歐劍雄

(福建省莆田第一中學(xué)　福建 莆田　351100)

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高考物理試題效度證據(jù)的研究

歐劍雄

(福建省莆田第一中學(xué)福建 莆田351100)

摘 要：類比《教育與心理測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)考試效度證據(jù)的分類方法，建立了“試題效度”的概念，指出了：試題的效度證據(jù)分為基于試題內(nèi)容的證據(jù)、基于試題結(jié)構(gòu)的證據(jù)、基于反應(yīng)過程的證據(jù)、基于效標(biāo)材料的證據(jù)和基于考試結(jié)果的證據(jù)5種類型，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析．

關(guān)鍵詞：高考物理試題效度效度證據(jù)

效度是用來衡量考試有效性或正確性的指標(biāo)，即考試能夠測(cè)出它預(yù)測(cè)特質(zhì)的程度．高考作為一種選拔性考試，效度是評(píng)價(jià)其科學(xué)性最為主要的指標(biāo)[1]．試題是考試測(cè)量的基本單元，試題的效度分析應(yīng)該是考試的效度分析的基礎(chǔ)，因此筆者認(rèn)為有必要建立“試題效度”的概念．

1試題效度證據(jù)的理論分析

效度概念的發(fā)展經(jīng)歷可大致分為3個(gè)階段：第一階段為單一效度觀時(shí)期(20世紀(jì)50年代之前)，這時(shí)的效度僅僅被看成一個(gè)相關(guān)系數(shù)，即現(xiàn)在的“效標(biāo)關(guān)聯(lián)效度”；第二階段為分類效度觀時(shí)期(20世紀(jì)50年代至80年代中期)，這時(shí)期研究者針對(duì)不同性質(zhì)測(cè)驗(yàn)的不同方面，提出內(nèi)容效度、結(jié)構(gòu)效度等至少16種效度，其中具有代表性的是1966年出版的《教育與心理測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》第三版提出的“三分說”，即效度分為效標(biāo)關(guān)聯(lián)效度、結(jié)構(gòu)效度和內(nèi)容效度3種；第三階段為效度一元化時(shí)期(80年代中期至今)，效度一元化重在“尋求內(nèi)部解釋的外部證明”，即不再尋找一個(gè)客觀的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)考試的效度，而是通過搜集各種來源的證據(jù)來證明考試的有效性[2～4]．1999年由美國(guó)教育研究協(xié)會(huì)、美國(guó)心理學(xué)協(xié)會(huì)和全美教育測(cè)量協(xié)會(huì)編著的《教育與心理測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》一書，是當(dāng)今教育與心理測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域中最具權(quán)威性的文獻(xiàn)，書中提出根據(jù)來源的不同，將效度證據(jù)分為基于考試內(nèi)容的證據(jù)、基于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的證據(jù)、基于反應(yīng)過程的證據(jù)、基于與其他變量之間關(guān)系的證據(jù)和基于考試結(jié)果的證據(jù)5種類型[5]．

類比《教育與心理測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》書中關(guān)于考試的效度證據(jù)的分類方法，筆者將試題的效度證據(jù)分為基于試題內(nèi)容的證據(jù)、基于試題結(jié)構(gòu)的證據(jù)、基于反應(yīng)過程的證據(jù)、基于效標(biāo)材料的證據(jù)和基于考試結(jié)果的證據(jù)．各種類型的效度證據(jù)界定如下.

1.1基于試題內(nèi)容的效度證據(jù)

基于試題內(nèi)容的效度證據(jù)主要是判斷試題是否體現(xiàn)了高考物理的考試目的及測(cè)量目標(biāo)，具體可分為以下3個(gè)層面.

