杜明榮，秦煜茜

河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，河南 開封 475000

核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段和學(xué)科的教育過程中，逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和未來社會(huì)發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力[1]?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對物理核心素養(yǎng)的具體內(nèi)容作出界定，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高考試題多以情境為載體對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平進(jìn)行考查。依據(jù)《中國高考評(píng)價(jià)體系》，情境化試題將物理知識(shí)與情境相融合，使學(xué)生基于真實(shí)物理情境分析解決問題，注重對學(xué)生關(guān)鍵能力和必備品格的考查，能夠有效地評(píng)價(jià)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。通過對2022年全國高考甲乙卷中物理試題的情境化分析，力求為一線教師對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供參考。

1 情境化試題

情境是支撐學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)的條件、構(gòu)成學(xué)生學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的要素，影響學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的因素。高考評(píng)價(jià)體系中指出：“情境”即“問題情境”，是真實(shí)的問題背景，是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場域。情境化試題是指以情境為載體對學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行考查的題目。試題中不同特征的情境信息影響學(xué)生對已知條件的提取、物理模型的建構(gòu)、物理方法的運(yùn)用以及物理問題的解決?；谥R(shí)應(yīng)用和產(chǎn)生方式的不同，可以將情境分為兩類，分別為生活實(shí)踐情境和學(xué)習(xí)探索情境[2]。生活實(shí)踐情境的主要來源是日常的生活現(xiàn)象、生產(chǎn)勞動(dòng)、體育項(xiàng)目以及科技前沿的成就；學(xué)習(xí)探索情境的主要來源是基于教材或者超越教材的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。

高考物理試題基于生活實(shí)踐問題情境和學(xué)習(xí)探索問題情境，試圖引導(dǎo)學(xué)生回歸人類知識(shí)、生產(chǎn)過程的本源，還原知識(shí)應(yīng)用的實(shí)際過程，考查學(xué)生的物理知識(shí)與技能，從而選拔出在陌生情境下仍能進(jìn)行深度思考并解決問題的學(xué)生。情境化試題不僅能夠凸顯高考試題的能力立意，還能呈現(xiàn)其素養(yǎng)立意，符合人類知識(shí)再生產(chǎn)過程的規(guī)律，有效地體現(xiàn)高考“立德樹人、服務(wù)選材、引導(dǎo)教學(xué)”的核心功能。

2 全國卷中試題的情境化分析

2022年全國高考物理試卷分為全國甲卷和全國乙卷，使用此類傳統(tǒng)試卷的省份共17個(gè)，云南、廣西、貴州、四川、西藏5個(gè)地區(qū)使用全國甲卷，河南、吉林、黑龍江、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古、安徽、江西、廣西、山西、陜西12個(gè)地區(qū)使用全國乙卷，具有廣泛的代表性。將兩套試卷中的情境化試題按照高考評(píng)價(jià)體系中的生活實(shí)踐問題情境和學(xué)習(xí)探索問題情境進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)在生活實(shí)踐問題情境領(lǐng)域下主要以科技成就和日常生產(chǎn)生活現(xiàn)象為情境來源，在學(xué)習(xí)探索問題情境領(lǐng)域下主要以科學(xué)探究和教材典型問題為情境來源。為從高考情境化試題中獲取對教學(xué)有價(jià)值的信息，本文以2022年高考全國甲乙卷中典型試題為例，在上述四類情境下對試題的情境材料、考查內(nèi)容以及素養(yǎng)側(cè)重三個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 生活實(shí)踐問題情境

2.1.1 科技成就相關(guān)的情境

例1（全國乙卷第14題）2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400 km的“天宮二號(hào)”空間站上通過天地連線，為同學(xué)們上了一堂精彩的科學(xué)課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號(hào)”中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們（ ）

A.所受地球引力的大小近似為零

B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零

C.所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小近似相等

D.在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小

上述高考題以科技成就相關(guān)的情境為載體，比如高速列車的應(yīng)用、天地連線授課等，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技成就及其實(shí)際應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。例1以航天員在“天宮二號(hào)”上自由漂浮進(jìn)行授課為背景信息，考查學(xué)生對太空失重問題的理解，需要學(xué)生對失重的科學(xué)本質(zhì)有清晰的認(rèn)知，綜合運(yùn)用萬有引力、圓周運(yùn)動(dòng)以及向心力相關(guān)知識(shí)才能選出正確選項(xiàng)，同時(shí)該情境具有時(shí)代性，體現(xiàn)了新時(shí)代我國重大科技發(fā)展成就，能夠提升學(xué)生的民族自豪感和國家認(rèn)同感。

