于玉和

(江蘇省連云港市和安中學(xué)，江蘇 連云港 222100)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》在第6部分“實施建議”中提出的8條“命題建議”應(yīng)該成為試卷命制、試題創(chuàng)新和改編的綱領(lǐng)性要求．“命題建議”中要求：試題應(yīng)有明確的測試目標(biāo)；試題所涉及的知識內(nèi)容應(yīng)具有代表性；試題的情境要具有一定的問題性、現(xiàn)實性、探究性或開放性；試題的編制要科學(xué)、規(guī)范．只有做到“命題建議”中諸項要求才能在教學(xué)評價和學(xué)業(yè)水平考試中落實和滲透核心素養(yǎng)的“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等要素．核心素養(yǎng)視域下試題的創(chuàng)新策略從如下5個角度進(jìn)行了嘗試．

1 情境創(chuàng)新策略

物理來源于生活，又為生活服務(wù)．物理試題的情景千差萬別，來源也十分廣泛，新技術(shù)、新理論、新器具、熱點新聞、時事政治、體育、烹飪、旅游、閱讀等等都可以作為情景入題．可以說，有用的、新穎的題設(shè)情景充滿了我們生活的方方面面，關(guān)鍵在于我們物理教師要做個有心人，要有采掘、創(chuàng)造的意識，要有獨(dú)到的發(fā)現(xiàn)“眼光”和靈敏的“嗅覺”！而且這類試題由于來源于生活、貼近生活，學(xué)生倍感親切，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性有很大的幫助．

圖1

例1.如圖1是洛可可(LKK)公司推出一種神奇的杯子：燒開的熱水倒進(jìn)杯后，搖晃1min就可以降至55 ℃左右，飲用不燙，這種55度杯曾出現(xiàn)“10分鐘售罄”的驕人業(yè)績．其專利證書顯示：杯子采用的是相變金屬填充于內(nèi)部導(dǎo)熱層與外部隔熱層之間，熱水通過導(dǎo)熱層將熱量釋放至相變金屬，相變金屬快速吸熱并熔化，熱水溫度迅速降低．隨后，熱水降溫時，相變金屬凝固放熱，此熱量可長時間保持熱水的溫度于相變金屬的熔點附近，達(dá)到保溫效果．

(1) 當(dāng)杯內(nèi)水的溫度持續(xù)為55 ℃時，對相變金屬的說法正確的是

(A) 是液晶的一種.

(B) 是多晶體.

(C) 內(nèi)能和分子勢能都不變.

(D) 內(nèi)能和分子勢能都減小.

(2) 若將溫度為99 ℃的熱水倒入杯中密封(設(shè)體積不變)，當(dāng)溫度達(dá)到55 ℃時，杯中水上方空氣的壓強(qiáng)變原來倍，請用壓強(qiáng)成因的微觀含義解釋這一現(xiàn)象：．(保留2位有效數(shù)字)

(3) 當(dāng)99 ℃的熱水達(dá)到55 ℃時，某人一口喝去54 g水，則他這一口喝下的水分子個數(shù)為多少？如將水在剛降至55 ℃時全部倒出，迅速加入質(zhì)量為原來1.25倍的0 ℃冰水，在不考慮熱量散失的條件下，能否再次達(dá)到55 ℃？說明理由．

核心素養(yǎng)視域觀點：《課程標(biāo)準(zhǔn)》建議中要求考試內(nèi)容的任務(wù)情境應(yīng)符合學(xué)生的心理發(fā)展水平和認(rèn)知規(guī)律，反映科學(xué)本質(zhì)，密切聯(lián)系社會、經(jīng)濟(jì)、科技、生產(chǎn)與生活實際．本題情境55度杯即是一個生活實際問題，人們認(rèn)為“神奇”的杯子原理僅是一個簡單的物理問題，使學(xué)生感覺物理就在身邊，學(xué)好物理可以解決實際問題，切身體會到學(xué)好物理是有用的．要求學(xué)生通過問題情境中專利證書的內(nèi)容和生活經(jīng)驗、物理基礎(chǔ)知識重新加工，抽象出本質(zhì)特征，完成從日常概念向物理觀念的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了科學(xué)思維的發(fā)展．同時還考查了“科學(xué)思維”的邏輯推理、科學(xué)假設(shè)及“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等核心素養(yǎng)要素．

