楊思鋒

(安徽省教育科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》.相比于實驗稿的課程標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)研制出了“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”和“學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”，并明確指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是國家教育目的在各學(xué)科的具體表現(xiàn)，學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量水平則是與核心素養(yǎng)直接相關(guān)的、各學(xué)科的教學(xué)要求和考查評價要求，比如4級學(xué)業(yè)質(zhì)量水平(標(biāo)準(zhǔn))就是物理學(xué)科學(xué)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(wù)看，它承擔(dān)著選拔人才和引導(dǎo)教學(xué)如何不斷改進(jìn)兩方面的任務(wù).即高考試題的形式和考查要求一方面要以學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行立意，以此能有效考查出學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)水平；同時，又能給廣大教師如何開展課堂教學(xué)、不斷改進(jìn)教學(xué)提供明確地導(dǎo)向.那么，其中一個重要的問題，就是我們必須能夠運(yùn)用學(xué)科核心素養(yǎng)的觀點對高考試題進(jìn)行正確、合理的認(rèn)識.這既要求我們教師有扎實、全面的學(xué)科專業(yè)知識水平，又需要我們不斷地學(xué)習(xí)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(jìn)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(dǎo)思想上也不再期望通過類似做法對考生的理科學(xué)習(xí)水平層次進(jìn)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(yīng)用(如傳感器的應(yīng)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(jìn)行呈現(xiàn).

筆者認(rèn)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(xué)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(xué)生的發(fā)展有普遍價值的；哪些能力要求對學(xué)生來說是必備的和關(guān)鍵的；……這基本就是課程標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)科核心素養(yǎng)的定位.

進(jìn)一步細(xì)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(qiáng)調(diào)對知識進(jìn)行定性考查的同時，關(guān)注對過程性分析和數(shù)學(xué)表達(dá)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(qiáng)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(dá)、結(jié)合知識內(nèi)容對數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行一些應(yīng)用的考查.在計算題中，首先追求對物理學(xué)學(xué)習(xí)水平的全面考查.這包括：運(yùn)動學(xué)觀念、概念的考查；牛頓力學(xué)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(xì)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(xué)表達(dá)的準(zhǔn)確性”；再就是獨立方程的選擇和表達(dá)；正確、規(guī)范的解題過程和對結(jié)果的合理表達(dá).

以上說明，基本上就是物理學(xué)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(yùn)動.重力加速度大小為g.小球從a點開始運(yùn)動到其軌跡最高點，機(jī)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(xué)圖像)”；其次是小球運(yùn)動軌跡的清晰物理圖像；不同的運(yùn)動階段其運(yùn)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(jī)械能存在；軌跡的最高點對應(yīng)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(fù)雜的問題情景.(新課標(biāo)中，各質(zhì)量水平的劃分，就是基于問題情景的復(fù)雜程度進(jìn)行的)

圖2

題21.圖2中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)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(dá)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(qiáng)電場中的間距相等的一組等勢面，由于電場強(qiáng)度方向垂直于等勢面，于是知道電場強(qiáng)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(yùn)動的，一般假設(shè)是斜向右上方(或右下方)運(yùn)動，那么，在其運(yùn)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(dá)平面f的(這里需要定量分析).

以上分析可見，科學(xué)思維的要求自然反應(yīng)其中.而科學(xué)思維還有更進(jìn)一步的細(xì)致要求.如根據(jù)靜電勢能和電勢的規(guī)定，有Ep=-eφ；運(yùn)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(xué)思維的基本內(nèi)涵，但是，一些觀念性，也是科學(xué)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(biāo)尺由游標(biāo)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(biāo)刻度線準(zhǔn)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(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，移動游標(biāo)，再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖3(b)所示，其讀數(shù)為______cm.當(dāng)?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(yùn)算過程，相比較什么游標(biāo)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(yùn)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(xué)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(xué)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(jìn)行改裝.然后利用一標(biāo)準(zhǔn)毫安表，根據(jù)圖5(a)所示電路對改裝后的電表進(jìn)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(dāng)標(biāo)準(zhǔn)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(yù)期值，而是________.(填正確答案標(biāo)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(biāo)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(dá)到預(yù)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(xué)關(guān)系式表達(dá)出來.——這是科學(xué)思維層面的要求，也是科學(xué)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(jìn)行分析，同樣也能發(fā)現(xiàn)相同的命制和變化特點.