路上以80 km/h的速度勻速行駛，其1 s內能量分配情況如圖1所示.則汽車( )

圖1 例3題圖

A.發動機的輸出功率為70 kW

B.每1 s消耗的燃料最終轉化成的內能是

5.7×104J

C.每1 s消耗的燃料最終轉化成的內能是

6.9×104J

D.每1 s消耗的燃料最終轉化成的內能是

7.0×104J

點評:這3道題都從物理觀念立意，例1和例2考查了對量子、光子、原子、電子、α粒子等基本概念的理解和領悟，例3從能量分配流程圖讀取發動機的輸出功率和燃料最終轉化成的內能，考查了對能量轉化、能量守恒、能量耗散的本質理解.物理基本觀念包括物質觀、時空觀、運動觀、相互作用觀、能量觀、物理價值觀等.隨著時間流逝，學生在學校所學的大量學科知識都將逐漸淡化甚至遺忘，真正伴隨一生發展并持續發揮作用的不是具體的學科知識，而是知識升華后留存在我們思想意識層面的東西.當學生將具體的物理知識都忘掉的時候，在他的頭腦中“剩下的東西”是什么呢？應該是學生通過物理知識的學習，所形成的從物理的視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點，即植根于學生頭腦中的物理基本觀念.

2 創設真實情境 考查科學思維

“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質性，內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括，主要包括物理模型的構建、科學推理、科學論證、質疑創新等相關要素.

2.1 考查物理模型的建立條件

【例4】(2021年1月浙江卷第2題)2020年11月10日，我國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10 909 m.“奮斗者”號照片如圖2所示，下列情況中“奮斗者”號一定可視為質點的是( )

圖2 例4題圖

A.估算下降總時間時

B.用推進器使其轉彎時

C.在海溝中穿越窄縫時

D.科學家在其艙內進行實驗時

【例5】(2021年1月浙江卷第8題)如圖3所示是通有恒定電流的環形線圈和螺線管的磁感線分布圖.若通電螺線管是密繞的，下列說法正確的是( )

圖3 例5題圖

A.電流越大，內部的磁場越接近勻強磁場

B.螺線管越長，內部的磁場越接近勻強磁場

C.螺線管直徑越大，內部的磁場越接近勻強磁場

D.磁感線畫得越密，內部的磁場越接近勻強磁場

2.2 考查物理模型的辨別能力

【例6】(2021年1月浙江卷第15題)為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率，工程技術人員利用松果的慣性發明了用打擊桿、振動器使松果落下的兩種裝置，如圖4(a)、(b)所示.則( )

圖4 例6題圖

A.針對不同樹木，落果效果最好的振動頻率可能不同

B.隨著振動器頻率的增加，樹干振動的幅度一定增大

C.打擊桿對不同粗細樹干打擊結束后，樹干的振動頻率相同

D.穩定后，不同粗細樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同

2.3 考查物理模型的推理與估算

【例7】(2021年1月浙江卷第9題)某一滑雪運動員從滑道滑出并在空中翻轉時經多次曝光得到的照片如圖5所示，每次曝光的時間間隔相等.若運動員的重心軌跡與同速度不計阻力的斜拋小球軌跡重合，A，B，C和D表示重心位置，且A和D處于同一水平高度.下列說法正確的是( )

圖5 例7題圖

A.相鄰位置運動員重心的速度變化相同

B.運動員在A，D位置時重心的速度相同

C.運動員從A到B和從C到D的時間相同

D.運動員重心位置的最高點位于B和C中間

【例8】(2021年1月浙江卷第7題)嫦娥五號探測器是我國首個實施月面采樣返回的航天器，由軌道器、返回器、著陸器和上升器等多個部分組成.為等待月面采集的樣品，軌道器與返回器的組合體環月做圓周運動.已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球質量m1=6.0×1024kg，月球質量m2=7.3×1022kg，月地距離r1=3.8×105km，月球半徑r2=1.7×103km.當軌道器與返回器的組合體在月球表面上方約200 km處做環月勻速圓周運動時，其環繞速度約為( )

A.16 m/s

B.1.1×102m/s

C.1.6×103m/s

D.1.4×104m/s

點評:這幾道試題都強調模型及其建構，著重考查學生在真實或模擬真實情境中，分析物理現象中的關鍵特征和主要因素，建立合適的物理模型來分析和解決實際問題.例5突出考查勻強磁場模型的建構條件分析，利用環形電流磁場類比判斷通電螺線管長度與磁場強弱的關系；例6考查了物體做受迫振動和自由振動兩種模型的特征及其模型的識別；例7考查斜拋運動的模型建構及其對稱分析推理方法，例8基于一種科學假設的情況下，考査對組合體繞月球做勻速圓周運動環繞速度的估算.

