高考評價體系下高考物理試題情境創設的方法探析

張吉生

(甘肅省高臺縣職業中專,甘肅 張掖 734300)

高考物理試題不僅要考查學生對知識與技能的運用,還要有利于“立德樹人、服務選才、引導教學”的高考評價體系核心功能的實現,體現高考物理試題的教學價值,引導學生開闊知識眼界,強化物理跨學科知識運用,幫助學生構建全面的物理知識體系.基于此,本文主要分析與研究中國高考評價體系下高考物理試題情境的創設.

1 高考評價體系對高中物理試題情境創設的要求

高考評價體系的核心功能是“立德樹人、服務選才、引導教學”,圍繞該核心功能向外延伸出基礎性、綜合性、應用性以及創新性四翼考查要求[1].其中,基礎性是指要創設典型性情境,用以全面考查學生對物理核心知識概念的理解與基礎實驗技能的掌握;綜合性是指合理增加情境創設的復雜性,用以全面考查學生的物理知識、思維邏輯、解題方法技巧等綜合運用能力;應用性是指合理創設生活化情境,增加問題的實踐探究性,引導學生完成物理解題向解決生活實際問題的轉化;創新性是指積極創設創新情境,通過調整試題結構、評價方式等途徑培養學生的創新思維與創新能力,實現延伸物理基礎知識的目標.

2 高考評價體系下高考物理試題情境的創設方法

2.1 以典型情境為載體創設高考物理試題情境,突出基礎性

高考評價體系下的高考物理試題情境創設應立足于真實問題,圍繞問題設計試題結構與評價方式.高考物理試題的情境創設需要借助文字、圖片以及表格等形式,思考、分析相關問題情境,形成解題思路.但學生個體之間存在差異,即學生之間想法與觀念存在不同,這便導致同一問題情境下,學生的解題思路和解題方法不盡相同.因此,為有效考查學生學習水平和學習效果,需要應用典型情境命制試題,檢驗學生日常學習情況.典型情境一般會以單一物體作為研究對象,考查單一運動過程.通過解題過程去研判學生對相關必備知識的掌握情況[2].實際上,教師在創設典型情境物理試題時,可以參考高中物理教材中的例題或習題,通過對例題或習題進行調整,能夠提高命制試題的靈活性.

例1現有一個帶電小球,被一條絕緣輕繩懸掛,如圖1帶電小球所示,小球的質量為1.0×10-2kg,小球帶電荷量為+2.0×10-8,若在水平方向上添加一個勻強電場,等到平衡之后,鉛垂線和絕緣繩之間的夾角為30°,請問添加的勻強電場的電場強度為( ).

本例題通過創設小球在勻強電場的平衡情境,用以考查學生對力的平衡知識點的掌握情況.不僅如此,教師還可以嘗試通過更改已知條件,深化試題考查內容.例如,教師若要著重考查學生對力的平衡知識點掌握情況,便可以將試題中電場方向調整為與水平方向成60°夾角,且夾角位于斜向右上方,讓學生求解電場強度;教師若要著重考查學生對勻變速運動規律的理解情況,便可以在試題已知條件下剪斷輕繩,讓學生研究小球的運動情況.

2.2 以復雜情境為載體創設高考物理試題情境,強化綜合性

與典型情境相比,復雜情境普遍會涉及多段運動與多個研究對象,這便導致學生難以準確抓住問題的關鍵點.不僅如此,復雜情境下的高考試題,需要學生綜合運用多種物理知識進行解題.例如,教師可以在例1基礎上進行改編得到例2.

例2如圖2所示,現有一水平向右的勻強電場,場強E=3.75×106N/C.用1.2 m長的輕質柔軟絕緣細線拴一質量為1.0×10-2kg、電荷量為2.0×10-8C的小球,細線的上端固定于O點[3].把小球置于左側水平最高點,保證細線處于拉直狀態,靜止釋放A球后,在最低點與不帶電的絕緣小球B發生彈性碰撞,B球質量為2.0×10-2kg,B球與地面動摩擦因數為μ=0.2,請問B球的最遠距離( ).

圖2 小球運動

學生在解決此類問題時,往往會被復雜情境所干擾,導致解題思路陷入誤區.由此可見,以復雜情境為載體去創設高考物理試題,能夠進一步考查學生分析問題與解決問題的綜合能力.

2.3 以生活化情境為載體創設高考物理試題情境,體現應用性

“從生活中發現物理,從物理中理解生活”已經逐漸成為當下高中物理教學的核心理念,在物理知識與生活之間關聯度逐漸增加的當下,教師在日常教育教學過程中,應該更加重視生活和物理學科之間的聯系.在高考綜合改革背景下,基于生活化情境創設的物理問題逐年增加,諸如2020年浙江卷第4題,以抗擊新冠病毒為情境,考查學生對紅外體溫槍原理的理解;2020年北京卷第14題,以學生高處釋放旋轉籃球為情境等.