(1)試題所考查的知識(shí)范圍和要求掌握的程度是否符合課程標(biāo)準(zhǔn)、考試大綱和考試說明．課程標(biāo)準(zhǔn)、考試大綱和考試說明是高考考試命題的基本依據(jù)，它們規(guī)定了考試評(píng)價(jià)哪些基本素質(zhì)以及評(píng)價(jià)的基本標(biāo)準(zhǔn)．只有符合課程標(biāo)準(zhǔn)、考試大綱和考試說明的試題才能實(shí)現(xiàn)對(duì)考生培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度的檢驗(yàn)．偏離培養(yǎng)目標(biāo)的試題是無意義的，相應(yīng)的考試結(jié)果也是低效度的．

(2)試題是否體現(xiàn)了對(duì)物理學(xué)科能力的考查．高考的根本目的是為高等院校選拔基礎(chǔ)較好、能力較強(qiáng)、具有學(xué)習(xí)潛能的考生．只有注重能力考查的試題才能鑒別考生能力的高低，在此基礎(chǔ)下，考試結(jié)果才能作為對(duì)考生進(jìn)行決策的依據(jù)．

(3)試題是否體現(xiàn)了對(duì)考生科學(xué)素養(yǎng)的考查，對(duì)培養(yǎng)考生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、形成正確的價(jià)值觀是否有利．高考的功能首先是選拔，但各種錯(cuò)綜復(fù)雜的原因使得高考對(duì)中學(xué)教學(xué)有著不可低估的“指揮棒”作用[6]．高考試題體現(xiàn)對(duì)考生科學(xué)素養(yǎng)的考查和科學(xué)態(tài)度、價(jià)值觀養(yǎng)成的引導(dǎo)，有利于發(fā)揮考試評(píng)價(jià)促進(jìn)發(fā)展的功能，促進(jìn)中學(xué)教學(xué)落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)和理念．

1.2基于試題結(jié)構(gòu)的效度證據(jù)

基于試題結(jié)構(gòu)的效度證據(jù)主要是判斷試題本身的結(jié)構(gòu)是否合理、試題所考查內(nèi)容的相關(guān)性是否合理．

試題本身的結(jié)構(gòu)是否合理主要從試題的選材、圖文表述、提問方式、參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等是否有利于考試目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)來判斷．符合試題立意是選材的基本要求，圖文表述清晰、明確、規(guī)范是命題語言的基本要求，科學(xué)的參考答案、合理的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是影響考試質(zhì)量的關(guān)鍵因素．這些因素共同構(gòu)成高效度試題的基本前提．

試題所考查內(nèi)容的相關(guān)性是否合理主要從所考查的各知識(shí)點(diǎn)、各學(xué)科能力之間是否有利于綜合實(shí)現(xiàn)考試目標(biāo)，某一知識(shí)點(diǎn)或某一種能力的考查是否會(huì)影響對(duì)其他知識(shí)點(diǎn)或能力的考查來判斷．高效度的試題所考查的不同內(nèi)容之間的相關(guān)性不宜過高，也不宜過低．相關(guān)性過高，如只考查某一兩個(gè)知識(shí)或某一兩種能力，就容易造成考試分?jǐn)?shù)與考生能力之間的一致性差，也不利于從不同角度考查考生．相關(guān)性過低，即同一試題所考查的不同知識(shí)、不同能力之間是分散無聯(lián)系的，這樣的試題不利于考查考生綜合分析的能力，與高考考試目標(biāo)相悖．

1.3基于反應(yīng)過程的效度證據(jù)

基于反應(yīng)過程的效度證據(jù)主要是判斷試題解題過程可提供的構(gòu)念(考生在解決某一問題時(shí)所必須具有的某些特定的心理特征如理解能力、推理能力等)與考生實(shí)際解題過程中的表現(xiàn)的相符性關(guān)系．

考試的目的是根據(jù)考生在考試中的表現(xiàn)推測(cè)考生的心理結(jié)構(gòu)或能力，進(jìn)而預(yù)測(cè)考生在非考試環(huán)境下的表現(xiàn)或行為．人只有在特定的環(huán)境下才能表現(xiàn)出某種心理結(jié)構(gòu)或能力．命題時(shí)我們預(yù)測(cè)，試題的題干能夠引發(fā)考生表現(xiàn)出某種心理結(jié)構(gòu)或能力[7]．考試結(jié)束后，我們需要對(duì)考生實(shí)際解題過程進(jìn)行調(diào)查、分析，以驗(yàn)證這種預(yù)測(cè)是否有效．只有在試題能有效地引發(fā)考生表現(xiàn)出考試目標(biāo)所希望其表現(xiàn)的行為時(shí)，考試結(jié)果才能與考生的相應(yīng)知識(shí)、能力相對(duì)應(yīng)，這樣的試題才可能具有較高的效度．

