淺談如何利用高考題對學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展水平進行評價

林燕芳

【摘要】本文利用概念圖對2021年廣東省物理高考試卷第14題進行詳細剖析，對該題中對學(xué)生各個考察點進行觀察，對學(xué)生在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理概念、物理思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這四個方面的發(fā)展水平進行評價，同時闡述高考命題和考試評價系統(tǒng)的導(dǎo)向性。

【關(guān)鍵詞】概念圖;高考題;核心素養(yǎng);評價

利用高考題對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展水平進行評價，可以利用概念圖這一工具先對題目進行詳細剖析，再對應(yīng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)四個維度的內(nèi)容，從概念圖中尋找出各個考察點使之對應(yīng)上核心素養(yǎng)的各個方面，使學(xué)生在物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平的評價變得可操作。

一、高考題再現(xiàn)

例題（2021年廣東省物理高考題第14題，以下簡稱“第14題”）圖11是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖，空間有三個同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內(nèi)無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個圓心角均略小于90o的扇環(huán)形勻強磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各區(qū)磁感應(yīng)強度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外，電子以初動能Eko從圓b上p點沿徑向進入電場。電場可以反向，保證電子每次進入電場即被全程加速。已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為，電子質(zhì)量為m，電荷量為e。忽略相對論效應(yīng)，取tan22.5o=0.4。

（1）當(dāng)Eko=0時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進入磁場，且在電場內(nèi)相鄰運動軌跡的夾角均為45o，最終從Q點出射，運動軌跡如圖11中帶箭頭實線所示。求Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度大小、電子在Ⅰ區(qū)的磁場中的運動時間及在Q點出射時的動能;

（2）已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)出射，當(dāng)Eko=keU時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。

二、本題的概念圖展示

概念圖是美國康奈爾大學(xué)心理學(xué)家約瑟夫·D·諾瓦克（Joseph D. Novak）提出的，他認為概念圖是一種知識以及知識之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖形化的表征，也是思維可視化的表征。概念圖用節(jié)點代表概念，連線表示概念間的聯(lián)系。概念圖的應(yīng)用非常廣泛，依托概念圖可以落實合理水平層次的教學(xué)設(shè)計，可以精準促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升及相關(guān)水平的達成，也可以用來評價物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。下面是根據(jù)第14題繪制的一幅概念圖。

三、高考題中核心素養(yǎng)發(fā)展水平的評價

物理的核心素養(yǎng)發(fā)展的四個維度，可以根據(jù)題目考察點的不同來對學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展水平進行評價。在概念圖中，不僅一目了然展現(xiàn)該題的物理情景的復(fù)雜程度，也展現(xiàn)出學(xué)生知識發(fā)展和思維方法等的要求。下面對該概念圖中7個關(guān)聯(lián)處在核心素養(yǎng)四個方面進行剖析。

1.在物理觀念方面，主要考查學(xué)生對物理基本概念、基本規(guī)律的理解，即是評價物質(zhì)觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念等的發(fā)展水平。

其中的關(guān)聯(lián)1考察學(xué)生是否知道對電子在電場中受電場力并且進行加速的基本關(guān)系。該核心素養(yǎng)水平介于層級2到3之間，評價時，看學(xué)生能否判斷出電子在電場中會加速兩次，并且列出方程：

關(guān)聯(lián)2考察學(xué)生是否知道電子在磁場中受洛倫茲力并且做圓周運動的基本觀念。評價時，看學(xué)生是否能判斷出電子在磁場中受洛倫茲力且做勻速圓周運動，列出方程：

同時考察關(guān)聯(lián)1 和關(guān)聯(lián)2 之間的聯(lián)系v，看學(xué)生是否知道在電場中加速的末速度即是進入磁場的速度。根據(jù)學(xué)生作答的上面兩個式子，可以判斷學(xué)生在物理觀念的素養(yǎng)水平是處于形成初步的物理觀念，還是已經(jīng)具有清晰、系統(tǒng)的物理觀念。看學(xué)生是否能利用電子受電場力加速，只受洛倫茲力做勻速圓周運動的物理觀念來解決實際的問題。

2.在科學(xué)思維方面，主要考察學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理和科學(xué)論證的能力，即是評價學(xué)生科學(xué)思維方法的發(fā)展水平。

其中的關(guān)聯(lián)3，考察學(xué)生是否知道當(dāng)電子進入電場時，若已經(jīng)有初速度，看學(xué)生是否又能列出對應(yīng)的方程：

關(guān)聯(lián)3對學(xué)生基本概念理解的要求就比關(guān)聯(lián)1要求提高了，從學(xué)生的作答情況，看學(xué)生相比于電子沒有初速度，能否對有初速度后的模型進行分析推理，得到正確的結(jié)論，進而評價學(xué)生在科學(xué)思維方面的發(fā)展水平如何。

