張紅洋 張婧婧

（1.中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心陜西師范大學(xué)分中心，陜西 西安 710119；2.陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710119）

1 問題的提出

高考評價體系是深化新時代高考內(nèi)容改革的基礎(chǔ)工程、理論支撐和實踐指南.［1］“情境”是《中國高考評價體系》和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》的高頻詞匯，在物理學(xué)科育人方面發(fā)揮著重要作用.情境試題是將物理知識置于真實問題分析與解決中以考查學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平，注重5種關(guān)鍵能力的考查，檢驗學(xué)生的物理學(xué)業(yè)質(zhì)量水平.因此，分析高考物理試題的情境化特征，重點關(guān)注情境與考查內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，情境類別以及情境與“四翼”的對應(yīng)性，明確物理教學(xué)方向，為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)提供問題解決與實踐指引導(dǎo)向，提升教學(xué)質(zhì)量.

2 物理試題的“情境”內(nèi)涵

物理試題的情境是以真實世界中的問題情境為載體進(jìn)行設(shè)計，將情境與物理學(xué)科知識、物理能力相融合，以問題解決或任務(wù)完成為中心構(gòu)成的活動場域，強調(diào)了學(xué)生在真實的物理情境中，提取信息、轉(zhuǎn)換信息，進(jìn)而變“未知”為“已知”.這是對學(xué)生在解決情境化問題時所表現(xiàn)出的核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識的掌握程度和綜合水平的有效測量，正反映了情境認(rèn)知將“知識情境化于真實應(yīng)用”的內(nèi)在要求.通過情境的創(chuàng)設(shè)可進(jìn)一步優(yōu)化物理試題設(shè)計.比如，在摩托車越野賽的生活場景中考查學(xué)生平拋運動這一必備知識和信息獲取、科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng)；在嫦娥四號探測器奔月的科技前沿中考查學(xué)生萬有引力的必備知識和知識獲取的關(guān)鍵能力；在高空墜物的運動過程中考查動量定理的必備知識和品德修養(yǎng)的核心價值.這些具體的生活場景、科技前沿、運動過程等便是物理情境化試題的情境范疇.

基于知識應(yīng)用和產(chǎn)生方式的不同，情境可分為生活實踐情境和學(xué)習(xí)探索情境.［1］生活實踐情境與日常生活及生產(chǎn)實踐密切相關(guān).例如，2020年全國Ⅱ卷第17題，以X射線斷層掃描技術(shù)為問題情境，通過呈現(xiàn)CT機的部分剖面圖，考查帶電粒子在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)必備知識，同時，也考查學(xué)生研究探索先進(jìn)技術(shù)原理的能力.學(xué)習(xí)探索情境則是源自于真實的研究過程或?qū)嶋H的探索過程，涵蓋學(xué)習(xí)探索與科學(xué)研究過程中所涉及的問題.例如，2021年全國乙卷第25題，對常規(guī)的金屬棒在導(dǎo)體框上運動的情境進(jìn)行創(chuàng)新，創(chuàng)設(shè)導(dǎo)體框和金屬棒在斜面上運動并經(jīng)過磁場區(qū)域的情境，不僅對安培力、磁場、機械能守恒等物理概念、物理規(guī)律進(jìn)行考查，而且對學(xué)生在復(fù)雜情境中的綜合分析能力提出較高要求.

3 高考物理試題的情境化特征

情境是人類認(rèn)知活動的條件支撐，是學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素，故學(xué)習(xí)具有情境性特征.［2］在情境試題中，情境由不同的文本材料承載，其具有資源屬性，為學(xué)生的問題解決創(chuàng)設(shè)條件、提供支撐.同時，情境影響著事物發(fā)展，對有機體的認(rèn)知與行為產(chǎn)生反饋與影響作用，不同特征的情境材料會對學(xué)生在解決物理問題時挖掘已知條件、隱含條件、模型建構(gòu)、問題分析與解決等產(chǎn)生影響.2019年全國Ⅱ卷14題和2020年全國Ⅱ卷15題均考查萬有引力定律，但“衛(wèi)星繞星體表面運動”與“嫦娥四號探測器軟著陸”是兩類不同的情境，情境材料與考查內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度不同，且考查要求的能力水平不同，會影響學(xué)生的問題解決表現(xiàn)水平.因此，分析物理試題的情境特征與發(fā)展趨勢，可為教師的物理教學(xué)提供方向，進(jìn)而提升學(xué)生解決各種復(fù)雜情境下的不同問題的適應(yīng)和應(yīng)對能力.