另外，試卷的計算題也強調模型建構，著重考查學生在真實或模擬真實情境中解決問題的能力.例如，試卷第21題以嫦娥五號成功實現月球著陸和返回為背景，設計了一種新型著陸裝置.該題情境新穎，需要學生建構等效電路模型、棒相對磁場做切割磁感線運動模型、電容器穩態模型等，考查學生對電路、電磁感應定律、電容器、安培力等基礎知識和基本理論的綜合應用.第22題以芯片制造技術為背景，設計了離子注入晶圓的問題情境，考查學生對電場、磁場、平拋運動、圓周運動和牛頓運動定律等基本知識和基本模型的綜合應用.這些問題都體現出試題以實際問題為背景，要求學生分析物理現象中的關鍵特征和主要因素，建立合適的物理模型，具有分析和解決實際問題的能力.

從以上試題分析看出，這些問題突出了物理思維和物理建模能力的考查，適度淡化了復雜的數學計算，有利于引導師生重視基本概念和基本模型的教與學，提高學生運用物理規律和物理原理分析和解決具有真實背景問題的能力，使中學教學逐步走出題海，回歸核心素養的培養.啟示在今后的教學中，應該創設物理真實情境，建立模型表象，提取模型特征，研究模型遵循的規律，研究模型變式，應用模型解決問題，培養學生建構模型的意識和能力，培養學生運用科學思維方法、從定性和定量兩個方面進行科學推理和論證的關鍵能力.

3 基于探究要素 考查實驗能力

“科學探究”是指基于證據的猜想和假設，獲取證據信息和處理信息，并對實驗探究過程和結果進行分析和評估.

3.1 考查實驗設計

【例9】[2021年1月浙江卷第18題(1)]在“測定電池的電動勢和內阻”實驗中，②現有如圖6所示的實驗器材，照片中電阻箱阻值可調范圍為0～9 999 Ω，滑動變阻器阻值變化范圍為0～10 Ω，電流表G的量程為0～3 mA、內阻為200 Ω，電壓表的量程有0～3 V和0～15 V.請在圖中選擇合適的器材，在答題紙相應方框中畫出兩種測定一節干電池的電動勢和內阻的電路圖.

圖6 例9題圖

3.2 考查物理原理

【例10】[2021年1月浙江卷第18題(2)]在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實驗中，可拆變壓器如圖7所示.為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量，鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成.硅鋼片應平行于(單選).

圖7 例10題圖

A.平面abedB.平面abfe

C.平面abghD.平面aehd

點評:浙江省往年物理選考對實驗內容的考查包括實驗原理、實驗器材、實驗操作、數據處理、誤差分析等方面的內容，這次選考試題例9出現了考查實驗設計，而實驗設計是實驗探究的重要環節，體現了對實驗探究中的核心素養的全面考查.例10通過可拆變壓器硅鋼片的疊放位置考查學生對渦流的認識和理解.這些基于教材高于教材的試題設計，重點考查了學生利用所學基礎知識、基本理論分析和解決實際問題的能力，有利于引導學生積極探究，增強學生創新意識和提高學生創新能力.

4 滲透科技成就 彰顯科學責任

“科學態度和責任”是指對待科學的正確態度和責任感，主要包括理解科學、技術、社會與環境的關系，熱愛自然，珍惜生命，具有保護環境、節約資源，促進可持續發展的責任感等.

這次選考試題緊扣時代性，在體現科學、技術、社會緊密結合的同時，大多以我國近年來重大工程和科技成就為背景，這不僅能滿足“通過真實情景下問題的解決來評價學生物理素養”的要求，加強了物理與生活的聯系，使學生體會到學習物理是有用的，同時因為突出了中國元素，彰顯了育人目標，能激發學生愛國情懷，使學生產生民族自豪感，激勵學生勇攀科學高峰.如第1題以我國安裝在南極大陸昆侖站的自主研發的全自動無人值守望遠鏡為背景，第2題以我國量子計算機“九章”的重大成果為背景，第3題以我國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底為背景，第7題和第21題均以我國首個實施月面采樣返回的航天器嫦娥五號為背景，第14題以我國全超導托卡馬克核聚變實驗裝置為背景……試題很好地將知識作為育人的載體，充分挖掘知識建構過程中蘊含的情感因素和內在價值，積極引導學生掌握物理的基本概念和基礎理論的同時，通過相應活動培養學生強烈的家國情懷、積極的人生態度、事實求是的科學精神.