2 組合創(chuàng)新策略

“創(chuàng)造的原理，最終是信息的截斷和再排列組合．”排列組合是客觀世界中十分普遍的現(xiàn)象．這里的組合并不是各個要素簡單的羅列、機(jī)械的疊加．而是在統(tǒng)一的整體目標(biāo)下，和諧、有機(jī)地進(jìn)行，并且各個要素之間在某些方面有相互作用和影響．組合法就應(yīng)該是屬于試題的創(chuàng)新！這種創(chuàng)新法就如同兒童的積木游戲，它是命題人根據(jù)要考查的知識點和能力，把組成試題的基本要素進(jìn)行不同的組合，從而創(chuàng)新出新題的一種方法．

圖2

例2.(2017年江蘇高考題)如圖2所示，一小物塊被夾子夾緊，夾子通過輕繩懸掛在小環(huán)上，小環(huán)套在水平光滑細(xì)桿上，物塊質(zhì)量為M，到小環(huán)的距離為L，其兩側(cè)面與夾子間的最大靜摩擦力均為F．小環(huán)和物塊以速度v向右勻速運(yùn)動，小環(huán)碰到桿上的釘子P后立刻停止，物塊向上擺動．整個過程中，物塊在夾子中沒有滑動.小環(huán)和夾子的質(zhì)量均不計，重力加速度為g．下列說法正確的是

(A) 物塊向右勻速運(yùn)動時，繩中的張力等于2F.

(B) 小環(huán)碰到釘子P時，繩中的張力大于2F.

圖3

(組合創(chuàng)新題)如圖3所示，水平光滑細(xì)桿上P點套一小環(huán)，小環(huán)通過長L=1m輕繩懸掛一夾子，夾子夾有質(zhì)量m=1 kg的物塊，物塊兩豎直側(cè)面與夾子間的最大靜摩擦力均為fm=7 N．現(xiàn)對物塊施加F=8 N的水平恒力作用，物塊和小環(huán)一起沿水平方向做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，小環(huán)碰到桿上的釘子Q時立即停止運(yùn)動，物塊恰好相對夾子滑動，此時夾子立即鎖定物塊，鎖定后物塊仍受恒力F的作用．小環(huán)和夾子的大小及質(zhì)量均不計，物塊可看成質(zhì)點，重力加速度g=10 m/s2.求：

(1) 物塊做勻加速直線運(yùn)動的加速度a；

(2)P、Q兩點間的距離s；

(3) 物塊向右擺的最大高度h．

核心素養(yǎng)視域觀點：組合創(chuàng)新題和原題考查的實物模型相似，但運(yùn)動模型卻完全不同，考查核心素養(yǎng)的維度和深度也大不相同．創(chuàng)新題不僅考查了“物理觀念”素養(yǎng)的相互作用觀念和能量觀念，“科學(xué)思維”的科學(xué)推理，還考查了運(yùn)動觀念、模型建構(gòu)等因素．尤其是夾子鎖定后，物塊做曲線運(yùn)動的受力分析和運(yùn)動情況分析是本題的一個難點．

3 類比創(chuàng)新策略

類比創(chuàng)新是把兩類事物加以比較，從中尋找其相似點或不同點，以便在同中求異或異中求同中進(jìn)行創(chuàng)新的方法．屬于邏輯推理型創(chuàng)新方法，是人們在研究和進(jìn)行工作的一種思路，是將創(chuàng)新理論轉(zhuǎn)化為可以操作化手段的功能，它是創(chuàng)新理論與創(chuàng)新實踐之間的一座橋梁．

圖4

例3.(原題)一個足夠長的豎直放置的磁鐵結(jié)構(gòu)如圖4所示．在圖中磁鐵的兩個磁極分別為同心的圓形和圓環(huán)形.在兩極之間的縫隙中，存在輻射狀的磁場，磁場方向水平向外，某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與該點到磁極中心軸的距離成反比．用橫截面積一定的細(xì)金屬絲制成的圓形單匝線圈，從某高度被無初速釋放，在磁極縫隙間下落的過程中，線圈平面始終水平且保持與磁極共軸.線圈被釋放后

(A) 線圈中沒有感應(yīng)電流，線圈做自由落體運(yùn)動.

