科学规范命题落实核心素养深化高考改革

李进

摘 要： 2019年教育部考试中心命制的高考物理试题积极贯彻新时期党的教育方针，围绕学科主干知识，聚焦关键能力，强调理论联系实际，丰富情境化设计，突出基础性、综合性、应用性和创新性的考查要求.引导教学注重通过实践性、研究性教学情境的创设培养学生的科学推理、科学论证和质疑创新能力.

关键词： 高考;高考物理;高考命题;试题评价

文章编号： 1008-4134（2019）23-0058     中图分类号： G633.7     文献标识码： B

2019年教育部考试中心命制的高考物理试题严格遵循考试大纲，聚焦主干知识，科学规范命题，凸显素养导向，深入贯彻“五育并举”的教育方针，进一步完善覆盖德智体美劳全面发展要求的考试内容体系 [1]，力求变“解题”为“解决问题”，变“做题”为“做事”，此举必将对高中物理教学产生积极的正面推动作用.

1 遵循考试大纲，加强对物理观念的考查，体现基础性

考试大纲是高考命题的依据，是高考科学化、规范化的指导性文件[2].2019年的高考物理考试大纲的指导方针更加突出强调了普通高校对学生思想道德素质的要求，明确指出了高考物理试题要注意物理知识在日常学习生活、生产劳动实践等方面的广泛应用，以有利于培养学生的综合能力和创新思维，促进学生德智体美劳全面发展[3].

纵观2019年教育部考试中心命制的三套物理试题（见表1），虽然在某些细节上略微打破了近几年的固有模式，比如三套试卷的第33（1）题均变选择题为填空题，全国Ⅱ卷第34（2）题和全国Ⅲ第33（1）题考查相应模块的学生实验——“双缝干涉实验”和“油膜法测分子大小实验”，但是在稳中求变的指导思想下保持了试卷结构一致，没有偏题、怪题，加强了对基本概念、规律理解的考查，所涉及到的知识内容具有极强的代表性，对知识点和能力点的考查覆盖全面.试题立意明确，能清楚地指向物理核心素养的具体要素，题目之间的难度梯度分布合理，强调主干知识，淡化解题技巧，符合学生的认知特点和能力水平.

综上所述，以2019年高考物理考试大纲为依据的高考物理试题在坚持稳定性原则，保障新旧高考平稳过渡的基础上，深入落实党中央新时代第一次全国教育大会精神，彰显了高考立德树人、服務选才、引导教学的核心功能.

2 突出模型构建，加强对科学推理的考查，体现综合性和应用性

科学思维是科学教学的核心，而建构和使用模型是形成科学思维的基本途径[4].科学推理是科学思维的基本形式，在解题过程中主要表现为运用已有的知识和方法，针对已建构的物理模型或题设条件进行有根据的推断，进而得出正确结论.由此可见，深刻理解各种基本概念和基本规律，认真分析问题情境，是进行模型构建的前提和基础.模型构建是科学推理的发端，是科学论证的思维起点.由表1可以看出，各套试卷中的多数题目都通过问题情境的创设考查了学生的模型构建和科学推理能力.

例1  （全国Ⅰ卷第15题） 如图1所示，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则

A.P和Q都带正电荷

B.P和Q都带负电荷

C.P带正电荷，Q带负电荷

D.P带负电荷，Q带正电荷

分析  该题考查电场力作用下连接体的平衡问题，但问题情境一改那种通过绳、杆等有形方式的连接，而是通过“电场”这种无形的物质巧妙构建了连接体模型，在模型建构的过程中，深化了学生的物质观念.

该题的分析过程突出科学推理，强化证据意识，学生不同的科学推理水平会导致解题思路迥异.学生若能运用类比推理，将已经熟悉的“先整体，后隔离”分析连接体问题的推理过程推广到该题中来，就会先对两球组成的整体进行受力分析——为使两绝缘细绳保持竖直，整体所受电场力的合力必须为零，则总电荷量为零，两球带等量异种电荷而相互吸引.然后再隔离分析其中一个小球，以小球P为例，因为它受力平衡，所以它受到匀强电场的电场力必须水平向左，可知小球P带负电，则小球Q带正电.当然，学生若不能建立“整体模型”，也可以运用“假设法”进行隔离分析——若P带正电，则所受匀强电场的电场力方向向右，为使其受力平衡，小球Q必须带正电.然而，这样将无法保证小球Q受力平衡，故而该假设不成立.之后再继续提出新的假设，直至获得正确结论.另外，也会有学生将四个选项所描述的情景逐一分析判断进行试误.