1.4基于效標(biāo)材料的效度證據(jù)

基于效標(biāo)材料的效度證據(jù)是指試題對(duì)于處于特定情境的個(gè)體行為進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)的有效性．

對(duì)于高考物理而言，我們認(rèn)為分?jǐn)?shù)高的考生應(yīng)該具有較強(qiáng)的物理學(xué)科能力．高考物理考試的效標(biāo)通常選擇大學(xué)第一學(xué)年或第一學(xué)期某幾門課程的學(xué)業(yè)成績(jī)，研究高考物理分?jǐn)?shù)與大學(xué)學(xué)業(yè)成績(jī)的相關(guān)性，是從效標(biāo)材料角度驗(yàn)證高考物理考試效度的基本方法．

對(duì)于一道試題的效度研究，上述方法顯然不再適用．高考作為一個(gè)大規(guī)模的統(tǒng)一考試，其科學(xué)規(guī)范的試題命制與施考確保了考試的效度．因此，可以將考生的單科成績(jī)作為效標(biāo)去研究其中某一道試題的效度．

1.5基于考試結(jié)果的效度證據(jù)

基于考試結(jié)果的效度證據(jù)主要是指對(duì)考試的評(píng)價(jià)、解釋以及使用所帶來的實(shí)際和潛在的后果的證據(jù)和理論說明．具體而言就是考試對(duì)各宏觀或微觀對(duì)象的影響，如社會(huì)對(duì)高考的評(píng)價(jià)、政府的決策和高考的改革、課程標(biāo)準(zhǔn)及教材的編寫、考試部門的命題、高校的錄取工作、學(xué)者的研究、教師的教學(xué)、學(xué)生的學(xué)習(xí)等．

就一道試題而言，試題的評(píng)價(jià)及其對(duì)教學(xué)的導(dǎo)向應(yīng)該是此方面研究的重點(diǎn)．高效度的試題應(yīng)該能夠積極引導(dǎo)中學(xué)實(shí)施素質(zhì)教育，引導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)、注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新精神[6]．

2試題效度證據(jù)的實(shí)例分析

下文以2013年浙江省高考物理第25題為例，具體分析試題效度證據(jù)理論的應(yīng)用．

2.1基于試題內(nèi)容的效度證據(jù)

2013年浙江省高考物理第25題(以下簡(jiǎn)稱“例題”)所考查的知識(shí)內(nèi)容有牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能和動(dòng)能定理、功率、電阻定律、焦耳定律、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力、安培力的方向等，其中電阻定律、焦耳定律、安培力的方向3個(gè)知識(shí)點(diǎn)為Ⅰ級(jí)要求，其余為Ⅱ級(jí)要求[8]．從知識(shí)范圍來看，例題與考試說明的要求吻合度很高，未出現(xiàn)超綱知識(shí)；從要求掌握的程度來看，例題與考試說明的要求基本吻合．

從能力考查而言：例題第(1)小題的解答中，考生需要理解安培力、安培力的方向的確切含義和表達(dá)式，并能夠簡(jiǎn)單應(yīng)用，此即理解能力；第(2)小題的解答，考生需要根據(jù)已知的知識(shí)(安培力的方向、牛頓運(yùn)動(dòng)定律)和相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理問題進(jìn)行邏輯推理，得出正確的結(jié)論，此即推理能力；第(3)小題的解答中，考生需要對(duì)題目所給問題(電功率如何分配)進(jìn)行具體分析，弄清其中的物理情境，找到主要因素及有關(guān)條件，并把一個(gè)復(fù)雜問題分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單問題，進(jìn)而應(yīng)用物理知識(shí)綜合解決問題，此即分析綜合能力．由此可看出例題較好地體現(xiàn)了以能力考查為首的考試目標(biāo)．