2.1.2 聯(lián)系日常生活的情境

例2（全國甲卷第24題）將一小球水平拋出，使用頻閃儀和照相機(jī)對運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05 s發(fā)出一次閃光。某次拍攝時(shí)，小球在拋出瞬間頻閃儀恰好閃光，拍攝的照片編輯后如圖1所示。圖中的第一個(gè)小球?yàn)閽伋鏊查g的影像，每相鄰兩個(gè)球之間被刪去了3個(gè)影像，所標(biāo)出的兩個(gè)線段的長度s1和s2之比為3∶7。重力加速度大小取g=10 m/s2，忽略空氣阻力。求在拋出瞬間小球速度的大小。

圖1 小球運(yùn)動(dòng)圖示

例3（全國乙卷第18題）安裝適當(dāng)?shù)能浖?，利用智能手機(jī)中的磁傳感器可以測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。如圖2，在手機(jī)上建立直角坐標(biāo)系，手機(jī)顯示屏所在平面為xOy面。某同學(xué)在某地對地磁場進(jìn)行了四次測量，每次測量時(shí)y軸指向不同方向，而z軸正向保持豎直向上。根據(jù)表1中測量結(jié)果可推知（ ）

表1 地磁數(shù)據(jù)測量結(jié)果

圖2 用手機(jī)測磁感應(yīng)強(qiáng)度B

A.測量地點(diǎn)位于南半球

B.當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃笮〖s為50μT

C.第2次測量時(shí)y軸正向指向南方

D.第3次測量時(shí)y軸正向指向東方

上述兩道高考題均屬于融合性情境試題[3]，具有一定的創(chuàng)新性。試題聯(lián)系日常生活，利用生活中常見的物品去探索物理世界，比如照相機(jī)、手機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的物件以及物理現(xiàn)象。從物理視角解釋生活現(xiàn)象，利用身邊物品去開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)，從而在模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的過程中培養(yǎng)核心素養(yǎng)。例2利用照相機(jī)和頻閃儀測小球的速度，考查學(xué)生對關(guān)鍵信息的提取與處理能力，對不同的情境活動(dòng)進(jìn)行模型建構(gòu)，使思維可視化，從而解決問題。例3利用智能手機(jī)去測量磁感應(yīng)強(qiáng)度，考查學(xué)生的科學(xué)論證能力。學(xué)生需要根據(jù)題中給出的測量結(jié)果論證測量地點(diǎn)以及y軸正方向的指向情況等。將科技產(chǎn)品融入到物理學(xué)習(xí)中，能夠讓學(xué)生感受到物理知識(shí)應(yīng)用的廣泛性，同時(shí)也體會(huì)到科學(xué)技術(shù)影響著我們的日常學(xué)習(xí)和生活，從而提升學(xué)生的探究意識(shí)與探究能力，深刻體會(huì)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的內(nèi)涵。

2.2 學(xué)習(xí)探索問題情境

2.2.1 科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)情境

例4（全國甲卷第22題）某同學(xué)要測量微安表內(nèi)阻，可利用的實(shí)驗(yàn)器材有：電源E（電動(dòng)勢15 V，內(nèi)阻很?。娏鞅恚砍?10 mA，內(nèi)阻約 10 Ω），微安表（量程 100 μA，內(nèi)阻 Rg待測，約 1 kΩ），滑動(dòng)變阻器R（最大阻值10 Ω），定值電阻R0（阻值 10 Ω），開關(guān) S，導(dǎo)線若干。

（1）將圖3中所示的器材符號(hào)連線，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖；

圖3 實(shí)驗(yàn)器材

（2）某次測量中，微安表的示數(shù)為 90.0 μA，電流表的示數(shù)為9.00 mA，由此計(jì)算出微安表內(nèi)阻Rg=____Ω。

例5（全國乙卷第22題）用雷達(dá)探測一高速飛行器的位置。從某時(shí)刻（t=0）開始的一段時(shí)間內(nèi)，該飛行器可視為沿直線運(yùn)動(dòng)，每隔1 s測量一次其位置，坐標(biāo)為x，結(jié)果如表2所示。

表2 飛行器位置數(shù)據(jù)

回答下列問題：

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷該飛行器在這段時(shí)間內(nèi)近似做勻加速運(yùn)動(dòng)，判斷的理由是：____________________________________；