關(guān)聯(lián)5考察學(xué)生是否能準確理解運動電荷在磁場中做圓周運動時的周期和在磁場中運動時間的關(guān)系，看學(xué)生是否能正確得出兩者之間關(guān)系，列出方程：

這條式子在一定程度上可以看出學(xué)生對圓周運動模型的建立和科學(xué)論證的思維發(fā)展能力，根據(jù)學(xué)生答卷的情況對學(xué)生發(fā)展水平做出評價。

3.在科學(xué)探究能力方面，考察學(xué)生在提出問題、獲取證據(jù)、分析論證和交流合作的能力，即是評價學(xué)生對實驗原理、方法、實物連接、器材的應(yīng)用的理解和掌握的實驗?zāi)芰Α?/p>

關(guān)聯(lián)4，看學(xué)生是否能正確寫出周期的表達式，列出方程：

在該公式中的半徑是解題的關(guān)鍵，看學(xué)生能否通過親自動手畫圖，找出幾何關(guān)系，并且列出正確的方程：

帶電粒子在磁場中的運動軌跡這類操作題考查學(xué)生平時是否有良好的作圖習(xí)慣和正確的分析論證能力，在考查學(xué)生的科學(xué)探究能力的發(fā)展水平方面，可以看這幾個關(guān)系式是學(xué)生如何得到的。

第5層次的關(guān)聯(lián)6和關(guān)聯(lián)7使本題難度有了一定的提升，需要學(xué)生對運動的本質(zhì)、運動的過程進行科學(xué)準確且有邏輯性的論證，才能得出正確的答案。其中關(guān)聯(lián)6，看學(xué)生能否列出正確的關(guān)系式。其中，電子的初動能Eko=keU，第2小題求k的最大值，看學(xué)生能否分析論證得出k取最大值，即是求Eko取得的最大值即可。而Eko想要取得最大值，看學(xué)生能不能列出跟Eko有關(guān)的式子出來。進入Ⅰ區(qū)，電場對電子進行2次加速，列出方程：

看學(xué)生是否能得出Eko取得最大值，由上面的式子即可得出需要電子經(jīng)過加速后進入磁場時的速度v1達到的最大值。而電子進入磁場后以v1做圓周運動，涉及概念圖中的關(guān)聯(lián)7，看學(xué)生能否列出方程：

上式的半徑r'是變化的半徑，看學(xué)生是否邏輯推理能力足夠強，要繼續(xù)推導(dǎo)出v1取得的最大值，即電子在磁場中，運動的半徑r'達到最大值即可。

4.在科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感方面，主要評價學(xué)生在認識科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任等要素。

本題的文字量較多，問題情境也較為復(fù)雜，更需要考查學(xué)生是否具有良好的心理素質(zhì)和冷靜分析問題的習(xí)慣。關(guān)聯(lián)7中也考察學(xué)生是否真正學(xué)習(xí)到物理的本質(zhì)，堅持實事求是的結(jié)論。看學(xué)生是否判斷得出，要半徑最大，即如圖電子運動的軌跡跟c圓相切。評價時，看學(xué)生是否能準確畫圖并且經(jīng)過準確的計算，得出半徑的相關(guān)的幾何關(guān)系：

（-r' ）2=r'2+R2⑧解得半徑的最大值r' =

綜上所述，如果學(xué)生具備了物理四個維度的核心素養(yǎng)，解決該題便不是難事。由上面的式子①②③④⑤⑥⑦⑧可解得Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度，運動的時間，Q點出射時的動能Ek=8eU，k的最大值。

四、小結(jié)

根據(jù)高考真題的情景創(chuàng)設(shè)和問題設(shè)置，利用概念圖進行剖析，把抽象的物理理論結(jié)合核心素養(yǎng)的四個維度進行了可視化的呈現(xiàn)，再對概念圖中每一個關(guān)聯(lián)點即考察點進行詳細剖析。根據(jù)學(xué)生在每一個考察點的答題情況，可以客觀地對學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個維度做一個詳細的評價。相比于只是得到一個高考物理成績的分數(shù)，這樣的評價能使一線的教師更好掌握學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展水平，從而在以后的教育教學(xué)中做為更好的參考和學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]2021年普通高等學(xué)校招生考試廣東省物理試卷[OL].http：//baike.baidu.com.

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[3]陳海.概念圖在學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)業(yè)質(zhì)量評價中的應(yīng)用探索——以2019年高考全國理綜Ⅰ卷第25題為例[J].物理教學(xué)，2020，42（5）：15-17+38.