(B) 在圖4俯視圖中，線圈中感應(yīng)電流沿逆時針方向.

(C) 線圈有最大速度，線圈半徑越大，最大速度越小.

(D) 線圈有最大速度，線圈半徑越大，最大速度越大.

圖5

(類比創(chuàng)新題)如圖5所示，空間存在著與圓臺母線垂直向外的磁場，各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，圓臺母線與豎直方向的夾角為θ，一個質(zhì)量為m、半徑為r的勻質(zhì)金屬環(huán)位于圓臺底部．環(huán)中維持恒定的電流I不變，圓環(huán)由靜止向上運(yùn)動，經(jīng)過時間t后撤去該恒定電流并保持圓環(huán)閉合，圓環(huán)全程上升的最大高度為H．已知重力加速度為g，磁場的范圍足夠大．在圓環(huán)向上運(yùn)動的過程中，下列說法正確的是

(A) 在時間t內(nèi)安培力對圓環(huán)做功為mgH.

(B) 圓環(huán)先做勻加速運(yùn)動后做勻減速運(yùn)動.

(D) 圓環(huán)先有擴(kuò)張后有收縮的趨勢.

核心素養(yǎng)視域觀點：由圓柱類比圓臺模型，雖然形狀相似，產(chǎn)生的磁場相差不大，但電流的受力情況卻大相徑庭，由本來只有豎直方向的受力變成水平、豎直方向均受力，力的作用效果也不同，對運(yùn)動和形變的影響更復(fù)雜．由原題的圓環(huán)下落到創(chuàng)新題的彈跳上升，使運(yùn)動情境更豐富．創(chuàng)新題考查的核心素養(yǎng)要素有：運(yùn)動觀念、相互作用觀念、能量觀念、模型建構(gòu)、分析綜合及推理論證等。

4 遷移創(chuàng)新策略

遷移創(chuàng)新是學(xué)生更高層次的物理能力表現(xiàn)，指學(xué)生利用物理核心知識和科學(xué)方法解決陌生和不確定性問題以及探尋新知識和新方法的能力．遷移創(chuàng)新任務(wù)分為：直覺聯(lián)想、遷移與質(zhì)疑、建構(gòu)新模型三層級．

圖6

例4.(原題)從地面上以初速度v0豎直向上拋出一質(zhì)量為m的球，若運(yùn)動過程中受到的空氣阻力與其速率v成正比關(guān)系，球運(yùn)動的速率隨時間變化規(guī)律如圖6所示，t1時刻到達(dá)最高點，再落回地面，落地時速率為v1，且落地前球已經(jīng)做勻速運(yùn)動，求：

(1) 球從拋出到落地過程中克服空氣阻力所做的功;

(2) 球拋出瞬間的加速度大小；

(3) 球上升的最大高度H．

圖7

(遷移創(chuàng)新題)如圖7所示,在豎直平面內(nèi)有一足夠長的平行光滑導(dǎo)軌MN、PQ，導(dǎo)軌寬L=0.2 m，在導(dǎo)軌間連接電阻R=0.2 Ω，其他電阻不計，導(dǎo)軌間有與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場，B=0.5 T，方向向里．有一導(dǎo)體棒ab其質(zhì)量m=0.01 kg，能與導(dǎo)軌始終保持良好接觸并能沿導(dǎo)體移動，現(xiàn)給ab豎直向上的初速度v0=4 m/s，從導(dǎo)軌底端向上運(yùn)動，經(jīng)過t=0.2 s到達(dá)最高點，然后又沿導(dǎo)軌下滑，在到達(dá)底端前已做勻速運(yùn)動．問：