3.1 情境與考查內(nèi)容的關(guān)聯(lián)等級及分布特征

高考物理試題情境化研究首先需要厘清“情境-考查內(nèi)容”的關(guān)系，依據(jù)其關(guān)聯(lián)性的強弱，將物理情境化試題分為“組合式、結(jié)合式、融合式”3個依次遞增的等級，［3］如表1所示，可直觀地描述情境與考查內(nèi)容的關(guān)系.在組合式情境化試題中，情境與考查內(nèi)容各自獨立性強，交織交融不足，問題來源于情境但不依賴情境予以解決，多為簡單的生活實踐類情境.在結(jié)合式情境化試題中，問題來源于情境并依靠情境解決，學(xué)生通過對情境信息進(jìn)行提取、分析并經(jīng)過簡單認(rèn)知加工后，結(jié)合所學(xué)知識解決物理問題.在融合式情境化試題中，情境與考查內(nèi)容融為一體，情境源于真實的研究過程或?qū)嶋H探索過程，綜合考查學(xué)生必備知識和科學(xué)探究、信息加工等高階認(rèn)知能力，多為復(fù)雜的學(xué)習(xí)探索類情境.

表1 情境與考查內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度等級

為從總體上了解情境與考查內(nèi)容關(guān)聯(lián)性的分布特征，對近5年（2017—2020年全國Ⅱ卷、2021年全國乙卷）高考物理情境化試題進(jìn)行分類.根據(jù)情境與考查內(nèi)容關(guān)聯(lián)度的三等級劃分水平標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行可操作化界定：“問題解決不依靠情境”為組合式試題；“問題解決依靠情境，情境的部分描述中隱含解題條件”為結(jié)合式試題；“問題解決依靠情境，情境的描述即為探究過程或物理過程、物理模型的描述”為融合式試題.具體統(tǒng)計方法為：每張試卷共14道物理試題（含兩道選做題），即總數(shù)為14，除2018年全國Ⅱ卷第33題（1）為非情境試題外，其余年份的所有題目均為情境試題；按照界定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分計數(shù)，若題目中包含n個小問題，則每一小問記為.

近5年物理情境化試題中，結(jié)合式情境化試題的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于組合式和融合式試題數(shù)量，2021年達(dá)到5年來的最高值.情境與考查內(nèi)容關(guān)聯(lián)度的等級分類情況如圖1所示.這說明高考物理強調(diào)問題解決能力，而非解題能力.注重考查學(xué)生的信息提取與轉(zhuǎn)化能力，引導(dǎo)學(xué)生“從生活走向物理，從物理走向社會”，從而領(lǐng)會物理知識的價值，增強實踐意識.此外，情境與考查內(nèi)容的結(jié)合與融合，使學(xué)生隱形的物理學(xué)科核心素養(yǎng)得以顯性呈現(xiàn)，進(jìn)而使關(guān)鍵能力的量化考核成為可能.因此，在物理教學(xué)中，教師不僅要幫助學(xué)生筑牢知識基礎(chǔ)，還要創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)新問題，得出新結(jié)論.

圖1 情境化試題的情境與考查內(nèi)容關(guān)聯(lián)度統(tǒng)計

3.2 學(xué)習(xí)探索情境類試題多于生活實踐情境類試題

情境的類別是指依據(jù)一定的方式或標(biāo)準(zhǔn)，對情境做出分類.物理試題中的不同類別情境會影響學(xué)生的認(rèn)知方式和水平，對學(xué)生的認(rèn)知與能力提出不同的要求.［2］基于高考評價體系將情境分為生活實踐情境和學(xué)習(xí)探索情境：生活實踐情境類試題要求學(xué)生運用所學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象，具備解決生產(chǎn)實踐問題的能力；學(xué)習(xí)探索情境類試題要求學(xué)生啟動已有知識開展智力活動，運用創(chuàng)新思維方式解決問題.通過統(tǒng)計分析高考物理中兩類情境試題的數(shù)量情況，可充分認(rèn)識學(xué)生思維能力培養(yǎng)的側(cè)重點，明確育人價值的方向定位與價值引導(dǎo).