（2）當(dāng)x=507 m時(shí)，該飛行器速度的大小v=____________m/s；

（3）這段時(shí)間內(nèi)該飛行器加速度的大小a=__________m/s2（保留2位有效數(shù)字）。

上述兩道高考題均位于試卷中第22題的位置，同為實(shí)驗(yàn)探究題型。實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)高中生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑，高考實(shí)驗(yàn)試題考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)探究能力，引導(dǎo)學(xué)生重視探究，積極動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)踐操作能力。例4屬于典型的電路實(shí)驗(yàn)題，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞峁┑膶?shí)驗(yàn)儀器，畫出電路原理圖，引導(dǎo)學(xué)生平日學(xué)習(xí)要重視教材中的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真體會(huì)實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)意圖，從而在變換實(shí)驗(yàn)情境時(shí)，能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)。相比于全國甲卷中第23題，例4難度稍低，甲卷第23題利用氣墊導(dǎo)軌研究彈性碰撞，展示出完整的實(shí)驗(yàn)探究過程，引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生使用證據(jù)進(jìn)行論證的意識(shí)與能力。例5以科技產(chǎn)品的應(yīng)用“雷達(dá)探測高速飛行器的位置”為背景，要求學(xué)生能夠進(jìn)行知識(shí)遷移，將表2中的信息與熟悉的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶上信息的處理相聯(lián)系，并結(jié)合條件中給出的理想模型“飛行器近似做勻加速直線運(yùn)動(dòng)”，從而解答第一問。例5創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情境，不僅考查學(xué)生運(yùn)用物理語言描述物理現(xiàn)象的能力，也考查學(xué)生對物理模型的建構(gòu)能力，使學(xué)生的核心素養(yǎng)在情境化試題的解決過程中顯現(xiàn)出來。

2.2.2 聯(lián)系教材的創(chuàng)新情境

例6（全國甲卷第16題）三個(gè)用同樣的細(xì)導(dǎo)線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等。圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖4所示。把它們放入磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性變化的同一勻強(qiáng)磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)電流的大小分別為I1、I2和I3，則 （ ）

圖4 導(dǎo)線閉合線框

A.I1＜ I3＜ I2

B.I1＞I3＞I2

C.I1=I2＞I3

D.I1=I2=I3

全國甲卷第16題以線框在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流為試題情境，體現(xiàn)出高考試題以新課標(biāo)為導(dǎo)向、以教材為基礎(chǔ)的特征。不同于2021年全國甲卷第21題對電磁知識(shí)的考查，例6中將形狀相同的線圈改變?yōu)橥牧喜煌螤畹拈]合線框，考查學(xué)生對法拉第電磁感應(yīng)定律的掌握以及數(shù)學(xué)計(jì)算能力，引導(dǎo)學(xué)生平日要注意對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)與理解，避免機(jī)械刷題，嘗試從多角度、深層次去挖掘物理現(xiàn)象背后的知識(shí)與價(jià)值。全國乙卷第22題（上述例5）基于高中物理教材必修一第一章第4節(jié)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)跡后利用逐差法求加速度，其中逐差法可以應(yīng)用到例5中，從而對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。此類試題旨在利用情境加強(qiáng)對物理學(xué)科中通用分析方法的考查，引導(dǎo)學(xué)生要夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能，建立正確的物理觀念、物理模型，在物理學(xué)習(xí)中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，擔(dān)起新時(shí)代青年的責(zé)任。

3 情境化試題對物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的啟示

3.1 關(guān)注大概念教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念

大概念是抽象概括出來的具有聯(lián)系整合作用并能廣泛遷移的概念[4]。物理觀念是物理知識(shí)恰當(dāng)整合后在頭腦中的升華，其形成離不開具體的物理知識(shí)，并超越了物理知識(shí)[5]。情境化試題的綜合性要求學(xué)生在面對不同特征的問題情境時(shí)，能夠整合所學(xué)物理知識(shí)，形成知識(shí)圖譜，理清新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，進(jìn)行知識(shí)遷移，以便解決問題。而大概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)打破單元、模塊的界限，建立單元之間、模塊之間的聯(lián)系，有助于學(xué)生形成整體意識(shí)，從整體的視角去形成物理觀念?？梢?，一線教師在實(shí)際教學(xué)中要及時(shí)關(guān)注并滲透大概念教學(xué)的思想，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，促進(jìn)學(xué)生對情境化問題的解決。