科學(xué)素養(yǎng)包括以下4個(gè)方面：科學(xué)知識(shí)與技能，科學(xué)探究(過程、方法與能力)，科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀，對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)[8]．對(duì)知識(shí)與能力的考查屬于對(duì)科學(xué)素養(yǎng)中的“科學(xué)知識(shí)與技能”和“科學(xué)探究”的考查．例題以21世紀(jì)最具發(fā)展前景的船舶推進(jìn)方式之一的“超導(dǎo)磁流體推進(jìn)”為試題背景[9]，體現(xiàn)了試題對(duì)科學(xué)素養(yǎng)中的“科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀”和“對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)”的關(guān)注，但這并非是對(duì)這兩方面科學(xué)素養(yǎng)的考查．因此可以說，例題對(duì)考生科學(xué)素養(yǎng)的考查僅限于低層次的“科學(xué)知識(shí)與技能”和“科學(xué)探究”．

例題參考答案中，將專用直流電源所提供的電功率分成“牽引功率”、“海水的焦耳熱功率”和“單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值”3部分顯然是不科學(xué)的．除了上述3部分外，通道內(nèi)壁面與海水的摩擦、海水紊流、強(qiáng)磁場(chǎng)粘性影響、海水電解、電解產(chǎn)生的氣泡、水溫梯度等都會(huì)損耗功率，且與“單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值”相比這些功率并非可以忽略不計(jì)[9]．這樣不科學(xué)的參考答案顯然不利于培養(yǎng)考生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，不利于考生形成正確的價(jià)值觀．

2.2基于試題結(jié)構(gòu)的效度證據(jù)

從試題的選材來看，例題所涉及的物理情境對(duì)所有的考生而言都是陌生的．這一方面有利于保證考試的公平，提高考試的信度——信度高是效度高的必要條件；另一方面也能凸顯對(duì)考生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力的考查，體現(xiàn)了以能力考查為首的考試目標(biāo)．因此例題的選材對(duì)于效度的提高是有益的．

從圖文表述來看，清晰無歧義的表達(dá)、恰當(dāng)?shù)膱D表都是效度高的必要條件．例題在此方面是略有瑕疵的，詳述如下：例題中給出的直線通道的橫截面積處處相等，這是不合理的．一方面由于海水在出口處和入口處的速度不同，如果出、入口橫截面積一樣大的話，將產(chǎn)生較大的海水紊流，因此實(shí)際設(shè)計(jì)的通道出入口的橫截面積是不一樣的[10]；另一方面，科學(xué)素養(yǎng)高的考生能夠意識(shí)到入口處和出口處的海水流量是相同的，在解題過程中他們就容易陷入不知該用入口處還是出口處的海水速度來計(jì)算海水流量的困惑．這樣的瑕疵顯然會(huì)降低試題的效度．

從提問方式來看，例題第(1)、(2)小題的提問表述清晰、指向明確，這是高效度試題的基本要求．但是，例題第(3)小題的提問方式則欠妥．如上文所說，專用直流電源所提供的電功率的分配是極復(fù)雜，且其中有些功率是考生可以想到但又無法求出其大小的(如海水電解的功率)．因此例題第(3)小題“專用直流電源所提供的電功率如何分配，求出相應(yīng)功率的大小”的提問方式是不合理的．

正確的參考答案、合理的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是試題的最基本要求，否則試題的效度根本無從談起．從浙江省教育考試院公布的參考答案來看[11]，例題第(3)小題的參考答案是錯(cuò)誤的(正確解答詳見附錄1)．

從試題所考查內(nèi)容的相關(guān)性來看，例題所考查的知識(shí)涵蓋了高中的幾個(gè)主干知識(shí)：相互作用與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、機(jī)械能、電路、磁場(chǎng)等，而各知識(shí)模塊下有涉及幾個(gè)相關(guān)性較高的知識(shí)點(diǎn)．因此，例題所考查的不同內(nèi)容之間的相關(guān)性是合理的．

2.3基于反應(yīng)過程的效度證據(jù)

