呂俊君

(九江市同文中學(xué) 江西 九江 332000)

2019年12月，教育部考試中心發(fā)布《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》.高考評(píng)價(jià)體系由3個(gè)要素構(gòu)成，即“一核”“四層”“四翼”，如圖1 所示.“一核”指“立德樹(shù)人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”,是高考的核心功能，回答“為什么考”的問(wèn)題；“四層”指“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”,是高考的考查內(nèi)容，回答“考什么”的問(wèn)題；“四翼”指“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，是高考的考查要求，回答“怎么考”的問(wèn)題.同時(shí)，高考評(píng)價(jià)體系還規(guī)定了高考的考查載體——情境，以此承載考查內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)考查要求[1].

圖1 “一核”“四層”“四翼”

“四翼”要求命題突出基礎(chǔ)性；加強(qiáng)綜合性；體現(xiàn)應(yīng)用性；重視創(chuàng)新性，明確了試題命制的具體方向.基礎(chǔ)性是基石，無(wú)視基礎(chǔ)的測(cè)試相當(dāng)于空中樓閣；綜合性是對(duì)基礎(chǔ)性的組合與延伸；應(yīng)用性體現(xiàn)了知識(shí)與生活的關(guān)聯(lián)；創(chuàng)新性突破了傳統(tǒng)試題的束縛，是命題改革的方向.四者相輔相成，共同服務(wù)于“立德樹(shù)人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”這一核心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).本文從應(yīng)用性與創(chuàng)新性的角度出發(fā)探討高中物理試題的命制方向.

1 情境

高考評(píng)價(jià)體系中所謂的“情境”即“問(wèn)題情境”，指的是真實(shí)的問(wèn)題背景，是以問(wèn)題或任務(wù)中心構(gòu)成的活動(dòng)場(chǎng)域[2].物理試題中的情境由文字、圖片、表格、符號(hào)等元素構(gòu)成，個(gè)體需要在大量的信息中進(jìn)行想象、辨別、篩選、判斷、應(yīng)用、創(chuàng)造，從而形成解決問(wèn)題的思路.由于不同個(gè)體腦海中的信息存儲(chǔ)類(lèi)別和加工方式存在差異，因此即便面臨同樣的情境個(gè)體也會(huì)產(chǎn)生不同的解決辦法.

在高考評(píng)價(jià)體系“應(yīng)用性與創(chuàng)新性”的要求下，情境應(yīng)當(dāng)貼近生活，注重創(chuàng)新，以此為基礎(chǔ)考查“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”.

2 試題體現(xiàn)應(yīng)用性

2.1 以生活化情境為載體

試題應(yīng)與生活息息相關(guān).物理規(guī)律是對(duì)物理現(xiàn)象的總結(jié)與提煉，物理現(xiàn)象源于生活的觀察與實(shí)踐，而物理學(xué)的發(fā)展最終為生活帶來(lái)便利，推動(dòng)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.以生活化情境為載體命制試題有利于搭建理論與實(shí)踐的橋梁，增強(qiáng)學(xué)以致用的意識(shí)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

生活化情境的試題命制常見(jiàn)角度包括：

(1)以自然現(xiàn)象為背景，如針對(duì)太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡產(chǎn)生的色散現(xiàn)象，可以考查不同顏色光的頻率和波長(zhǎng)，進(jìn)而擴(kuò)展至光的干涉、衍射和光電效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn).

(2)以體育運(yùn)動(dòng)為背景，如跳水運(yùn)動(dòng)中蘊(yùn)含豎直上拋、勻變速運(yùn)動(dòng)，能量轉(zhuǎn)化等物理模型與規(guī)律.

(3)以交通出行為背景，如通過(guò)計(jì)算ETC系統(tǒng)與人工收費(fèi)系統(tǒng)的時(shí)間，體會(huì)ETC系統(tǒng)為生活帶來(lái)的便利.

(4)以生活?yuàn)蕵?lè)為背景，如圍繞游樂(lè)場(chǎng)中的摩天輪游戲設(shè)置圓周運(yùn)動(dòng)，受力分析，能量轉(zhuǎn)化等考點(diǎn).

(5)以社會(huì)熱點(diǎn)為背景，如高空墜物現(xiàn)象已經(jīng)成為社會(huì)公共安全隱患，然而高空墜物的殺傷力究竟達(dá)到什么程度，大部分學(xué)生對(duì)此缺乏定量的認(rèn)識(shí)，針對(duì)這一現(xiàn)狀可設(shè)計(jì)例1.