(1)ab棒勻速下滑的速度v1；

(2) 從拋出至下滑到底端的過程中電路產(chǎn)生的焦耳熱；

(3) 上升過程中通過導(dǎo)體棒ab的電量．

核心素養(yǎng)視域觀點：原題和創(chuàng)新題考查的方法、能力幾乎相同，同樣考查了“物理觀念”中的運(yùn)動觀念、相互作用觀念、能量觀念，“科學(xué)思維”的模型建構(gòu)、分析綜合及推理論證等要素．遷移創(chuàng)新題是抓住原題中空氣阻力與速度成正比關(guān)系并巧妙的遷移到安培力與速度的正比關(guān)系，順利將力學(xué)情境轉(zhuǎn)換為磁場環(huán)境，完成了遷移創(chuàng)新的過程．尤其是原題第3問求的是高度，在創(chuàng)新題中進(jìn)一步要求計算通過棒的電量，是分析問題的思維升華，是求出上升高度后自然而然的問題．

5 實驗創(chuàng)新策略

物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，物理實驗是物理教學(xué)的重要內(nèi)容．在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、探究能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神方面具有特殊的地位．物理實驗也是考查學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的最好載體．由于中學(xué)實驗原理豐富，涉及的器材多種多樣，測量手段靈活多變，數(shù)據(jù)處理多維度多角度，所以設(shè)計實驗是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ囊环N綜合性考查，往往具有一定的難度和較好的區(qū)分度．設(shè)計實驗創(chuàng)新可分為實驗裝置創(chuàng)新和實驗原理創(chuàng)新．

例5.某探究學(xué)習(xí)小組欲探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，他們在實驗室組裝了一套如圖8所示的裝置，圖中小車的質(zhì)量用M表示，沙和沙桶的總質(zhì)量用m表示．要順利完成該實驗，則

圖8

(1) 為使小車所受合外力等于細(xì)線的拉力，應(yīng)采取的措施是；

(2) 要使細(xì)線的拉力約等于沙和沙桶的總重力，應(yīng)滿足的條件是．

圖9

(實驗裝置創(chuàng)新題)某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖9所示．已知小車質(zhì)量M，所使用的打點計時器交變電流頻率f=50 Hz．其實驗步驟是：

(A) 按圖中所示安裝好實驗裝置.

(B) 調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動.

(C) 取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m.

(D) 將小車置于打點計時器旁，先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a.

(E) 重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)(B)—(D)步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度．則

(1) 實驗步驟中“(B)調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動”(填“是”或“不是”)為了平衡小車與長木板間的摩擦力，按上述方案做實驗，(填“要求”或“不要求”)砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

(2) 若某次實驗步驟“(C)取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m0”，測出該次小車運(yùn)動的加速度為a，則“加速度與力、質(zhì)量”的關(guān)系式為(用所給的字母表示，重力加速度為g)．

(實驗原理創(chuàng)新題)某實驗小組應(yīng)用如圖10所示裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系”，實驗步驟如下：

圖10

(A) 按圖所示安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細(xì)線豎直；

(B) 調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運(yùn)動；

(C) 掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度；

(D) 改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟(C)，求得小車在不同合力作用下的加速度．

根據(jù)以上實驗過程，回答以下問題：

(1) 對于上述實驗，下列說法正確的是．

(A) 小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等.

(B) 與小車相連的細(xì)線與長木板一定要平行.

(C) 砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.

(D) 彈簧測力計的讀數(shù)應(yīng)為砝碼和砝碼盤總重力的一半.

(2) 若實驗操作正確，測得小車的質(zhì)量為M，砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量為m，彈簧秤的示數(shù)為F，小車運(yùn)動的加速度為a，則“加速度與力、質(zhì)量”的關(guān)系式為(用所給的字母表示，重力加速度為g)．

核心素養(yǎng)視域觀點：“實驗：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”應(yīng)當(dāng)成為力學(xué)實驗的集大成者，是力學(xué)實驗的綜合，也是考查頻率最高的力學(xué)實驗．裝置創(chuàng)新題和原理創(chuàng)新題均考查了核心素養(yǎng)的四個維度的水平，科學(xué)推理、科學(xué)論證、證據(jù)和解釋均有不同程度的考查，科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神也有一定的體現(xiàn)．學(xué)生應(yīng)當(dāng)根據(jù)實驗裝置，發(fā)掘題中信息，理解設(shè)計意圖，領(lǐng)會實驗精神，運(yùn)用科學(xué)思維，解決應(yīng)探究的問題．有效呈現(xiàn)學(xué)生從實驗原理、實驗器材、信息收集和處理方面的能力．