朱行建

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心 天津 300457)

羅 成

(烏拉特前旗第一中學(xué) 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 014400)

高考物理探究性試題的主要類型及解決策略①

朱行建

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心 天津 300457)

羅 成

(烏拉特前旗第一中學(xué) 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 014400)

重視科學(xué)探究是我國新一輪基礎(chǔ)教育改革的核心，考試評(píng)價(jià)是考查落實(shí)科學(xué)探究的最有效方式之一．高中階段的終結(jié)性測(cè)試——高考亦重視對(duì)科學(xué)探究能力的考查，因此，孕育并產(chǎn)生了一類新題型——探究性試題．所謂物理探究性試題就是以實(shí)驗(yàn)或生活中常見的物理現(xiàn)象為探究對(duì)象，要求考生圍繞問題展開探究活動(dòng)，進(jìn)而解決問題的一類試題[1]．探究性試題改變了常規(guī)的思維模式，其思維流程由定向性思維轉(zhuǎn)向發(fā)散性思維與創(chuàng)造性思維，要求被試者根據(jù)已知情景進(jìn)行觀察、猜想、分析、歸納、遷移、推理或綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)．探究題能考查被試者對(duì)知識(shí)與技能的掌握程度，還能考查對(duì)過程與方法的理解深度，更能有效甄別情感態(tài)度價(jià)值觀的滲透厚度．解決這類試題，考生須具備扎實(shí)的物理知識(shí)和較強(qiáng)的閱讀理解、分析推理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、歸納總結(jié)等能力，因而成為教學(xué)備考中的難點(diǎn)．欲軟化這一難點(diǎn)，對(duì)探究性試題的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)分類并探索解決策略是有效的方式之一．

探究性試題進(jìn)行科學(xué)分類首先要考慮分類的標(biāo)準(zhǔn)，若分類的標(biāo)準(zhǔn)不同，則分類的結(jié)果就不同．如根據(jù)考生親歷探究過程的完整性，探究可分為完整的探究和部分的探究；根據(jù)試題在探究環(huán)節(jié)中對(duì)考生行為的引導(dǎo)程度，探究可分為指導(dǎo)型探究和開放型探究；根據(jù)考查目標(biāo)及呈現(xiàn)形式，探究可分為思維探究和實(shí)驗(yàn)探究；根據(jù)試題結(jié)構(gòu)特性，可分為條件探究題、結(jié)論探究題、方法探究題．這樣的幾種分類均未結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)，本文基于物理學(xué)科特點(diǎn)，將探究性試題具體分類為5種主要類型，結(jié)合案例分析其命題特點(diǎn)并給出相應(yīng)的解決策略，以供讀者參考．

1 對(duì)物理現(xiàn)象的探究

1.1 “物理現(xiàn)象探究題”案例分析

1.2 “物理現(xiàn)象探究題”命題特點(diǎn)與解決策略

對(duì)物理現(xiàn)象展開探究是高考命題的常用思路，與此相關(guān)的試題亦是?？汲Ｐ拢谠囶}的三要素(情境材料、問題設(shè)計(jì)和測(cè)驗(yàn)?zāi)繕?biāo))，對(duì)物理現(xiàn)象探究題的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，如圖1所示．

圖1 物理現(xiàn)象探究題特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)“物理現(xiàn)象探究題”時(shí)，首先遇到的問題是如何選取探究的素材，只有符合考生實(shí)際的好素材能夠激發(fā)考生探究的欲望．在高考測(cè)試中，素材選取的途徑主要有：

(1)從物理學(xué)史中選取有重大歷史意義的裝置與儀器；如科學(xué)家奧斯特之所以能提出“電流磁效應(yīng)”，是始于他對(duì)南北方向放置的通電導(dǎo)線旁邊的小磁針發(fā)生了“轉(zhuǎn)動(dòng)”這一物理現(xiàn)象的探究，諸如此類的事例在物理學(xué)發(fā)展史中比比皆是．

(2)對(duì)教材上探究過的問題加以改變，增添新意；

(3)從科技、科普資料或新聞報(bào)道中挖掘素材．在日常教學(xué)中摭選部分具有代表性的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明為素材進(jìn)行再加工，或者對(duì)教材中涉及的一些探究、探索類問題改組之后運(yùn)用于練習(xí)中，可讓考生用不同的知識(shí)方法解決，或從不同的角度思考探究．在平常多關(guān)注新聞或前沿科學(xué)信息，例如，航天事件、體育賽事等STS問題編入模擬試題，可使考生靈活應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)和物理方法解決“物理現(xiàn)象探究類”問題．