综上所述，由整体切入的方法最为快捷，对学生的模型建构和科学推理能力的要求也是最高的.对多数学生而言，通过“假设法”和“试误法”均能得出正确结论，但是过程繁琐，耗时太长，正是彰显了试题“服务选才”的核心功能.

改编试题1  如图2所示，空间存在一个与水平方向夹角为θ且指向右上方的匀强电场，电场强度为E，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则

A.P和Q都带正电荷

B.P带负电荷，Q带正电荷

C.若增大夹角θ，同时改变E的大小，在保证两细绳仍然竖直的情况下，两细绳拉力之和保持不变

D.若增大夹角θ，同时改变E的大小，为保证两细绳仍然竖直，电场强度E应增大

分析  该题是对例1的改编，变静态的、方向水平的匀强电场为动态的、倾角可变的匀强电场.A、B两个选项保留了例1的考查内容， C、D选项的设计力求考查学生在动态变化过程中对“整体法”和“隔离法”灵活应用的能力.运用例1的分析方法可得选项B正确;在明确小球P、Q带等量异种电荷的前提下，运用“整体法”分析可知，无论倾角θ多大，电场力对整个系统的合力为零，两细绳拉力之和总与两球的重力之和相等，故选项C正确;选项D的分析要运用隔离法，若以小球P为研究对象，受力如图3所示，根据水平方向受力平衡可得：qEcosθ=F库仑，库仑力大小不变，夹角θ增大则电场强度E也增大.该题答案为：BCD.

通过上述试题改编，拓展了原题的深度和广度，进一步考查了学生的模型建构和科学推理能力，有利于帮助学生构建更为完整的知识和方法体系.

例2  （全国Ⅰ卷第16题） 最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展.若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3km/s，产生的推力约为4.8×106N，则它在1s时间内喷射的气体质量约为

A.1.6×102 kg    B.1.6×103 kg

C.1.6×105 kg  D.1.6×106 kg

解析  该题以我国正在研制的“长征九号”大推力火箭发动机的研究为背景，考查学生应用动量定理计算发动机在单位时间内喷射的气体质量等相关知识，引导学生关注我国在重型运载火箭研发方面的进展，体现出试题的应用性特征.

在试题分析过程中，喷射出的气流对火箭产生反作用力是学生已有的认知模型，而根据推力的大小求解单位时间内喷射出的一段流体——气柱的质量成为解题的难点，困惑的症结在于如何选取研究对象，即如何构建恰当的对象模型.山东省青岛市第一中学高翔老师提出的“单体—多体—连续体”递进模型的构建理论[5]能为我们提供有价值的参考.该题的研究对象可看成做匀加速直线运动的气体分子，在没有被加速时速度为零，加速结束喷出时速度为3km/s.虽然气体在加速过程中的不同位置的速率不同，但在同一位置的速率不变，因此相等时间内喷出的气体分子数目相等，在上述思维过程的引导下我们逐渐构建了“单体—多体—连续体”模型.

基于以上分析，我们认识到虽然空气在流动，但是在喷射装置内部空气的总动量是不变的.根据稳定流体的连续性原理，在一小段时间内喷出的气体可看做在这段时间内从加速开始的位置匀加速到喷口位置，其动量的增加量等于该过程中合外力的冲量.因此，我们可以将气流构建为单体模型，以Δt时间内喷出的气体为研究对象，设火箭对气体的作用力为F，根据牛顿第三定律，F是气体对火箭推力的反作用力，因此F大小约为4.8×106N.根据动量定理FΔt=Δmv，带入数据得当Δt=1s时，Δm=1.6×103kg，選项B正确.

三套试卷中的其它习题也多涉及对模型建构和科学推理素养的考查.如全国Ⅰ卷第14题考查的氢原子能级结构本身就是玻尔在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子概念的启发下构建的物理模型，它第一次将量子观点引入原子领域，成功解释了氢原子光谱的实验规律，而又因其保留了经典粒子观念而具有局限性，是培养学生科学本质观的良好素材;第17题需要在构建如图4所示的并联电路对象模型的基础上进行电路参量以及安培力大小计算;第18题需要先运用逆向思维构建自由落体运动过程模型（如图5所示），再运用匀变速直线运动的规律进行分析判断;第21题涉及两个情境模型的定量分析——地面上的弹簧振子模型和地面附近物体的重力与万有引力的关系模型;全国Ⅱ卷第17题和全国Ⅲ卷第18题均要构建带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的过程模型，准确画出粒子的运动轨迹图，寻找其中的几何关系;全国Ⅱ卷第18题和全国Ⅲ卷第17题均通过竖直上抛运动中动能、重力势能或机械能与高度的关系图象考查功能关系.