基于理論分析和基于福建省某重點(diǎn)高中高三2個(gè)教學(xué)班112位學(xué)生的實(shí)際解答過程分析可知：例題第(1)、(2)小題的正確解法與參考答案一致，因此這2小題可提供的構(gòu)念與考生實(shí)際解題過程中的表現(xiàn)完全相符；例題第(3)小題有5種不同的正確解法(詳見附錄2)．

這5種解法雖然所用的知識(shí)略有差異，但對(duì)考生的物理能力的要求是一致的——都要求考生具有較強(qiáng)的分析綜合能力．因此，不管考生用哪一種解法，其解題過程中的表現(xiàn)與試題所提供的構(gòu)念都是一致的．當(dāng)然，在制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)充分考慮到考生可能采用的各種解法．

但是，題目“思考專用直流電源所提供的電功率如何分配”的提問方式值得商榷，這樣的提問方式顯然不利于考生從不同角度思考、解決問題．將問題改為“求專用直流電源所提供的總功率”，可能更有利于高學(xué)科能力、高科學(xué)素養(yǎng)的考生的發(fā)揮．

還有一個(gè)值得關(guān)注的地方是：雖然上述5種解法都是正確的，但是求出來的電源總功率卻不盡相同．這個(gè)問題的根源在于題目所給的條件“海水在出口處相對(duì)于推進(jìn)器的速度v=34m/s”是不自洽的，更準(zhǔn)確地講這是一個(gè)冗余條件．(原因詳見附錄3)

綜上分析可知，在例題第(3)小題中，雖然考生用不同解法的表現(xiàn)與試題所提供的構(gòu)念都是一致的．但是高能力、高素養(yǎng)的考生無法在本題中體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，恰恰相反，冗余的條件使得這些學(xué)生更易失分．從優(yōu)秀學(xué)生的考后面談分析可知，個(gè)別學(xué)生在解答或檢查過程考慮到兩種或兩種以上的解法，而兩種解法的計(jì)算結(jié)果的不同讓學(xué)生試圖去證明其中某一種解法的正確性，這無疑浪費(fèi)了學(xué)生大量的考試時(shí)間，給學(xué)生正常的發(fā)揮造成極大的不良影響．綜合而言，從反應(yīng)過程分析，本小題為低效度試題．

2.4基于效標(biāo)材料及考試結(jié)果的效度證據(jù)

由于研究數(shù)據(jù)的特殊性，基于效標(biāo)材料的效度證據(jù)研究應(yīng)該由各招生考試中心組織研究，其研究結(jié)果可以為后續(xù)的高考命題提供實(shí)證依據(jù)．

從對(duì)教學(xué)的導(dǎo)向來看，例題以“超導(dǎo)磁流體推進(jìn)”為試題背景，體現(xiàn)了試題注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重物理學(xué)科的自身價(jià)值，注重物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用的特點(diǎn)[9]；有利于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活問題，并利用物理知識(shí)解決生活問題；有利于激發(fā)考生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度．例題側(cè)重能力考查，有利于引導(dǎo)中學(xué)實(shí)施素質(zhì)教育，引導(dǎo)教師把教學(xué)的注意力更多地放在學(xué)生學(xué)科能力的培養(yǎng)上，而非單純知識(shí)的“滿堂灌”；有利于引導(dǎo)學(xué)生脫離“題?！保⒅貙?duì)知識(shí)的應(yīng)用和遷移．綜合而言，例題的選材與立意有利于正確引導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)，有利于促進(jìn)“知識(shí)與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”三維課程培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)．

2.5例題效度分析結(jié)論

從試題內(nèi)容的效度證據(jù)來看，例題較好地實(shí)現(xiàn)了考試目標(biāo)：對(duì)考生知識(shí)和能力的考查符合課程標(biāo)準(zhǔn)、考試大綱和考試說明的要求；考查了考生低層次的科學(xué)素養(yǎng)——“科學(xué)知識(shí)與技能”和“科學(xué)探究”；參考答案的瑕疵不利于培養(yǎng)考生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、不利于學(xué)生形成正確的價(jià)值觀．