2 對(duì)物理過程的探究

2.1 “物理過程探究題”案例分析

物理過程是物理現(xiàn)象變化的過程，能否準(zhǔn)確、清晰地分析物理過程，學(xué)會(huì)對(duì)物理過程的處理方法是解決物理問題的關(guān)鍵，反映出考生分析、解決問題能力的高低．例如2014北京卷第20題，選取“負(fù)折射率材料”展開探究，提出問題：若該材料對(duì)于電磁波的折射率n=-1，請(qǐng)考生選擇正確反映電磁波穿過該材料的傳播路徑的示意圖．試題提出一個(gè)折射率可以為負(fù)值的物理問題，這一問題對(duì)于考生而言是陌生的．光的折射的物理過程是怎樣的呢？要求考生進(jìn)行物理過程的探究，考生可以利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行遷移解決問題，因?yàn)檎凵渎蕿樨?fù)，所以入射光線、折射光線應(yīng)該在同一側(cè)，同時(shí)，折射角應(yīng)該與入射角相同．又如2016年北京卷第24題，試題取材源于教材又高于教材，平實(shí)、親切、可感悟?qū)嶒?yàn)，設(shè)問則以小球斜射板進(jìn)階到光斜射介質(zhì)小球，側(cè)重物理過程的探究，將理解、推理、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用、探究能力融于一體．做到了取材、考查知識(shí)與能力、學(xué)科素養(yǎng)、考查目標(biāo)與意義的和諧統(tǒng)一．

2.2 “物理過程探究題”命題特點(diǎn)與解決策略

“物理過程探究題”類問題首先要根據(jù)試題提供的情境提出自己的猜想或假說，然后通過分析與論證，評(píng)估其合理性，試圖讓考生在解決問題的過程中經(jīng)歷一次科學(xué)探究的過程．當(dāng)前高考物理試題中對(duì)“物理過程探究題”多數(shù)是綜合題、創(chuàng)新題，其目的就在于現(xiàn)場(chǎng)考查考生的思維過程，觀察考生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的思維過程，從而評(píng)判學(xué)習(xí)能力的高低．“物理過程探究題”的結(jié)構(gòu)包括兩大部分：題頭是試題開頭的敘述部分，包括提供的信息或探究所必需的部分材料和所要探索的問題；題干是試題核心部分，主要包含探索過程，內(nèi)容包括假設(shè)(或猜想)、探索方案和一系列的探索問題等[3]．基于試題結(jié)構(gòu)可以得出解決策略：提取題頭已知的核心信息與比較熟悉的物理知識(shí)或物理模型做類比；選取與題頭提供信息類似的物理知識(shí)或物理過程進(jìn)行對(duì)問題的分析解答．

3 對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的探究

3.1 “物理實(shí)驗(yàn)探究題”案例分析

“物理實(shí)驗(yàn)”是人們根據(jù)物理學(xué)研究的目的，盡可能地排除外界的影響，突出主要因素并利用科學(xué)儀器設(shè)備，而人為地變革、控制或模擬研究對(duì)象，使物理現(xiàn)象(或過程)發(fā)生或再現(xiàn)，從而認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象、自然性質(zhì)、自然規(guī)律的一種科學(xué)活動(dòng)．高考測(cè)試中對(duì)“物理實(shí)驗(yàn)”的探究主要是以實(shí)驗(yàn)題的題型呈現(xiàn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下科學(xué)探究離不開實(shí)驗(yàn)．例如2016江蘇卷第10題通過實(shí)驗(yàn)探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系．此題與人教版選修3-1模塊“導(dǎo)體的電阻”一節(jié)中的探究性實(shí)驗(yàn)“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”有所不同，本實(shí)驗(yàn)中采用了替代法測(cè)電阻，教材中采用伏安法測(cè)電阻．考生對(duì)伏安法測(cè)電阻的原理比較熟悉，但對(duì)替代法測(cè)電阻比較陌生，這就需要考生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)(歐姆定律)解決問題．教材中通過實(shí)驗(yàn)探究導(dǎo)體的電阻與它的長(zhǎng)度、橫截面積及它的材料等因素的定量關(guān)系，而試題則換思路探究金屬電阻隨溫度的變化關(guān)系．類似的如2016新課標(biāo)Ⅲ卷第23題探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系．2016北京卷第19題探究用不同的方法測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，選項(xiàng)提供4種器材組合，讓考生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)估，哪種器材組合最不可取．