3 创新呈现方式，强化对信息加工能力的考查，体现创新性

创新习题信息的呈现方式是考查学生信息加工能力的有效手段.用信息论的观点看，所有问题都包含有三类信息，即关于已知条件的信息、关于目标的信息和关于运算条件的信息[6].高考物理试题为了增加信息的广度，全面考查学生信息获取、加工和运用的能力，往往从物理情境、题设条件和设问方式等方面进行精心设计，通过文字、具体数据、字母符号、公式、情境图、示意图、图象、图表等多种形式相结合的方式呈现试题信息，要求学生能够迅速、准确地识别各种信息的物理意义，并与所要运用到的概念、规律以及所要研究的状态、过程建立联系.

例3  （新课标Ⅱ卷第21题）（多选）如图6所示，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计.虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场时加速度为零.从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是

分析  本题借用双杆模型考查学生的理解能力和推理能力.笔者认为，图6所示的两根导体棒相隔一定距离放置，学生若不认真审题，很容易认为它们的释放位置不同而导致全盘皆输.因此认真审题，明确两导体棒的初始位置是正确解答本题的前提.本题可采用“反推模式”探索解题思路，即从目标信息出发，在已知信息和模糊信息中寻找判断依据和可能出现的情况.基本流程如下：判断电流变化情况→判断总电动势变化情况→可能一直是单棒切割，也可能会出现双棒切割→磁场长度、导轨倾角、释放点离磁场边界的距离等物理量均未给出具体数值将导致多种可能→分情况讨论：导体棒PQ离开磁场后导体棒MN才进入磁场，或者导体棒PQ离开磁场前导体棒MN已进入磁场→进行受力分析、运动分析和电路结构分析→选择可能正确的图象.

改编习题2  如图6所示，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计.虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.有两根相同的导体棒PQ和MN间隔一定距离由图示位置同时由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场时加速度为零.从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止.请画出流过PQ的电流随时间变化图象的各种可能情况（突出图象要反映的关键信息即可）.

分析  以上习题是对例2的改编，变“同一位置先后释放”为“不同位置同时释放”，变运用“识别图象”的形式考查学生对图象语言的理解为“畫图象”的形式考查学生的模型建构、科学推理水平以及对图象语言细节把握的能力.该题同样可以采用“反推模式”探索解题思路，在教学实践中可以作为例2的变式训练.

以上是笔者对全国Ⅱ卷第21题所涉及的信息加工能力的考查分析和变式拓展，其实试卷中其它题目对关键信息的呈现也多采用间接、隐蔽或多种方式相结合的形式.

例4  （全国Ⅰ卷第21题） 在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图7中实线所示.在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a–x关系如图7中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体.已知星球M的半径是星球N的3倍，则

A.M与N的密度相等

B.Q的质量是P的3倍

C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

解析  该题考查的物理知识包括：牛顿第二定律、万有引力与重力的关系、弹簧振子模型的运动特征、a-x图象的特点以及机械能守恒定律等.命题者以重力加速度为隐含关联量融合了两个物理模型：地面上的弹簧振子模型和地面附近物体所受重力与万有引力的关系模型.题干中并没有给出弹簧振子运动的定量信息，这就需要从图象上进行挖掘.笔者认为，对该题图象信息的挖掘包括：直接利用特殊点（横、纵截距）的物理意义、从函数表达式中获取斜率和截距的物理意义、延伸题给图象寻找弹簧最大压缩量所对应的状态以及通过牛顿第二定律将a-x图象转变为F-x图象，进一步探寻图象与横轴所围面积的物理意义.

三套试卷均十分关注对学生信息素养的考查.如全国Ⅰ卷第14题考查氢原子光谱的特点和能级公式，以“要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光”为限制条件，要求学生多次运用能级公式计算能级差，对基态氢原子跃迁后的最高激发态进行比较、筛选;第25题将物块A与物块B碰撞前后的速度关系和位移关系隐含在题给的v-t图象中，其中“v1和t1均为未知量”这一条件新颖、巧妙，要求学生既有敢于列式的勇气，又要有认真运算的耐力.全国Ⅰ卷和全国Ⅱ卷中第33（1）题均是对气体实验定律、热力学第一定律以及气体压强的微观解释的考查，却分别采用文字叙述和图象描述两种截然不同的信息表达形式.全国Ⅱ卷第14题、18题、19题、第20题、第25题、第33（1）题、第34（1）题以及全Ⅲ卷第17题、19题、20题从识别图象、利用图象获取信息、利用图象处理实验数据、画图象等多个角度将物理图象与实际物理过程联系起来，考查学生的信息素养.

