馬文可

(孝感市第一高級(jí)中學(xué)，湖北 孝感 432000)

隨著新課程改革的不斷深入，核心素養(yǎng)已經(jīng)成為教育課程改革中的核心理念。核心素養(yǎng)指學(xué)生在教育過(guò)程中逐漸形成的知識(shí)聯(lián)動(dòng)，是知識(shí)、能力、態(tài)度整合之后和情境之間的互動(dòng)體系，從而逐漸形成的適應(yīng)個(gè)人終生發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備的品格和關(guān)鍵能力。[1]

高中物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)涵就包括了四個(gè)方面[2]：

1)物理觀念和應(yīng)用，要求學(xué)生從物理學(xué)的角度去觀察和認(rèn)識(shí)所研究對(duì)象的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律，等等。

2)科學(xué)探究和交流，要求學(xué)生能夠與其他同學(xué)就關(guān)于實(shí)驗(yàn)和推理的不同觀點(diǎn)進(jìn)行交流和批判，并進(jìn)行研究論證。

3)科學(xué)思維和創(chuàng)新，要求學(xué)生能夠在平時(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中積極地提出物理問(wèn)題，并進(jìn)行猜想和驗(yàn)證，提高自己的創(chuàng)新意識(shí)。

4)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，要求學(xué)生能夠在理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的關(guān)系的基礎(chǔ)上逐漸形成對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。

2021年高考作為全國(guó)新課改高考的元年，高考試題一定會(huì)體現(xiàn)對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的考察。體現(xiàn)對(duì)學(xué)生思維能力、探究意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)態(tài)度、責(zé)任的考察。從而促進(jìn)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力的提高以及全面發(fā)展。

1 基于物理核心素養(yǎng)的2020年山東學(xué)考卷熱學(xué)板塊剖析

“大風(fēng)起于青萍之末”，山東省作為本輪高考改革的先行省份，剛剛出現(xiàn)的山東省2020年普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試(模擬卷)，為2021年高考的命題趨勢(shì)，提供了一個(gè)可供揣摩的研究對(duì)象。本文從熱學(xué)板塊入手，通過(guò)與歷年來(lái)新課標(biāo)1卷理綜物理試卷對(duì)比，從核心素養(yǎng)的角度，發(fā)現(xiàn)其最大的亮點(diǎn)就是：通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)際生活情境，考察學(xué)生從物理學(xué)的角度去建立物理模型，從而分析解決問(wèn)題。

我們先來(lái)分析下山東學(xué)考卷第16題：

如圖1所示，按下壓水器，能夠?qū)⒁欢康耐饨缈諝?，?jīng)單向進(jìn)氣口壓入密閉水桶內(nèi)。開(kāi)始時(shí)桶內(nèi)氣體的體積V0=8.0L，出水管豎直部分內(nèi)外液面相平，出水口與大氣相通且與桶內(nèi)水面的高度差h1=0.20 m。出水管內(nèi)水的體積忽略不計(jì)，水桶的橫截面積S=0.08 m2。現(xiàn)壓入空氣，緩慢流出了V1=2.0L水。求壓入的空氣在外界時(shí)的體積ΔV為多少 ？

已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，外界大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa，取重力加速度大小g=10m/s2，設(shè)整個(gè)過(guò)程中氣體可視為理想氣體，溫度保持不變。

圖1

本題源自生活中常見(jiàn)的壓水器。學(xué)生并不會(huì)感覺(jué)陌生。但是學(xué)生在日常使用中，不一定會(huì)思考其中的物理原理。物理的核心素養(yǎng)要求學(xué)生能夠在平時(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中積極地提出物理問(wèn)題，并進(jìn)行猜想和驗(yàn)證，提高自己的創(chuàng)新意識(shí)；本題就起到了很好的導(dǎo)向作用，通過(guò)試題體現(xiàn)核心素養(yǎng)的考察，一定可以促使教師在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在日常的學(xué)習(xí)中，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，貼近生活，促進(jìn)學(xué)生全面綜合發(fā)展。

設(shè)液面下降后，此時(shí)瓶中氣體壓強(qiáng)p2=p0+ρg(h1+Δh)，體積V2=V0+V1。瓶中氣體在外界壓強(qiáng)下的體積為V'，則：

p2V2=P0V'

(1)

初始狀態(tài)下，氣體壓強(qiáng)為p0，體積為V0，則ΔV=V'-V0

聯(lián)立解得：ΔV=2.225L

(2)

2 基于物理核心素養(yǎng)的高考熱學(xué)板塊命題趨勢(shì)總結(jié)

筆者將這一命題趨勢(shì)總結(jié)為情景探究類問(wèn)題。

生活中很多問(wèn)題都可以構(gòu)建模型，需要將生活中的情景挖掘物理內(nèi)涵，使學(xué)生感受物理源于生活，服務(wù)于生活，從而激發(fā)興趣，提高高考考察的學(xué)生理解能力，分析綜合能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3 基于物理核心素養(yǎng)的高考熱學(xué)板塊命題預(yù)測(cè)及模擬

筆者將在以下情景探究類習(xí)題中，歸納總結(jié)構(gòu)建物理模型的一般規(guī)律。

例1：一排球球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p0，體積為V0，溫度為T0，用打氣筒對(duì)排球沖入壓強(qiáng)為p0，溫度為T0的氣體，使球內(nèi)氣體壓強(qiáng)變?yōu)?p0，同時(shí)溫度升至2T0，充氣過(guò)程中氣體向外放出Q的熱量，假設(shè)排球體積不變，氣體內(nèi)能U與溫度的關(guān)系為U=kT，k為正常數(shù))。