例3如圖3所示,該圖中展示的銅奔馬是我國甘肅省博物館的鎮館之寶,其又被人們稱為“馬踏飛燕”.銅奔馬三足騰空,全身的著力點集中在超越飛鳥的一足上.假設在某次展覽期間,銅奔馬放在水平桌面上,請問以下關于“馬踏飛燕”說法正確的是( ).

圖3 銅奔馬

A.銅奔馬的中心并不在飛燕和桌面間接觸面的正上方,其需要借助桌面對其的摩擦力用來維持平衡

B.“馬踏飛燕”實際上處于非平衡狀態

C.桌面對飛燕的支持力要大于飛燕對桌面的壓力

D.如果“馬踏飛燕”在繞地球做勻速圓周運動的飛船內懸停,則“馬踏飛燕”處于失重狀態

通過此物理試題情境的創設,不僅能夠讓學生了解到我國傳統藝術文化,還能夠讓學生進一步了解與掌握生活中的力學平衡原理,對培養學生物理學習興趣、傳承傳統文化知識十分有利.

2.4 以創新情境為載體創設高考物理試題情境,注重創新性

創新情境試題對學生的邏輯能力、思維能力、判斷能力等方面要求較高,需要學生以所掌握的基礎知識為前提,分析并理解題目中圖片、文字或表格的含義,盡可能挖掘出題目中潛在的關鍵信息,為順利解題提供有力保障.對于創新情境試題的命制人員而言,創新并非單純提高問題在審題、理解以及解題等方面的難度,而是需要保證合理、適宜難度的前提下,以創新理念將基本概念與規律深度融到問題中去.

例4量子理論的誕生是二十世紀物理學的重大發展成就之一,其中推動量子理論發展的關鍵在于著名物理學家玻爾所提出的原子結構理論.原子結構理論中存在一個原子能量的量子化假設,而該假設在1914年被赫茲與弗蘭克等人證實.如圖4所示是弗蘭克實驗原理圖.燈絲K射出一個電子(不計算該電子的初速度),同時柵極G與燈絲K之間存在一個電壓為U的電場,當電子經過該電場時會做加速運動,同時,柵極G與A之間存在一個0.5 V的反向電壓,當電子經過時會做減速運動.當電子經過G-K并進行加速后,若其自身攜帶能量較高,則可以克服G-A間的反向電場,最終抵達接收端A,形成電流并流經電流表.在原有的真空設備中打入氣化汞,此時若電子的動能低于汞原子從基態躍遷到第一激發態所需的能量時,因汞原子的能量無法實現持續性變化,會導致電子與汞原子之間出現彈性碰撞;若電子的動能高于汞原子從基態躍遷至第一激發狀態所需的能量時,會使汞原子與電子之間形成非彈性碰撞,此時電子的部分動能會轉化為汞原子的能量,進而幫助其躍遷至第一激發狀態.現已知電子質量為x、電荷量為e,且電子質量遠小于汞原子質量.

圖4 弗蘭克實驗原理圖

問題1,證明當一個靜止的汞原子受到運動電子的彈性碰撞后,電子幾乎不會因碰撞產生能量損失,證明過程中可以自行擬定未提供的物理量.

該題目情境的創新性體現在以下幾方面.

第一,題目背景的創新.弗蘭克實驗存在于人教版選修課程中,但在實際教學過程中,多數物理教師往往會忽略此部分內容的教學,因此,學生對此感到陌生.雖然陌生的問題情境會增加解題難度,但問題中描述了弗蘭克實驗的詳細過程,學生可以基于自身所掌握的物理基礎知識及物理理論,有效理解并分析題目中所提及的弗蘭克實驗,進而全面采集題干中潛在的關鍵信息,為學生的順利解題提供重要依據.本問題不僅全面考查了學生在電子運動、電場強度等方面的物理知識,同時也檢驗了學生分析、應對與處理新問題的能力,實現以課本情境為載體的“青出于藍而勝于藍”的題目創設效果.

第二,設問方式的創新.與傳統的高考物理題目相比,該題目所提出的問題需要學生結合題目中所給圖片與題干內容進行有效解答,擺脫了傳統高考物理題目中的解算設問方式,考查了學生在實際解題過程中的自主意識與探究能力,同時也在一定程度上檢測了學生對所學物理知識的靈活運用能力,使其能夠跳出以教材為定式的物理解題思路.

第三,知識綜合性的創新.在上述題目中將原子的能量躍遷、電子碰撞等相關知識進行了有機整合,不僅實現了以單一問題考查綜合物理知識、規律的目標,同時也以該問題為情境載體,為學生解釋了能量量子化的本質[4].

3 結束語

綜上所述,《中國高考評價體系》對高考物理試題情境創設提出了明確要求,教師應立足“四翼”考查要求,在高考物理試題命題的情境創設中著重突出基礎性、強化綜合性、體現應用性以及注重創新性.