“多過程問題”的評價功能及其解決策略分析*
——以2021年6月浙江選考物理第20題為例

何海衛 樂恩輝

(浙江省象山中學 浙江 寧波 315700)

物理學科學業水平考試的評價目的在于落實發展學生物理學科核心素養的課程目標.依據這樣的目的,物理學業水平考試的命題必須時刻把握住學科核心素養的目標導向,在命題內容與情境創設上契合學生的認知水平,注重試題對“情境”“建模”“規律”“方法”等方面的定位與聯系,加強對學生運用物理學知識綜合解決實際問題能力的考查,強調創新精神與實踐能力的考查,從而能較好地區分學生物理學科核心素養的水平[1].

浙江省物理選考卷在試題命制時已經就“情境”“建模”“規律”等維度實踐探索多年并形成了相對成熟的形式.其中計算題第2題更是該類實踐的典型代表,本題一般設置為“多過程問題”,通常以功能關系與動力學規律的運用為主線,以直線運動與曲線運動為主要的運動情境載體,通過信息解讀、模型建構、數學方法滲透、科學論證等方面的綜合運用,考查與評價學生運用物理規律與方法解決具體問題所具有的必備知識與關鍵能力.

為把握多過程計算題的考查要點,突破問題的難點,助力學生素養與能力的提升,本文基于《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》中高中物理選考命題的原則,對2021年6月浙江選考第20題的命題特點、評價功能進行簡要評析,基于此并結合學生的認知基礎提出優化此類問題解決策略的建議.

圖1 題圖

(1)若小滑塊的初始高度h=0.9 m,求小滑塊到達B點時速度v0的大小;

(2)若小球能完成整個運動過程,求h的最小值hmin;

(3)若小球恰好能過最高點E,且三棱柱G的位置上下可調,求落地點Q與F點的水平距離x的最大值xmax.

1 多過程問題的命題特征與評價功能

根據課程標準所制定的命題原則,多過程計算題依托具體的測試目標與任務情境,選擇具有代表性的核心物理概念、規律、思想和方法等內容設計試題[1],聚焦核心知識,指向具體問題的解決.

1.1 基于測試目標與任務情境創設問題

以學生熟悉的高中物理常見的運動形式(勻變速直線運動、豎直平面內圓周運動、平拋運動等)為任務情境,以考查動力學規律與功能關系為測試目標,如表1所示,建立具有一定邏輯結構順序與層次的問題載體,以此對學生的物理核心素養與處理綜合性問題的能力展開考查.

表1 測試目標與任務情境

1.2 聚焦功能關系與動力學規律解決問題

根據測試目標與任務情境解讀問題的要素,關聯用于問題解決的物理知識與方法(以功能關系與動力學規律所涉及的核心概念、模型建構、規律運用)為主要工具,注重考查學生對于答題邏輯結構的生成與建立,如表2所示.

表2 試題答案與問題解決的工具

1.3 基于學業質量水平評價物理學科素養的達成

多過程問題的命題多數是基于高中物理教學實踐中所關聯的運動情境、力學模型、功能轉化的過程等核心要素,通過這些要素的內在聯系與物理特征設計出指向分析物體運動、受力與功能關系的具體問題,并結合學業質量水平3、4相關指標與要求來評價學生在解決該問題的過程中其物理學科核心素養的達成情況[1],如表3所示.

表3 物理學業質量水平的達成情況

2 多過程問題的解決策略與優化

多過程問題涉及高中物理的動力學原理、問題解決的物理規律與方法、問題結論的數學分析與分類討論等方面,綜合性較強.解決該問題需要從冗長的題干中提取有效信息,并將所得信息關聯到對應的知識點,從定性和定量兩個方面對相關問題進行科學推理、找出規律、形成結論[2].在問題解決過程中要注重學生證據意識的培養,優化問題解決的策略與方法,從心理上逐步減弱學生面對綜合性問題時的膽怯與回避心態,增強學生解決大題、難題的信心與勇氣.

2.1 整體把握 創設問題解決的主線思路

分析問題思路不清晰往往是耽誤學生解決多過程問題時間的主要因素.筆者在教學實踐中對該題的分析思路總結為“信息獲取→情境分析→模型建構→數學分析”4個環節,創建問題解決的科學思維過程,如圖2所示,引導學生把握解決問題的正確思維方式,突破問題解決的要點與難點.

圖2 解決多過程計算題的科學思維過程

(1)信息獲取.研讀題干內容,獲取問題研究對象、過程以及對應條件要素所限定的物理環境.

(2)情境分析.根據所獲取的題干信息明確物體的運動過程、各個過程中的受力分析,從而獲取描述物體運動的物理量、所受合力大小與方向,并對整過程或者分過程的做功情況予以確定.

(3)模型建構.由運動、受力及做功情況明確構建相應的動力學模型,并根據動力學規律與功能關系構建用于定量解析問題的方程、函數或者不等式等.

(4)數學分析.對所建立的定量關系式進行分析與討論,在基于問題物理本質的基礎上運用數學方法獲取科學規范的結論.

2.2 模型建構 明確過程分析的關鍵要素

模型建構是解決物理問題的關鍵要素,而過程分析則是進行模型建構的重要前提.對研究對象在運動過程中的運動形式、受力情況、做功與能量變化情況等要點(表4)有明確的認識與定位,能夠充分助力解決問題所需物理模型的建構,并結合相關的物理規律實現對問題的定量解析.

表4 過程分析的要點呈現

2.3 推理論證 生成科學客觀的事實結論

多過程問題最大的難點在于構成運動的各個過程并不是獨立的,而是相互關聯的.因此對于單一運動過程的分析往往不能充分實現對問題的解決,而是需要對研究對象所參與的各個過程有整體的認識.因此在解決這樣的問題時,不僅需要學生具備建構模型、分析計算的能力,還需要在對已有過程分析論證的基礎上對新的問題進行預測、描述、解釋,在基于規律運用與深化的基礎上實現對研究問題的分析論證,從而獲得嚴謹客觀的事實結論.例如對該題第(3)問平拋運動水平位移最大值的求解可基于猜想預測、描述解釋、推理論證的過程獲取可靠的事實結論,如圖3所示.

圖3 問題解決的推理論證過程

3 結束語

多過程問題承載了高中階段對學生綜合能力水平與學科素養達成目標的考查要求,同時也是促進學生綜合能力水平與學科素養發展的重要資源.在實際教學中,教師在把握該類問題在選考評價體系中的定位與導向的前提下,更要基于其評價功能充分發掘蘊含其中的概念、規律、方法等方面的資源要素,助力高中物理教學的提升與深化.