【例1】如圖2所示是一則安全警示廣告，描述了高空墜物對(duì)人傷害的嚴(yán)重性，現(xiàn)假設(shè)一個(gè)50 g的雞蛋從25樓掉落，與地面撞擊時(shí)間約為20 ms，則雞蛋對(duì)地面的沖擊力大約為多少？( )

A.1 N B.10 N

C.100 N D.1 000 N

圖2 例1題圖

題干從安全警示廣告“一個(gè)雞蛋的威力”出發(fā)強(qiáng)調(diào)高空墜物的危害，隨后創(chuàng)設(shè)雞蛋與地面沖擊的問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)沖擊力高達(dá)1 000 N，讓學(xué)生對(duì)高空墜物的殺傷力有了更清晰的認(rèn)識(shí).這種命題方式不僅考查了應(yīng)用動(dòng)量定理解決問(wèn)題的“必備知識(shí)與關(guān)鍵能力”，而且有助于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，促進(jìn)“立德樹(shù)人”核心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).

2.2 滲透科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

試題應(yīng)滲透科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.近年來(lái)我國(guó)綜合國(guó)力不斷提升，在科研、工程、醫(yī)療、航天等各領(lǐng)域均獲得了重大突破，位居世界各國(guó)前列.2017年我國(guó)自主研發(fā)的航空母艦在大連舉行下水儀式，2018年世界上最大的跨海大橋港珠澳大橋正式通車(chē)，2019年70周年閱兵式上東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略核導(dǎo)彈驚艷亮相[3]，2020年嫦娥五號(hào)探測(cè)器完成我國(guó)首次地外天體采樣任務(wù)，2021年天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器首次進(jìn)入環(huán)火軌道.在試題中滲透這些元素有利于樹(shù)立民族自信心與自豪感.雖然這些科技成果離中學(xué)生很遙遠(yuǎn)，但只要埋下了一顆種子，未來(lái)將成長(zhǎng)為參天大樹(shù).

【例2】2021年2月10日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)火軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了本次任務(wù)“繞、著、巡”中第一步“繞”的目標(biāo).“天問(wèn)一號(hào)”被火星捕獲之后，需要在近火星點(diǎn)P變速，進(jìn)入環(huán)繞火星的橢圓軌道，該過(guò)程簡(jiǎn)化為如圖3所示，則下列說(shuō)法中正確的是( )

A.由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道Ⅱ需要在P點(diǎn)加速

B.在軌道Ⅰ上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度大于在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度

C.在軌道Ⅰ上運(yùn)行周期大于在軌道Ⅱ上運(yùn)行周期

D.在軌道Ⅰ上運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能大于在軌道Ⅱ上運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能

圖3 例2題圖

衛(wèi)星變軌過(guò)程中速度、加速度、能量等物理參數(shù)的比較一直是各類(lèi)考試的熱點(diǎn)，“天問(wèn)一號(hào)”承擔(dān)我國(guó)首次自主火星探測(cè)任務(wù)，其成功是我國(guó)航天領(lǐng)域的里程碑.該試題情境對(duì)增強(qiáng)民族自信心，民族認(rèn)同感，社會(huì)責(zé)任感起到積極作用.

2.3 適度引入物理原始問(wèn)題

物理原始問(wèn)題是指自然界及社會(huì)生活生產(chǎn)中未被抽象加工的典型現(xiàn)象，它是對(duì)現(xiàn)象的描述，沒(méi)有對(duì)現(xiàn)象做任何程度的抽象[4].原始問(wèn)題以某一開(kāi)放生動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題為情境，條件具有隱蔽性，通常不提供相應(yīng)的物理量與數(shù)值，需要學(xué)生查閱資料進(jìn)行自主探究，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，通過(guò)模型建構(gòu)、合理賦值、分析、推理等一系列活動(dòng)解決問(wèn)題，對(duì)高階思維能力有較高要求.

與原始問(wèn)題對(duì)應(yīng)的是抽象習(xí)題，抽象習(xí)題是由命題者將原始問(wèn)題人為加工生成，其特征是條件明顯、問(wèn)題指向性明確、數(shù)據(jù)充分，當(dāng)前考試環(huán)境下大部分試題屬于此類(lèi).從原始問(wèn)題到抽象習(xí)題的關(guān)鍵在于模型建構(gòu)，如果學(xué)生長(zhǎng)期接觸抽象習(xí)題，必然缺失模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)，一旦面臨實(shí)際問(wèn)題常常束手無(wú)策.因此,在試題評(píng)價(jià)過(guò)程中適度引入原始問(wèn)題是值得推行的一項(xiàng)措施.

【例3】(抽象習(xí)題)如圖4所示，將一小球從地面位置以初速度v拋出，速度方向與水平面成θ角，重力加速度為g且不計(jì)空氣阻力，求小球落回地面的水平位移.