以高考評價體系為指導(dǎo)，通過對物理試題進(jìn)行質(zhì)性分析，界定情境類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，即生活實踐情境的材料主要源自：日常生活、生產(chǎn)勞動、航空航天、體育運動；學(xué)習(xí)探索情境的材料主要源自：實驗探究、科學(xué)研究.依此標(biāo)準(zhǔn)，通過對近5年高考物理中學(xué)習(xí)探索情境類試題與生活實踐情境類試題進(jìn)行量化統(tǒng)計，除2020年兩類情境化試題數(shù)量持平外，學(xué)習(xí)探索情境類試題數(shù)量總是高于生活實踐情境類試題，如圖2所示.說明高考試題試圖引導(dǎo)物理教學(xué)回歸知識生產(chǎn)過程的本源，注重對學(xué)生物理實驗、科學(xué)探究能力、知識深度理解以及解決復(fù)雜問題能力的考查；同時生活探索情境類試題數(shù)量自2019年總體上較以前有所增加，說明高考試題呈現(xiàn)還原知識應(yīng)用的實際過程的趨勢.“知識生產(chǎn)與知識應(yīng)用”符合人類知識再生產(chǎn)過程的規(guī)律，這種全方面的考查方式，為解決當(dāng)今知識爆炸時代，引領(lǐng)教育回歸到培養(yǎng)人、培養(yǎng)學(xué)生形成改造世界的實踐能力這一重大問題提供了可行的路徑.

圖2 生活實踐情境類試題與學(xué)習(xí)探索情境類試題的數(shù)量變化

3.3 “綜合性”情境試題占主導(dǎo)地位

“四翼”是素質(zhì)教育評價維度在高考中的體現(xiàn)，是判斷高中學(xué)生素質(zhì)高低的重要依據(jù)，也是評價高考試題質(zhì)量優(yōu)劣的基本指標(biāo).［1］“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”是“四翼”考查要求依次遞增的4個等級，情境化試題通過巧設(shè)不同層級的情境落實“四翼”考查要求的不同等級水平.因此，分析情境與“四翼”考查要求的對應(yīng)性，對物理情境試題分類統(tǒng)計，把握高考物理情境試題的特征與規(guī)律，進(jìn)而“以考促學(xué)”，形成更高水平的物理教育體系.

（1）基礎(chǔ)性.

基礎(chǔ)性要求高中生能準(zhǔn)確理解并熟練掌握主干內(nèi)容，具備應(yīng)對生活實踐或?qū)W習(xí)探索問題情境的基本知識、基本能力與基本素養(yǎng).具體包括學(xué)科內(nèi)容的基礎(chǔ)性、通用性以及情境的典型性.基礎(chǔ)性的高考試題通常以一個最基本的問題情境作為任務(wù)創(chuàng)設(shè)和基本知識能力運用考查的載體，即以單一的簡單情境為載體考查某一個知識或技能.

例1.（2018年全國卷Ⅱ）如圖3，某同學(xué)用繩子拉動木箱，使它從靜止開始沿粗糙水平路面運動至具有某一速度.木箱獲得的動能一定

圖3 拉箱子

（A）小于拉力所做的功.

（B）等于拉力所做的功.

（C）等于克服摩擦力所做的功.

（D）大于克服摩擦力所做的功.

該題以學(xué)生拉動木箱為單一簡單情境，主要考查學(xué)生必備的主干知識動能定理.根據(jù)動能定理，各力做功的代數(shù)和等于物體動能的變化，得到WF+Wf=ΔEk，木箱動能的變化小于拉力F做的功.因引該題屬于基礎(chǔ)性情境化試題，其關(guān)系如圖4所示.

圖4 基礎(chǔ)性情境試題結(jié)構(gòu)圖

（2）綜合性.

綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是德智體美勞全面培養(yǎng)教育體系的基本要求.綜合性不僅是學(xué)科內(nèi)容的綜合，更是以多項相互關(guān)聯(lián)的活動組成的復(fù)雜情境的綜合.學(xué)生要在較復(fù)雜情境中，綜合運用科學(xué)的思維方法，合理組織、調(diào)動所學(xué)知識解決問題.因此，綜合性試題是以單一的復(fù)雜情境為載體同時考查多個知識或技能.

