基于物理核心素养分析高考试题反思课堂教学

陈志胜

摘要：通过基于普通高中课程标准修订后提出的物理核心素养，选择近年高考中部分优秀试题，从试题对核心素养考查的角度和具体表现方式以及学生的思维难点等进行对比分析，讨论思考课题教学过程的改进和提升点，努力从着眼于学生终生发展的角度实施教学.

关键词：物理；核心素养；分析；高考试题；反思

2016年普通高中课程标准进行了新一轮的修订，凝练出“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”四个方面构成的物理核心素养.物理核心素养是对三维目标的总结、提升和凝练，是深化教学改革的顶层设计，是学生科学素养养成的重要基础，是新时期教、学、评价和考试等教学活动的统领和依据.本文笔者以近年高考试题为例，从物理核心素养的角度分析试题，反思高中物理教学、备考改进和提升点.

1注重物理概念和规律的理解、提炼和升华，培养 “物理观念”素养

例1（2015全国Ⅰ卷第19题）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图1所示.实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是

A.圆盘上产生了感应电动势

B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动

C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动

分析：本题以阿拉果“圆盘实验”为情景，考查学生从物理学视角解释现象和解决实际问题的能力，涵盖了对“物理观念”、“科学思维”等学科素养的考查.对学生而言存在两个难点：一是“圆盘实验”并未在教材中出现；二是教材中对涡电流要求层次为了解.如果从物理核心素养的层次分析，则可感悟到本题可很好地体现对学生“物理观念”的考查.“圆盘实验”是典型的电磁驱动现象，与教材中闭合导线框驱动实验（图2）相似，只是首先相对地面运动的对象一个是磁体，一个是金属圆盘，结合运动相对性，两个现象可概括为——磁体和导体发生相对运动，引起了感应电流，感应电流与磁场发生相互作用，磁场力驱动线圈或小磁针运动，产生宏观的电磁驱动现象.则可判定选项A、B正确.

反思：上述基于对物理概念和规律的理解，运用运动观念、相互作用观念和对比分析的方法，基于事实证据和科学推理解释现象，提出见解和判断的能力就是“物理观念”、“科学思维”的体现.因此在课堂教学中应注重学生对物理概念和规律的理解、提炼和升华，加强学生从物理学视角解释自然现象和解决实际问题能力的培养和训练，促进学生“物理观念”的形成.

2注重推理能力、分析综合能力的培养，发展 “科学思维”素养

例2（2016全国Ⅰ卷17题）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯.目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的66倍.假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来實现上述目的，则地球自转周期的最小值约为

A.1 hB.4 hC.8 hD.16 h

分析：本题以三颗“位置适当”的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯为背景，突出考查学生的“科学思维”素养.首先学生必须建构出三颗卫星在空间互成120°位置分布而完成全球通讯的物理模型（图3）；其次综合地球同步卫星的特点和开普勒第三定律（T2∝r3），推理分析：求地球自转周期就转换为求地球同步卫星公转周期，求最小周期转换为求最小公转半径，然后再构建出符合题设条件的模型情景（图4），由几何关系及T2∝r3即可得出结论，选项B正确.

例3（2013福建卷第22题）如图5甲，空间存在—范围足够大的垂直于xoy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B.让质量为m，电量为q（q>0）的粒子从坐标原点O沿加xoy平面以不同的初速度大小和方向入射到该磁场中.不计重力和粒子间的影响.（1）略；（2）略；

（3）如图5乙，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射.研究表明：粒子在xoy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关.求该粒子运动过程中的最大速度值vm.

分析：本题以带电粒子在复合电磁场中的运动为背景，重点体现对学生抽象概括、分析综合、推理论证等“科学思维”能力的考查.

试题难点是第（3）小题中对“粒子在xoy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关.”的理解和表达应用.要求学生：一是能建立速度大小与空间坐标关系（vm=kym）；二是把 “比例系数与场强大小E无关”抽象、概括、推理到特殊情况：当E=0时，粒子只受磁场力作用做匀速圆周运动而且遵循上述关系则可得v0=kR0，进而完成解答.上述通过推理、转化、巧妙地突破“比例系数”未知这一难点的方法，体现了物理学中“从一般到特殊”分析问题的基本方法和思想，要求考生具备非常高的物理学科能力和科学素养.

反思：科学思维是应用物理知识解决问题的重要保证，因此在课堂教学过程中要注重知识的生成过程，引导学生理解重要的物理概念和规律，对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系深入思考和分析；学习、体会科学研究的方法，培养学生分析综合问题的能力，努力从模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素全面发展学生的“科学思维”素养.

3重视物理实验，突出问题、证据、解释、交流与合作等要素，提升 “科学探究”素养

近年来高考对物理实验探究能力的考查都有共同的特点和趋势，一般不直接考查考试大纲必做实验，而是通过创设新情景、新任务，侧重考查学生运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验等方面的能力和素养.

如2016年全国Ⅰ卷第23题的热敏电阻控制的报警系统的设计、组装和调试；全国Ⅱ卷第23题用电阻箱分压方式测电压表内阻的实验设计与分析；全国Ⅱ卷第23题用转移钩码的方法及传感器结合创新探究加速度与合外力的关系.

因此，课堂教学一方面要让学生高质量完成基本实验，更要准确理解和体会实验中所展现的物理方法和所要达到的能力目标；另一方面使学生学习面对真实情境，从不同角度提出物理问题，作出有依据的猜测；制订科学探究方案，正确使用器材获得数据；用多种方法对数据进行描述和分析，发现规律，形成结论，并进行解释；撰写完整规范的科学探究报告，交流、反思探究过程与结果.充分发挥物理实验在培养学生的科学思维、探究能力、科学态度和科学精神方面的作用和地位，促进学生的“科学探究”素养的提升.

4关注科技发展及其对社会进步和环境的影响，提高 “科学态度与责任”素养

以科技最新进展和社会热点问题为背景是近年来高考中的常见命题角度，这既考查学生“科学态度与责任”核心素养，也对中学课堂教学产生指导作用.

如2016天津卷第3题以“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接为背景；2016年四川卷第23题以“中国将建造世界上最大的粒子加速器”为背景；2016北京卷第20题以“雾霾天气”为背景.

因此在课堂教学中要充分利用物理学与科学技术、生产、生活实际的紧密联系，引导学生了解科学研究历程，理解科学·技术·社会·环境关系，加深对科学本质、科学态度和社会责任的认识，提高“科学态度与责任”素养.

综上所述，物理核心素养的明确提出，对高中物理教学提出了更高的要求，教师不仅要在使用高考经典试题过程中要加强分析，力求感悟试题中所含的对物理核心素养的要求，进一步提高课堂效率，更重要的是要不断提高自身的专业理论水平和加深对物理学科本质的理解，不断提升自身的物理学科素养，才能很好地落实课程目标，完成教育教学任务，促进学生的终生发展.