圖4 抽象習(xí)題

(原始問(wèn)題)如圖5所示，鉛球比賽中的成績(jī)會(huì)受到緯度的影響.已知迄今鉛球世界紀(jì)錄為 23.12 m(鉛球運(yùn)動(dòng)中最高點(diǎn)約 8 m).請(qǐng)分析并說(shuō)明在運(yùn)動(dòng)員體能和技巧都確定的情況下，比賽在高緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)進(jìn)行相比，哪里更容易創(chuàng)造世界紀(jì)錄？

圖5 原始問(wèn)題

運(yùn)動(dòng)的分解是高中物理的核心知識(shí)，抽象習(xí)題中設(shè)定了小球的初速度，給出相應(yīng)的條件，考查了學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的分解的應(yīng)用熟練度與計(jì)算能力.然而該問(wèn)題是經(jīng)過(guò)抽象后的模型題，缺乏與實(shí)際生活的聯(lián)系，學(xué)生通過(guò)機(jī)械式訓(xùn)練就可以解決.

改編后的原始問(wèn)題創(chuàng)設(shè)了鉛球比賽的情境，鉛球的運(yùn)動(dòng)與哪個(gè)物理模型相對(duì)應(yīng)？鉛球比賽成績(jī)與哪些物理量有關(guān)？運(yùn)動(dòng)員體能和技巧影響了哪些物理量？不同緯度地區(qū)什么物理量有差別，又是如何影響比賽成績(jī)的？這些都是應(yīng)該思考的問(wèn)題.在思考過(guò)程中首先突出鉛球運(yùn)動(dòng)的主要因素加強(qiáng)學(xué)生模型建構(gòu)的能力，其次需要綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的分解與天體運(yùn)動(dòng)等知識(shí)解決問(wèn)題，能夠更全面地對(duì)學(xué)生判斷、分析、推理能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，促進(jìn)“學(xué)科素養(yǎng)”的形成.

通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，原始問(wèn)題凸顯知識(shí)的應(yīng)用性，強(qiáng)調(diào)從“解題”向“解決問(wèn)題”的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)以致用的能力.近年高考中原始問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，如2017年高考理綜全國(guó)卷Ⅰ第18題以掃描隧道顯微鏡(STM)為背景考查電磁阻尼現(xiàn)象；2017年高考理綜全國(guó)卷Ⅱ第21題以自制簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)為背景考查安培力，這一現(xiàn)象引導(dǎo)教師關(guān)注原始問(wèn)題的編制，體現(xiàn)了高考“引導(dǎo)教學(xué)”這一核心目標(biāo).

3 試題重視創(chuàng)新性

3.1 以創(chuàng)新情境為載體

創(chuàng)新情境類(lèi)試題是高層次的智力活動(dòng)，對(duì)學(xué)生而言要充分理解文字與圖片的含義，挖掘題中關(guān)鍵信息，準(zhǔn)確把握考查方向.對(duì)命題者而言，創(chuàng)新不是無(wú)限制提高難度，依舊要在創(chuàng)新中突出對(duì)基本概念規(guī)律的考查.如2015年高考理綜全國(guó)卷Ⅱ第16題要求計(jì)算同步衛(wèi)星從轉(zhuǎn)移軌道調(diào)整到同步軌道的附加速度，表面上考查天體運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上考查速度的合成與分解，這種“聲東擊西”的情境設(shè)計(jì)正是該題的新意所在.再如通過(guò)中學(xué)課本“科學(xué)足跡”“科學(xué)漫步”“STS”等欄目探尋創(chuàng)新情境的源泉.

【例4】量子理論是20世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的重大成就之一，玻爾提出的原子結(jié)構(gòu)理論推動(dòng)了量子理論的發(fā)展.玻爾理論的一個(gè)重要假設(shè)是原子能量的量子化，1914年，弗蘭克和赫茲利用粒子碰撞的方式證明了原子能量的量子化現(xiàn)象.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)原理如圖6(a)所示，燈絲K發(fā)射出初速度不計(jì)的電子，K與柵極G間加有電壓為U的電場(chǎng)使電子加速，GA間加0.5 V的反向電壓使電子減速.當(dāng)電子通過(guò)K-G 空間加速后進(jìn)入G-A空間時(shí)，如果能量較大，就可以克服G-A間的反向電場(chǎng)到達(dá)接收極A，形成電流通過(guò)電流表.在原來(lái)真空的容器中充入汞蒸氣，當(dāng)電子的動(dòng)能小于汞原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量時(shí)，由于汞原子的能量不能連續(xù)變化，電子與汞原子發(fā)生彈性碰撞；當(dāng)電子的動(dòng)能大于汞原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所需的能量時(shí)，電子與汞原子發(fā)生非彈性碰撞，汞原子吸收電子的一部分動(dòng)能，使自己從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài).已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，汞原子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量.