例2.（2020年全國卷Ⅱ）如圖5，豎直面內(nèi)一絕緣細(xì)圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷.a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個點，c、d為豎直直徑上的兩個點，它們與圓心的距離均相等.則

圖5 電荷分布圖

（A）a、b兩點的電場強度相等.

（B）a、b兩點的電勢相等.

（C）c、d兩點的場強相等.

（D）c、d兩點的電勢相等.

該題以均勻分布于絕緣細(xì)環(huán)上的等量異種電荷為情境，考查電荷周圍電場與電勢的分布、電場與電勢的疊加原理等必備知識，同時考查等效法、微元法的運用，將場源的上、下電荷等效為等量異種電荷在周圍產(chǎn)生電場，從而比較兩點間電場與電勢的大小.因此，該題屬于綜合性情境化試題，情境與知識技能的對應(yīng)關(guān)系如圖6所示.

圖6 綜合性情境試題結(jié)構(gòu)圖

（3）應(yīng)用性.

應(yīng)用性旨在學(xué)以致用，能夠解決各種問題.物理教育應(yīng)以貼近時代、貼近社會、貼近生活的問題情境為載體，將程序性知識與陳述性知識有機整合和運用作為考查目標(biāo)，要求學(xué)生能夠在復(fù)雜情境中主動建立物理過程與物理模型，靈活應(yīng)用所學(xué)知識分析并解決社會生活實踐中的問題.

例3.（2020年全國卷Ⅱ）如圖7，一豎直圓管質(zhì)量為M，下端距水平地面的高度為H，頂端塞有一質(zhì)量為m的小球.圓管由靜止自由下落，與地面發(fā)生多次彈性碰撞，且每次碰撞時間均極短；在運動過程中，管始終保持豎直.已知M=4m，球和管之間的滑動摩擦力大小為4mg，g為重力加速度大小，不計空氣阻力.

圖7 圓管與小球運動圖

（1）求管第1次與地面碰撞后的瞬間，管和球各自的加速度大小；

（2）管第1次落地彈起后，在上升過程中球沒有從管中滑出，求管上升的最大高度；

（3）管第2次落地彈起的上升過程中，球仍沒有從管中滑出，求圓管長度應(yīng)該滿足的條件.

該題以小球在下落圓管中的運動情境為載體，對研究對象選取、加速度、摩擦力、牛頓第二定律、勻變速直線運動規(guī)律、動能定理以及極限思想與方法的運用進(jìn)行考查.同時，要建立起小球與圓管二者各自運動的物理過程，并綜合分析二者的相對運動情況，運用運動學(xué)規(guī)律可求管上升的最大高度，運用極限思想推出球不會滑出管外的臨界條件.該題屬于以復(fù)雜應(yīng)用性情境為載體，考查學(xué)生綜合運用多種物理學(xué)科主干內(nèi)容與方法分析并解決社會生活實踐中的問題，情境與物理學(xué)科內(nèi)容之網(wǎng)絡(luò)關(guān)系如圖8所示.

圖8 應(yīng)用性情境化試題結(jié)構(gòu)圖

（4）創(chuàng)新性.

創(chuàng)新性是素質(zhì)教育的突出特征之一.創(chuàng)新性試題以兩個或兩個以上的情境為載體，設(shè)置新穎的試題呈現(xiàn)方式和設(shè)問方式，同時考查多個知識或技能.即情境與知識技能的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系為“多對多”，要求學(xué)生在新穎復(fù)雜的情境中主動思考，建立物理過程或物理模型，完成開放性或探究性的任務(wù).

圖9 金屬棒與U型導(dǎo)體框

（1）金屬棒在磁場中運動時所受安培力的大?。?/p>

（2）金屬棒的質(zhì)量以及金屬棒與導(dǎo)體框之間的動摩擦因數(shù)；

（3）導(dǎo)體框勻速運動的距離.