3.2 “物理實(shí)驗(yàn)探究題”命題特點(diǎn)與解決策略

“物理實(shí)驗(yàn)探究題”特征明顯，通常根據(jù)設(shè)計(jì)方案恰當(dāng)選擇器材，擬定合理的實(shí)驗(yàn)步驟，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是創(chuàng)設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)試題的一種重要思路之一，“方案設(shè)計(jì)型”探究試題通常是以熟悉的物理實(shí)驗(yàn)為背景，給出要研究的問題，要求考生首先要能理解題意，然后根據(jù)已學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能設(shè)計(jì)方案，最后給予解答．這與科學(xué)探究中的方案設(shè)計(jì)、分析論證、表達(dá)交流等能力有較高的契合度，是典型的物理實(shí)驗(yàn)探究的考查．實(shí)驗(yàn)題中設(shè)計(jì)“物理實(shí)驗(yàn)”的探究主要以半自主探究為主，具體來說，試題的原理和裝置源自教材，只是在基本原理與基本裝置上進(jìn)行局部的探究，在復(fù)習(xí)備考中教師應(yīng)有意識(shí)地讓考生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行探究，考生每完成一次實(shí)驗(yàn)，讓他們弄清實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方案，完成該實(shí)驗(yàn)還有哪些新方案，該實(shí)驗(yàn)還有哪些其他用途，以提高考生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；考生應(yīng)掌握基本實(shí)驗(yàn)方法，并能將這些方法靈活遷移到新的實(shí)驗(yàn)中去解決問題，不但平時(shí)要重視考生探究性實(shí)驗(yàn)，而且在高考復(fù)習(xí)中也要帶著問題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室；教師要注意將考生實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、測(cè)量性實(shí)驗(yàn)改編為具有特定情境、特定要求的探究性試題，或者從物理專業(yè)刊物上引入一些探究性試題，讓考生在訓(xùn)練中理解科學(xué)探究過程，并能將探究方法進(jìn)行遷移，以提高其實(shí)驗(yàn)探究能力[4]．強(qiáng)調(diào)理解知識(shí)、掌握方法和培養(yǎng)能力相統(tǒng)一．

4 對(duì)物理理論的探究

4.1 “物理理論探究題”案例分析

對(duì)“物理理論”的探究就是為現(xiàn)實(shí)世界建立數(shù)學(xué)模型來試圖理解所有物理現(xiàn)象的運(yùn)行機(jī)制，通過物理理論條理化、解釋、預(yù)言物理現(xiàn)象．例如2014北京卷第24題對(duì)導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)可以從宏觀和微觀兩個(gè)角度的認(rèn)識(shí)．試題以導(dǎo)線切割磁感線這一簡(jiǎn)單情境入手，要求探究出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型，這需要考生深入挖掘其蘊(yùn)含的物理內(nèi)涵，從能量轉(zhuǎn)化、宏觀導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)及微觀電子運(yùn)動(dòng)等各方面考查宏觀與微觀的聯(lián)系．特別是第3問，把安培力及其微觀含義，即洛倫茲力的理論推導(dǎo)聯(lián)系起來，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)探究建立出運(yùn)動(dòng)的模型，對(duì)于考生可能建立如下兩種模型：

第1種是勻加速及碰撞運(yùn)動(dòng)模型，即設(shè)想電子受洛倫茲力做勻加速運(yùn)動(dòng)后，與金屬離子碰撞并將其在加速中獲得的運(yùn)動(dòng)量(動(dòng)量，或者能量)全部轉(zhuǎn)移給離子；

第2種是勻速運(yùn)動(dòng)模型，即從宏觀的動(dòng)態(tài)平衡出發(fā)，設(shè)想電子以勻速運(yùn)動(dòng)，從而其受力平衡，得到離子的平均作用力等于洛倫茲力的結(jié)論．

上述兩種方法均建立在考生熟知的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)之上．本題開放程度高，為理論探究問題的設(shè)計(jì)開辟了探究性試題命題設(shè)計(jì)的一條道路．

4.2 “物理理論探究題”命題特點(diǎn)與解決策略

在高考測(cè)試中對(duì)“物理理論”的探究一般是給出某一物理規(guī)律或結(jié)論，通過合理的試題情境，讓考生重走“研究現(xiàn)場(chǎng)”，也有讓考生根據(jù)條件探索相應(yīng)的物理理論或物理概念，要求考生利用條件進(jìn)行合理的猜想，“發(fā)現(xiàn)”物理規(guī)律、判斷某一新概念的引入是否合理，并給予證明，這類試題主要考查考生的發(fā)散思維能力和抽象思維能力．解決該問題主要對(duì)物理理論進(jìn)行“分析與論證”，比如考生能否對(duì)收集的信息進(jìn)行比較；尋找數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系和特征，能否根據(jù)有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷和批判性思維，從而得出正確結(jié)論等；解決該問題還會(huì)涉及“評(píng)估”環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)結(jié)論是否符合基本物理原理，并且對(duì)物理理論進(jìn)行修正．