(1)證明一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子與一個(gè)靜止的汞原子發(fā)生彈性正碰時(shí)，電子幾乎不會(huì)因碰撞損失能量；(證明過(guò)程中需要用到的物理量請(qǐng)自行設(shè)定)

(2)實(shí)驗(yàn)得到如圖6(b)所示的I-U圖像，從圖中看出，每當(dāng)KG間電壓增加4.9 V時(shí)，電流就會(huì)大幅下降，請(qǐng)解釋這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

圖6 例4題圖

本題情境的創(chuàng)新在于：

(1)背景素材的創(chuàng)新.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)在人教版選修3-5第18章第4節(jié)“科學(xué)足跡”欄目中有介紹，但大多數(shù)教師容易忽視這塊內(nèi)容，對(duì)學(xué)生而言是全新的情境.雖然情境陌生，但是題干對(duì)實(shí)驗(yàn)做了詳細(xì)解釋?zhuān)瑢W(xué)生完全可以通過(guò)題干條件與知識(shí)儲(chǔ)備理解原理進(jìn)而解決問(wèn)題，對(duì)學(xué)生處理新問(wèn)題的能力起到很好的檢測(cè)效果，可謂“源于課本，高于課本”.

(2)設(shè)問(wèn)方式的創(chuàng)新.題目第一問(wèn)要求學(xué)生證明電子與汞原子發(fā)生彈性正碰時(shí)幾乎不損失能量，第二問(wèn)需要根據(jù)所學(xué)知識(shí)解釋圖像產(chǎn)生的原因，這兩問(wèn)均擺脫了傳統(tǒng)計(jì)算題的形式，改為以證明題和簡(jiǎn)答題形式呈現(xiàn).

(3)知識(shí)綜合的創(chuàng)新.該題巧妙地將碰撞與能級(jí)躍遷結(jié)合，考查不同知識(shí)的綜合應(yīng)用能力的同時(shí)更凸顯出能量量子化的本質(zhì).

3.2 增強(qiáng)探究性與開(kāi)放性

物理新課程積極倡導(dǎo)學(xué)生掌握物理學(xué)科的一些科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能夠運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問(wèn)題[5].科學(xué)探究能力的培養(yǎng)扎根于課堂教學(xué)，實(shí)踐于實(shí)驗(yàn)操作，滲透于試題評(píng)價(jià).命制試題時(shí)突破傳統(tǒng)的“已知求解”這類(lèi)單進(jìn)程命題模式，改為引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)答案不唯一的開(kāi)放式問(wèn)題，全面檢測(cè)學(xué)生的發(fā)散思維能力與創(chuàng)造力.

【例5】電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是電池的重要參數(shù)，如圖7所示小明同學(xué)將銅片和鋅片插入蘋(píng)果中制作電池，將蘋(píng)果電池正負(fù)兩極連接至額定電壓為1.5 V的小燈泡兩端發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，于是小明對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行探究.

圖7 蘋(píng)果電池

(1)用電壓表直接連接蘋(píng)果電池測(cè)電壓，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)為0.97 V，可以猜想小燈泡不發(fā)光的原因是什么？

(2)為了驗(yàn)證猜想，請(qǐng)你幫助小明選擇實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量蘋(píng)果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，并畫(huà)出電路圖，簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理與步驟.

(3)小明改變金屬片的間距與插入深度，測(cè)量了多種水果電池的電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻如表1所示，從表中可以發(fā)現(xiàn)金屬片間距與深度對(duì)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻有什么影響？

表1 多種水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

第一問(wèn)提出問(wèn)題，為什么小燈泡不發(fā)光？根據(jù)電壓表讀數(shù)，學(xué)生很容易猜想到蘋(píng)果電池內(nèi)阻可能很大.接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，驗(yàn)證猜想.實(shí)驗(yàn)方案可以采用電流表和電壓表配合，也可以用電流表與電阻箱配合或電壓表與電阻箱配合，只要設(shè)計(jì)方案合理均為正確答案，具有一定的開(kāi)放性.最后將研究問(wèn)題擴(kuò)大到不同水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，要求學(xué)生根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析影響電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的因素，考查了學(xué)生獲取證據(jù)的意識(shí)與交流解釋的能力.試題設(shè)計(jì)圍繞著提出問(wèn)題→猜想假設(shè)→獲取證據(jù)→解釋交流的流程展開(kāi)，體現(xiàn)出科學(xué)探究核心素養(yǎng)的滲透.

4 結(jié)束語(yǔ)

習(xí)近平總書(shū)記指出，社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)教育必須“全面貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)……培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人”[6].高考作為最公平的考試承擔(dān)著“立德樹(shù)人、服務(wù)選才，引導(dǎo)教學(xué)”核心任務(wù).在高考評(píng)價(jià)體系的指導(dǎo)下，加強(qiáng)應(yīng)用性與創(chuàng)新性培養(yǎng)對(duì)人才選拔起到重要的推動(dòng)作用，是廣大教育工作者命制試題的主要方向.