從試題結(jié)構(gòu)的效度證據(jù)來看，例題的選材合理，所考查的知識(shí)和能力之間的相關(guān)性合理；但例題的表述、提問方式及參考答案均存在不同程度的不合理性．

從反應(yīng)過程的效度證據(jù)來看，例題可提供的構(gòu)念與考生實(shí)際解題過程中的表現(xiàn)一致；但例題第(3)小題的提問方式不利于高能力、高素養(yǎng)的考生的發(fā)揮，冗余且不自洽的已知條件可能讓思維嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)科能力強(qiáng)的考生失分，即在高分段可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)與能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系．

從考試結(jié)果的效度證據(jù)看，例題的選材對(duì)中學(xué)物理的教學(xué)起到了很好的導(dǎo)向性，有利于中學(xué)實(shí)施素質(zhì)教育，有利于學(xué)生的終身發(fā)展．

3結(jié)論

效度是評(píng)價(jià)高考科學(xué)性的重要指標(biāo)，當(dāng)今一元化的效度觀重在搜集各種來源的證據(jù)來證明考試的有效性．與考試效度的檢驗(yàn)一樣，試題效度的檢驗(yàn)也應(yīng)該是搜集并評(píng)價(jià)效度證據(jù)的過程．從試題內(nèi)容、試題結(jié)構(gòu)、反應(yīng)過程、效標(biāo)材料和考試結(jié)果來論證一道試題的有效性是筆者的粗淺嘗試．試題效度概念的建立有利于系統(tǒng)地研究試題的效度，深化考試效度研究的內(nèi)涵．試題效度的研究為試題評(píng)價(jià)提供一個(gè)全新的角度，也為考試評(píng)價(jià)提供了一個(gè)微觀的實(shí)證材料．

參 考 文 獻(xiàn)

1吳根洲.高考效度問題研究：[博士學(xué)位論文].廈門:廈門大學(xué),2007

2孫亞琴,劉凌,王劍.效度概念一元化的發(fā)展述評(píng).科教導(dǎo)刊,2011(11):144～145

3謝小慶.測(cè)驗(yàn)效度概念的新發(fā)展.考試研究, 2013 (3):

56～64

4王晶.效度理論的變遷.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2006(7):176～178

5(美)美國(guó)教育研究會(huì),美國(guó)心理學(xué)協(xié)會(huì),全美教育測(cè)量學(xué)會(huì).教育與心理測(cè)試標(biāo)準(zhǔn).燕妮琴,謝小慶譯.沈陽:沈陽出版社,2003.16～24

6歐劍雄,朱行建.2014年優(yōu)秀高考物理試題點(diǎn)評(píng).基礎(chǔ)教育課程,2014,09(下):55～59

7雷新勇,周群.試題命制的理論和技術(shù)(一).考試研究,2008(04):84～97

8閻金鐸,郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論(第三版).北京:高等教育出版社,2009.5

9歐劍雄.2013年浙江高考理綜試卷(物理)第25題評(píng)析.中學(xué)物理教學(xué)參考,2013(08):49～50

10郭國(guó)才.“大和-1”號(hào)超導(dǎo)磁流體推進(jìn)系統(tǒng):設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)以及特性.船電技術(shù),1994(03):24～36

11浙江在線·教育頻道. 2013年浙江省高考理科綜合試卷真題及參考答案.http: //ks.zjol.com.cn/05ks/

system/2013/06/09/019397311_10.shtml,2013-6-9/2014-1-17

附錄1：第(3)小題的正確解答

在單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值的計(jì)算中，參考答案設(shè)Δt時(shí)間內(nèi)噴出海水的質(zhì)量為m，且有

m=ρ海bcv水對(duì)地Δt

(1)

顯然，式(1)中的v水對(duì)地是不正確的，Δt時(shí)間內(nèi)通過推進(jìn)器的水柱長(zhǎng)度應(yīng)該為海水相對(duì)推進(jìn)器的速度與Δt的乘積，正確的式子應(yīng)為

m=ρ海bcv0Δt

(2)

再結(jié)合

可得

(3)