3.2 關(guān)注原始物理問題，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

原始物理問題泛指自然界及社會(huì)生產(chǎn)生活中客觀存在，能夠反映物理概念、規(guī)律且未被加工的物理現(xiàn)象和事實(shí)。它來源于真實(shí)情境，具有一定的客觀性、開放性和情境性。科學(xué)思維過程從實(shí)際問題出發(fā)，經(jīng)過提取關(guān)鍵信息、建構(gòu)物理模型、運(yùn)用工具得到結(jié)果后進(jìn)行檢驗(yàn)，最終用物理語言解釋實(shí)際問題。學(xué)生在解決原始物理問題的過程中，親歷真實(shí)問題情境，初步形成感性認(rèn)知，經(jīng)過抽象與概括、分析與綜合、推理與論證后形成理性認(rèn)知。比如上述例3，學(xué)生在解決“利用頻閃儀和照相機(jī)測小球速度”這一問題的過程中，首先抓住關(guān)鍵信息，建構(gòu)模型，理清物理量s和t之間的關(guān)系，再運(yùn)用數(shù)學(xué)語言描述二者間的關(guān)系，最后經(jīng)過論證確定小球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?？梢?，在物理教學(xué)中引入原始物理問題，有助于學(xué)生內(nèi)隱思維的外顯化，從而提高科學(xué)思維水平。

3.3 關(guān)注創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)從物理學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，能夠提升學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和能力，在物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過程中發(fā)揮著重要作用。2022年高考全國卷探究性試題中不僅基于教材情境，更超越教材情境，具有時(shí)代性與創(chuàng)新性。比如“利用智能手機(jī)測磁感應(yīng)強(qiáng)度”“利用光點(diǎn)電流計(jì)測微小電流”等情境，這啟示一線教師在平日教學(xué)中要主動(dòng)關(guān)注創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，利用身邊物件開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)或以數(shù)字化信息技術(shù)為輔助去創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不僅彌補(bǔ)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的不足，也有助于引導(dǎo)學(xué)生去自主探究。比如，部分高中引入國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽（IYPT）的部分賽題，開發(fā)適應(yīng)學(xué)情的IYPT實(shí)驗(yàn)，它是基于IYPT賽題、針對某一個(gè)物理現(xiàn)象或者某一個(gè)物理問題解決的系列性探究實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生根據(jù)研究需要進(jìn)行自主設(shè)計(jì)[6]，并在小組間合作交流、評(píng)估、反思，具有開放性和綜合性，更容易吸引學(xué)生并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3.4 關(guān)注多元情境活動(dòng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是學(xué)生與真實(shí)情境互動(dòng)的過程中形成的，在教學(xué)中依據(jù)教學(xué)目標(biāo)引入多元情境活動(dòng)，以情境為教學(xué)載體，是素養(yǎng)立意的教學(xué)背景下所倡導(dǎo)的。比如全國乙卷中引入的“航天員在天宮二號(hào)與地面連接授課”“用于衛(wèi)星的帶電粒子探測裝置”“雷達(dá)探測高速飛行器的位置”等科技相關(guān)的情境同樣適用于教學(xué)，以提高學(xué)生的民族自豪感與學(xué)習(xí)物理的熱情。依據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)對于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任以及教學(xué)情境的描述，實(shí)際教學(xué)中可以引入物理學(xué)史，使學(xué)生在物理學(xué)史的長河中感受物理學(xué)家艱辛探索、敢于質(zhì)疑、不斷創(chuàng)新、追求科學(xué)本質(zhì)的精神，從而養(yǎng)成合作探究、實(shí)事求是、不迷信權(quán)威的精神品質(zhì)；可以引入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，比如古代科技發(fā)明或著作等，使學(xué)生在文化情境中思考應(yīng)用物理成果時(shí)應(yīng)遵循的道德規(guī)范；可以引入貼合學(xué)生日常的生活現(xiàn)象，使學(xué)生感受到物理的基礎(chǔ)性和普及性，比如全國甲卷中第4題以“北京2022年冬奧會(huì)首鋼滑雪大跳臺(tái)”為背景，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注體育賽事，從而培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索身邊物理現(xiàn)象的意識(shí)；可以引入科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境（STSE）相關(guān)的情境，使學(xué)生關(guān)注國內(nèi)外科技發(fā)展趨勢，并具有辯證主義思想，從而培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。