該題包含3個隱藏情境，需要學(xué)生通過對材料進(jìn)行認(rèn)知加工后才能得出：① 金屬棒與導(dǎo)體框同時由靜止下落；② 金屬棒在磁場中勻速運動；③ 導(dǎo)體框在磁場中勻速后加速運動.對3個情境建立物理過程，綜合運用動能定理、感應(yīng)電動勢、閉合電路的歐姆定律、安培力、牛頓第二定律、滑動摩擦力、勻變速直線運動多個物理知識解決問題.該題以多個情境為載體，每個情境蘊含多個知識與技能，相互影響，綜合運用，屬于創(chuàng)新性情境化試題，情境與考查內(nèi)容的關(guān)系如圖10所示.

圖10 創(chuàng)新性情境試題結(jié)構(gòu)圖

上述內(nèi)容對“四翼”的考查情況開展了個例分析與研究，為了從整體上了解高考物理試卷中不同水平的考查情況，現(xiàn)對近5年高考物理情境試題進(jìn)行質(zhì)性分析和量化統(tǒng)計.近5年高考物理情境化試題兼顧“四翼”考查要求的各個等級水平，具有層次性，與高考評價體系的考查要求相契合，如圖11所示.綜合性情境試題占主導(dǎo)地位，說明高考物理難度適中，兼具基礎(chǔ)性與挑戰(zhàn)性.不僅從學(xué)科內(nèi)容上強調(diào)融合，突顯對綜合能力的要求，而且在試題的呈現(xiàn)方式上更加豐富多樣，對學(xué)生綜合素質(zhì)的全面考查.這種既強調(diào)必備知識的融會貫通又關(guān)注關(guān)鍵能力的靈活發(fā)揮的考查方式，將引導(dǎo)教學(xué)減少死記硬背和“機械刷題”現(xiàn)象，進(jìn)而助力高中育人方式的改革.

圖11 近5年情境試題的“四翼”數(shù)量統(tǒng)計

4 結(jié)論和建議

以情境認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，在高考評價體系的指導(dǎo)下，對近5年情境化物理試題的特征進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）總體上來看，情境與考查內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)，情境試題多以“結(jié)合式”呈現(xiàn).（2）學(xué)習(xí)探索類情境化試題多于生活實踐情境類試題.（3）情境化試題兼顧“四翼”考查要求的不同層級，但“綜合性”情境化試題處于主導(dǎo)地位.

要實現(xiàn)“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的核心高考功能，試題則要高度契合高中課程改革理念，發(fā)揮其正向積極導(dǎo)向作用，為高中育人方式改革提供有力支撐.基于上述分析與研究，對高中物理教學(xué)提出如下建議.

（1）情境化試題呈現(xiàn)組合、結(jié)合、融合3種關(guān)系，并以結(jié)合式為主.教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換角色，變“解題者”為“命題者”，布置開放性作業(yè)，使學(xué)生以所學(xué)知識思考、解釋生活現(xiàn)象.同時，提升學(xué)生的信息提取與信息轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵能力，使其能夠在情境材料中快速、準(zhǔn)確地提取有效信息，去除無效信息.

（2）情境素材呈現(xiàn)出由“學(xué)科”向“社會”的選擇取向轉(zhuǎn)變，由“非真實情境”向“真實情境”轉(zhuǎn)變的趨勢.物理教學(xué)要為學(xué)生提供多元、豐富、信息化的物理教育環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注黨和國家政策改革、社會發(fā)展、生產(chǎn)勞動等信息.［4］物理習(xí)題教學(xué)要變“解題”為“解決問題”，減少“死記硬背”和“題海戰(zhàn)術(shù)”，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的探索情境，使學(xué)生在探索過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題.

（3）情境化試題以“綜合性”考查要求為主導(dǎo)，呈現(xiàn)出兼具“基礎(chǔ)性”“應(yīng)用性”“創(chuàng)新性”的考查發(fā)展趨勢.物理教學(xué)應(yīng)回歸教科書，重視對教科書信息的有效獲取與加工，強化學(xué)生對學(xué)科主干知識的理解掌握，深化聚焦問題情境對所學(xué)知識整合應(yīng)用.比如運用新教材“問題”欄目中的情境素材，分析與挖掘情境中的問題，并引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突導(dǎo)入課堂，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)動機與參與性，同時，圍繞主干內(nèi)容和關(guān)鍵能力的試題，采用一題多解、多題一解的變式訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的知識整合、遷移應(yīng)用的綜合能力.