所以本題所給的參考答案是不正確的．

附錄2：第(3)小題的5種不同解法

解法一：以地面為參考系解法1

電源提供的電功率分成“牽引功率”、“海水的焦耳熱功率”和“單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值”3部分．其中牽引功率P1=6.9×105W，海水的焦耳熱功率P2=6.0×106W，計(jì)算過程詳見參考答案；單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值P3=3.5×105W，計(jì)算過程詳見本文“附錄一”；電源總功率P=P1+P2+P3=7.0×106W．

解法二：以地面為參考系解法2

電源提供的電功率分成“牽引功率”、“海水的焦耳熱功率”和“安培力對(duì)海水做功功率”3部分．其中“牽引功率”、“海水的焦耳熱功率”的計(jì)算與解法一相同，“安培力對(duì)海水做功功率”的計(jì)算如下.

海水在通道中的運(yùn)動(dòng)近似可看成勻加速直線運(yùn)動(dòng)①由于通道各處海水的流速不同，產(chǎn)生的霍爾電壓不同，通道內(nèi)沿通道方向各處的電流密度也不同，所以海水實(shí)際上是做加速度逐漸減小的變加速度運(yùn)動(dòng)。但是霍爾電壓的變化與電源電動(dòng)勢(shì)相比小得多，因此將海水的運(yùn)動(dòng)近似看成勻加速直線運(yùn)動(dòng)是合理的。當(dāng)然此處并未考慮通道內(nèi)壁面與海水的摩擦、海水紊流、強(qiáng)磁場(chǎng)粘性影響、海水電解、電解產(chǎn)生的氣泡、水溫梯度等因素造成的影響，雖然這些因素并非可以忽略不計(jì).，故有

所以，電源總功率

P=P1+P2+P3=6.7×106W

解法三：以潛艇為參考系解法1

以潛艇為參考系時(shí)，潛艇的位移為零，故安培力對(duì)潛艇不做功，電源提供的電功率分成“海水的焦耳熱功率”和“單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值”兩部分．其中“海水的焦耳熱功率”的計(jì)算與解法一相同，“單位時(shí)間內(nèi)海水動(dòng)能的增加值”的計(jì)算如下.

Δt時(shí)間內(nèi)噴出海水的質(zhì)量為

m=ρ海bcv0Δt

結(jié)合

及

可得

所以，電源總功率

P=P2+P3=11.5×106W

解法四：以潛艇為參考系解法2

電源提供的電功率分成“海水的焦耳熱功率”和“安培力對(duì)海水做功功率”兩部分．其中“海水的焦耳熱功率”的計(jì)算與解法一相同，“安培力對(duì)海水做功功率”的計(jì)算如下.

海水在通道中的運(yùn)動(dòng)近似可看成勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故

所以，電源總功率

P=P2+P3=6.7×106W

解法五：基于電磁感應(yīng)及閉合電路歐姆定律的分析

通道中的海水在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε′(也可稱霍爾電壓或反電動(dòng)勢(shì))

通道中海水電阻

專用直流電源電動(dòng)勢(shì)

ε=ε′+IR=561.4V

所以，電源總功率

P=12εI=6.7×106W

附錄3：“海水在出口處相對(duì)于推進(jìn)器的速度”為冗余條件的說明

自洽的條件應(yīng)滿足上述5種解法算出來的電源總功率是一致的，以解法一、二為例，為使電源總功率相等，應(yīng)有

式中v水對(duì)地=v-v0，代入數(shù)據(jù)，解得

v=30.5m/s

不難驗(yàn)證，在v=30.5m/s的情況下，上述5種解法算得的電源總功率均為

P=6.7×106W

實(shí)際上“v=30.5m/s”這個(gè)條件也可以根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律獲得．

通道中海水的質(zhì)量

m0=ρ海abc=103×0.3×0.4×0.3kg=36kg

其加速度

s=a=0.3m

代入數(shù)據(jù)解得v=30.5m/s，因此“海水在出口處相對(duì)于推進(jìn)器的速度”這個(gè)條件為冗余條件．

收稿日期：(2014-10-29)