1)打氣筒對(duì)排球充入壓強(qiáng)為p0，溫度為T0的氣體的體積；

2)打氣筒對(duì)排球充氣過(guò)程中打氣筒對(duì)氣體做的功。

解：1)打氣筒對(duì)排球充入壓強(qiáng)為p0、溫度為T0的氣體的體積為V，以排球內(nèi)氣體與充入的氣體整體為研究對(duì)象。

氣體的初狀態(tài)參量：p1=p0；V1=V0+V；T1=T0

氣體的末狀態(tài)參量：p2=3p0；V2=V0；T2=2T0

代入解得：V=0.5V0

2)因?yàn)闅怏w內(nèi)能U與溫度的關(guān)系為：

U=kT

所以打氣過(guò)程內(nèi)能變化：

ΔU=k=kT0

由熱力學(xué)第一定律得：ΔU=W+(-Q)

解得打氣筒對(duì)氣體做的功：W=Q+kT0

本題從實(shí)際的生活情景出發(fā)，學(xué)生需要提煉信息，構(gòu)建出物理模型。第一個(gè)需要突破的重難點(diǎn)為選擇合適的研究對(duì)象。如果思維的局限，單單以排球內(nèi)的氣體，或者充入的氣體為研究對(duì)象，構(gòu)建的方程都過(guò)于復(fù)雜。本題應(yīng)該以排球內(nèi)氣體與充入的氣體整體為研究對(duì)象。第二個(gè)需要突破的重難點(diǎn)為找到合適的初末狀態(tài)。抓住理想氣體初末狀態(tài)下的狀態(tài)參量，選擇相應(yīng)的氣體實(shí)驗(yàn)定律是解題的關(guān)鍵。

例2：爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛(ài)的休閑零食。玉米在密閉容器內(nèi)被加熱，封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體，當(dāng)打開(kāi)容器蓋后，“嘭”的一聲氣體迅速膨脹，鋼筒內(nèi)的高溫高壓氣體連同加工原料一起噴射出來(lái)。噴射過(guò)程中，由于外界的壓強(qiáng)迅速下降，使得玉米粒內(nèi)部氣體向外迅速擴(kuò)張，由此玉米粒就會(huì)膨脹炸開(kāi)。設(shè)將鋼筒內(nèi)的氣體看成理想氣體，玉米粒的體積忽略不計(jì)。常溫?zé)崃W(xué)溫度為t0，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)為p0，鋼筒的體積為V0，玉米粒爆開(kāi)所需要的壓強(qiáng)差為7p0，鋼筒看成圓柱體，且橫截面積為S

1)求打開(kāi)封蓋時(shí)的熱力學(xué)溫度t1？

2)由于噴射過(guò)程時(shí)間極端，可以看成氣體溫度不變，且和外界沒(méi)有熱交換。求噴射后噴出理想氣體的體積。

解：1)加熱過(guò)程中，鋼筒封閉，體積不變。由題意可知，玉米粒爆開(kāi)所需要的壓強(qiáng)差為7p0，即氣體壓強(qiáng)為8p0。由理想氣體狀態(tài)方程可知：

t1=8t0

2)打開(kāi)封蓋，鋼筒內(nèi)的高溫高壓氣體向外噴射過(guò)程中，溫度不變，體積迅速增大，壓強(qiáng)急劇減小，直到和大氣壓強(qiáng)相等。由理想氣體狀態(tài)方程可知：

8p0V0=p0V

V=8V0

ΔV=7V0

本題需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建物理模型。第一步依然還是選擇合適的研究對(duì)象。即以整體為研究對(duì)象。第二步，選擇合適的初末狀態(tài)，并注重初末狀態(tài)的各個(gè)物理量。本題分為兩個(gè)步驟，加熱的過(guò)程，體積不變，應(yīng)選擇查理定律。對(duì)外膨脹過(guò)程，時(shí)間極端，看成溫度不變，應(yīng)選擇玻意耳定律。

4 基于物理核心素養(yǎng)的高考熱學(xué)板塊應(yīng)對(duì)策略

綜上所述：我們總結(jié)歌訣如下：“實(shí)際情景不要怕，題干越長(zhǎng)越簡(jiǎn)單。整體對(duì)象不要忘，初末狀態(tài)找參量?！?/p>

新課程明確要求必須把核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，高考也一定會(huì)加強(qiáng)核心素養(yǎng)的考察。在日常教學(xué)中認(rèn)真領(lǐng)會(huì)新課標(biāo)理念，以培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)為本，挖掘物理學(xué)科促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)形成的積極因素。

熱學(xué)板塊與實(shí)際生活情景緊密相連，是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的很好載體。作為物理老師，我們應(yīng)該在從優(yōu)化物理知識(shí)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化物理知識(shí)結(jié)構(gòu)與實(shí)際情境的聯(lián)系；從重視物理模型的構(gòu)建和應(yīng)用關(guān)注科學(xué)推理過(guò)程和證據(jù)；從聯(lián)系社會(huì)生活角度增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。[3]

只有在知識(shí)構(gòu)建的過(guò)程中重視科學(xué)方法和科學(xué)思維訓(xùn)練，努力從著眼于學(xué)生終身發(fā)展的角度實(shí)施教學(xué)，注重物理概念和規(guī)律的理解，并最終在生活實(shí)際中提煉和升華，才能為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和未來(lái)發(fā)展打下基礎(chǔ)。