基于物理學科核心素養(yǎng)談如何認識近幾年全國統(tǒng)考物理高考試題

楊思鋒

(安徽省教育科學研究院，安徽 合肥 230061)

2017年底，國家正式頒發(fā)了普通高中《物理課程標準(2017年版)》.相比于實驗稿的課程標準，新標準研制出了“物理學科核心素養(yǎng)”和“學科學業(yè)質(zhì)量水平”，并明確指出：學科核心素養(yǎng)是國家教育目的在各學科的具體表現(xiàn)，學科學業(yè)質(zhì)量水平則是與核心素養(yǎng)直接相關(guān)的、各學科的教學要求和考查評價要求，比如4級學業(yè)質(zhì)量水平(標準)就是物理學科學業(yè)水平等級性考試(具有高考性質(zhì))的水平要求.

從高考的性質(zhì)、任務看，它承擔著選拔人才和引導教學如何不斷改進兩方面的任務.即高考試題的形式和考查要求一方面要以學科核心素養(yǎng)進行立意，以此能有效考查出學生的學科素養(yǎng)水平；同時，又能給廣大教師如何開展課堂教學、不斷改進教學提供明確地導向.那么，其中一個重要的問題，就是我們必須能夠運用學科核心素養(yǎng)的觀點對高考試題進行正確、合理的認識.這既要求我們教師有扎實、全面的學科專業(yè)知識水平，又需要我們不斷地學習國家層面的課程理論、政策等.下面的分析論述，就是基于此進行的.

1 近幾年全國高考物理試題的變化特點

整體上分析，近幾年來，國家統(tǒng)考高考試題不再追求“高難度、新奇”的試題形式，從指導思想上也不再期望通過類似做法對考生的理科學習水平層次進行區(qū)分.這一判斷也包括物理實驗試題的變化和發(fā)展.比如：過去的實驗試題追求對實驗設(shè)計上奇思妙想的表現(xiàn)、對實驗操作層面技巧的考查、對新的實驗手段應用(如傳感器的應用)的考查.而現(xiàn)在的高考實驗試題，已經(jīng)不把這些方面直接作為考查要求進行呈現(xiàn).

筆者認為現(xiàn)在的物理試題命制遵循以下原則，即什么知識內(nèi)容對學生來說是起到基礎(chǔ)性和支撐性作用的；哪些思考、處理具體物理問題的方法(包括做法)是在一般層面上對學生的發(fā)展有普遍價值的；哪些能力要求對學生來說是必備的和關(guān)鍵的；……這基本就是課程標準對物理學科核心素養(yǎng)的定位.

進一步細致地說明如下.試卷整體上追求大的知識內(nèi)容覆蓋面，其表現(xiàn)就是每一道試題都具有一定的綜合性.具體在選擇題中，在強調(diào)對知識進行定性考查的同時，關(guān)注對過程性分析和數(shù)學表達的半定量要求(即所謂定量和半定量的考查).在實驗試題中，首先強調(diào)實驗原理性的知識要求，以及實驗整體設(shè)計上的系統(tǒng)誤差處理.對實驗數(shù)據(jù)的表達、結(jié)合知識內(nèi)容對數(shù)據(jù)進行分析計算(本質(zhì)上是減小偶然誤差的影響).現(xiàn)在，試題還嘗試基于實驗的結(jié)論，進行一些應用的考查.在計算題中，首先追求對物理學學習水平的全面考查.這包括：運動學觀念、概念的考查；牛頓力學諸定理、定律的考查；功能關(guān)系、守恒及其轉(zhuǎn)化的考查；動量轉(zhuǎn)化及其守恒的考查(——這是考查的立意所在)；其次是考查能否選擇合理有效的定理、定律(定性考查)；接著是全面細致考查“受力分析的全面性、力的合成和分解的正確性、各個物理量數(shù)學表達的準確性”；再就是獨立方程的選擇和表達；正確、規(guī)范的解題過程和對結(jié)果的合理表達.

以上說明，基本上就是物理學科核心素養(yǎng)4個層面的內(nèi)涵表現(xiàn).

2 用核心素養(yǎng)的觀點分析幾個典型的物理高考試題

2.1 2018年的幾個典型試題分析

圖1

題18.如圖1，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R：bc是半徑為R的1/4圓弧，與ab相切于b點.一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點處從靜止開始向右運動.重力加速度大小為g.小球從a點開始運動到其軌跡最高點，機械能的增量為

(A) 2mgR. (B) 4mgR.

(C) 5mgR. (D) 6mgR.

說明： 本題是作為較難的試題放在較后面的位置.其難度表現(xiàn)首先是術(shù)語的使用，如“軌道(實體)和軌跡(數(shù)學圖像)”；其次是小球運動軌跡的清晰物理圖像；不同的運動階段其運動有什么規(guī)律、小球受力及其做功情況；做功后以什么形式的機械能存在；軌跡的最高點對應什么樣的物理狀態(tài)，等.這些定性的考查都屬于物理觀念的內(nèi)涵要求.試題的表述就是所謂試題的情景.前面的說明能反映出本試題較為復雜的問題情景.(新課標中，各質(zhì)量水平的劃分，就是基于問題情景的復雜程度進行的)

圖2

題21.圖2中虛線a、b、c、d、f代表勻強電場內(nèi)間距相等的一組等勢面，已知平面b上的電勢為2 V.一電子經(jīng)過a時的動能為10 eV，從a到d的過程中克服電場力所做的功為6 eV.下列說法正確的是

(A) 平面c上的電勢為0.