5 對(duì)物理方法的探究

5.1 “物理方法探究題”案例分析

所謂對(duì)“物理方法”的探究就是運(yùn)用現(xiàn)有的物理知識(shí)對(duì)物理做深入的學(xué)習(xí)和研究，找到解決物理問題的基本思路與方法．

例如2016年新課標(biāo)Ⅰ卷第25題，試題通過生活中常見的噴泉為情境，貼近考生生活實(shí)際，體現(xiàn)了“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)”的理念．考生對(duì)質(zhì)點(diǎn)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)等理想化模型比較熟悉，教材中對(duì)理想流體的模型雖在“思考與討論”欄目中有過簡(jiǎn)單應(yīng)用，但考生對(duì)理想流體模型還是比較陌生的．能否將現(xiàn)有的物理知識(shí)遷移到陌生問題中來，這體現(xiàn)出考生的問題解決能力的強(qiáng)弱．面對(duì)流體為研究對(duì)象的時(shí)候，可把它當(dāng)“固體”看待，這本質(zhì)上是建模的方法．試題在設(shè)問中還用到微元法，如第1問，設(shè)極短時(shí)間Δt，則在極短時(shí)間Δt噴出水的體積為Sv0Δt，其質(zhì)量為Δm=ρSv0Δt，進(jìn)而求得噴泉單位時(shí)間內(nèi)噴出的水的質(zhì)量ρSv0；第2問，則要以極短時(shí)間Δt內(nèi)噴出的水為研究對(duì)象，運(yùn)用動(dòng)量定理、平衡條件和動(dòng)能定理進(jìn)行求解．顯然，本題探究問題解決的物理建模與微元法是關(guān)鍵之所在．

又如2015年北京卷第23題第2問中題干提出分析物理量的數(shù)量級(jí)，是解決物理問題的常用方法，在第3問中又指明用類比法建立“重力勢(shì)”的概念．

再如2012年北京卷第20題以“約瑟夫森結(jié)”輻射電磁波為情境，依托單位制為突破口，考查物理方法，主要考查考生的理論探究能力[5]．

5.2 “物理方法探究題”命題特點(diǎn)與解決策略

“物理方法”的探究題通常指題目的條件和結(jié)論是已知的或部分已知，有些題目中會(huì)直接指明探索某一問題的物理方法，有些題目則需要探索解決問題的方法或設(shè)計(jì)解題方案．這類試題的解決方法不唯一，解題路徑不明確，解決問題時(shí)考生必須根據(jù)已有的知識(shí)、物理事實(shí)和條件，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒?如觀察、類比等)，進(jìn)行邏輯推理和論證，綜合與遷移運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，建立合理的物理模型，對(duì)新穎的物理情境做出正確的判斷，從而使問題得以解決，這類試題具有綜合性強(qiáng)、包容度大，思維要求高的特點(diǎn)，因此在高考測(cè)試中以計(jì)算題的形式呈現(xiàn)．

6 結(jié)束語

科學(xué)探究是新課程的一個(gè)亮點(diǎn)，同時(shí)亦是大家所討論的熱點(diǎn)．在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中雖然指出了科學(xué)探究的幾個(gè)要素，但是科學(xué)探究并不僅僅是實(shí)驗(yàn)探究，還可以是物理現(xiàn)象探究、物理過程探究、物理理論探究和物理方法探究，科學(xué)探究不僅僅是一種科學(xué)活動(dòng)，更是一種科學(xué)精神．高考物理探究性試題的綜合應(yīng)用性強(qiáng)，具有明顯的學(xué)科特點(diǎn)，它能有效地檢驗(yàn)考生對(duì)相關(guān)物理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，又能反映出考生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，對(duì)考查考生的科學(xué)素養(yǎng)特別有效，因而備受高考命題者青睞．我國高考的地位和重要性決定了它對(duì)中學(xué)教學(xué)強(qiáng)有力的反撥作用，只有全面、辯證地認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的內(nèi)涵和外延方可利于中學(xué)物理教學(xué)與高考備考，進(jìn)而促進(jìn)探究精神落地生根．

1 孫寶英，陳超君.探究性物理試題的特征與編制策略研究.中學(xué)物理教學(xué)參考，2010(1-2)：2～6

2 惠永，邢紅軍.從“物理現(xiàn)象”入手提高考生解決實(shí)際問題的能力一例.物理通報(bào)，2006(2):33～34

3 劉全明.試談化學(xué)探究性試題的組成、結(jié)構(gòu)、分類和解法.化學(xué)教育，2008(4)：42～49

4 謝伯仁.近年高考探究性考題的類型及特點(diǎn).物理通報(bào)，2012(11):94～96

5 丁慶紅.談高考物理試題的探究性.中國考試，2012(11):28～33

2016-11-09)

①《物理通報(bào)》天津工作室供稿