(B) 該電子可能到達不了平面f.

(C) 該電子經(jīng)過平面d時，其電勢能為4 eV.

(D) 該電子經(jīng)過平面b時的速率是經(jīng)過d時的2倍.

說明： 首先從物理觀念層面看，圖示是勻強電場中的間距相等的一組等勢面，由于電場強度方向垂直于等勢面，于是知道電場強度沿水平方向；又因電子從a到d的過程中克服電場力所做的功為6 eV，知電場方向水平向左；根據(jù)φb=2 V，就可以確定每組等勢面的電勢大小；由試題情景可以知道，電子是從左向右運動的，一般假設(shè)是斜向右上方(或右下方)運動，那么，在其運動過程中，電子要克服電場力做功，即消耗自身動能而轉(zhuǎn)化為靜電勢能；再依據(jù)牛頓第二定律知，電子在水平方向的分速度就越來越小.這樣一般情況下，電子是不能到達平面f的(這里需要定量分析).

以上分析可見，科學思維的要求自然反應其中.而科學思維還有更進一步的細致要求.如根據(jù)靜電勢能和電勢的規(guī)定，有Ep=-eφ；運動過程中，電子克服靜電力做了多少功，就說明有多少動能轉(zhuǎn)化成了電勢能等.

上述分析可以看出，雖然所有的考查要求都是物理觀念和科學思維的基本內(nèi)涵，但是，一些觀念性，也是科學思維性的要求對高中生來說可能就過高了，如“一般假設(shè)是斜向右上方，…”.(這一判斷得到了統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支撐)

題22.如圖3(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針.

現(xiàn)要測量圖3(a)中彈簧的勁度系數(shù).當托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950 cm；當托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖3(b)所示，其讀數(shù)為______cm.當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字).

圖3

這種運算過程，相比較什么游標卡尺讀數(shù)方法的精度記憶要具有知識性一些，而且具有更普遍的意義.

2.2 作為比較，分析幾道2019年全國物理統(tǒng)考試題

圖4

題21.在星球M上將一輕彈簧豎直固定在水平桌面上，把物體P輕放在彈簧上端，P由靜止向下運動，物體的加速度a與彈簧的壓縮量x間的關(guān)系如圖4中實線所示.在另一星球N上用完全相同的彈簧，改用物體Q完成同樣的過程，其a-x關(guān)系如圖中虛線所示，假設(shè)兩星球均為質(zhì)量均勻分布的球體.已知星球M的半徑是星球N的3倍，則

(A)M與N的密度相等.

(B)Q的質(zhì)量是P的3倍.

(C)Q下落過程中的最大動能是P的4倍.

(D)Q下落過程中彈簧的最大壓縮量是P的4倍.

題23.某同學要將一量程為250 μA的微安表改裝為量程為20 mA的電流表.該同學測得微安表內(nèi)阻為1200 Ω，經(jīng)計算后將一阻值為R的電阻與該微安表連接，進行改裝.然后利用一標準毫安表，根據(jù)圖5(a)所示電路對改裝后的電表進行檢測(虛線框內(nèi)是改裝后的電表).

(1) 根據(jù)圖5(a)和題給條件，將圖5(b)中的實物連接.

(2) 當標準毫安表的示數(shù)為16.0 mA時，微安表的指針位置如圖5(c)所示，由此可以推測出改裝的電表量程不是預期值，而是________.(填正確答案標號)

(A) 18 mA. (B) 21 mA.

(C) 25 mA. (D) 28 mA.

(a)

(b)

(c)

(3) 產(chǎn)生上述問題的原因可能是________.(填正確答案標號)

(A) 微安表內(nèi)阻測量錯誤，實際內(nèi)阻大于1200 Ω.

(B) 微安表內(nèi)阻測量錯誤，實際內(nèi)阻小于1200 Ω.

(C)R值計算錯誤，接入的電阻偏小.

(D)R值計算錯誤，接入的電阻偏大.

(4) 要達到預期目的，無論測得的內(nèi)阻值是否正確，都不必重新測量，只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可，其中k=______.

說明： 試題對物理觀念的要求，就是本實驗原理：小量程電流表的改裝辦法，即給表頭串聯(lián)一個小電阻(包括其阻值大小的計算).

其他的要求，就是根據(jù)試題的具體情況，將實驗原理用數(shù)學關(guān)系式表達出來.——這是科學思維層面的要求，也是科學探究的內(nèi)涵.

以上案例分析，基本上能夠說明全國高考物理試題的命制思想，以及逐年的變化趨勢.如果我們對這兩年的計算題、選修模塊試題進行分析，同樣也能發(fā)現(xiàn)相同的命制和變化特點.