4 设计研究型实验，加强对科学探究能力的考查，培养科学态度

高考物理实验题主要考查学生运用已经学过的物理理论、实验方法进行科学探究的能力.纵观近年来的试题，主要考查学生对基本实验方法的迁移和灵活运用能力.实验题的结构基本上显现“一小一大、一易一难、一熟一生”的格局[7].第22题以规定的学生实验为主，侧重考查学生关于实验的基础知识和基本技能，第22题基本不是规定的学生实验的原始内容，而是通过新颖的实验情境设计的研究型实验，侧重考查学生对物理实验的深入理解、灵活应用和科学探究能力[7-8].

全国Ⅰ卷第23题完整呈现了一位同学对微安表进行改装、校对和修正的全过程：首先根据电表改装的基本原理完善实验方案，设计实验电路，然后在操作过程中意外地发现问题——改装的电表量程不是预期值，接下来对所出现的问题进行理论分析，判断问题产生的原因，最为精妙的是最终能够在不考虑电表内阻测量是否准确的情况下对问题进行修正，完美实现了实验目的的要求.整个流程是一个完整的发现问题、分析问题、解决问题的“课题研究”过程，涉及问题、证据、解释、评估、反思、科学态度等学科核心素养要素的考查和培养.同时，整个流程非常具有“画面感”，让学生感觉自己正在亲身经历一次科学探究历程.

全国Ⅱ卷第23题借助图象和实验电路图考查电路的动态分析，理想电压表V1和V2分别做为“控制电路”与“实验电路”的“实验效果显示器”，它们的作用隐含在题给信息之中——V1用来控制电路的电流，V2用来测量硅二极管的电压.

全国Ⅲ卷第23题从内部电路设计、外部表盘设计、电表整体校准三个相互衔接的实验过程考查学生对多用表原理的理解.该题要从“改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度”这一关键条件入手，在明确“中值电阻”的含义及其与欧姆表内阻的大小关系的基础上运用闭合电路欧姆定律进行（1）（2）计算.

以上研究型实验试题均以实验目的指引下的物理知识要素为命题主题思路，不断递进知识内涵，合理延伸题设条件，使考查的知识递进，活化知识结构，实现了知识模块的系统掌握[9].笔者认为，这样的设计理念更加凸显了物理实验的研究功能，有利于推动学生科学探究能力的提升，必将对高中物理实验教学产生有力的正面推动作用.

5 总结与启示

2019年高考全国Ⅰ卷理综物理试题以“一核四层四翼”的高考评价体系为基本框架，尊重物理学科特点，稳中求变，内容丰富，紧扣物理学科核心素养，充分体现了基础性、综合性、应用性和创新性的考查要求.从考题中我们得到以下启示：日常教学中我们要注重学生对基础知识的理解和对典型物理模型的分析、积累，注重通过实践性、研究性教学情境的创设培养学生的科学推理、科学论证和质疑创新能力，助力“五育并举”的教育方针.

参考文献：

[1]姜钢. 发挥高考内容改革导向作用，助力推进教育评价改革[J].中国考试，2019（6）：1-4.

[2]教育部考试中心.聚焦主干内容 考查关键能力 凸显素养导向——2018年高考物理试题评析[J].中国考试，2018（7）：17-23.

[3]教育部考试中心.2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲：理科[M].北京：高等教育出版社，2018：316.

[4]何美，裴新宁.科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题[J].全球教育展望，2009（2）：82-86.

[5]高翔.从单体到多体模型的意义建构、识别和运用——基于“单体—多体—流体”模型建构中科学思维培养的教学价值分析[J].中学物理教学参考，2018（11）：43-47.

[6]郑青岳.物理解题理论[M].郑州：大象出版社，1996：18.

[7]苏明义.2018年高考理综物理试题特点及对物理教学的启示[J].中学物理，2018（15）：21-25.

[8]黄恕伯.高考物理试题对高中教学的引导——评2018年高考理综全国卷物理试题特点[J].基础教育课程，2018（8）：74-76.

[9]郑行军.指向核心素养评价目标的试题命制策略——以物理组合题设计为例[J].中国考试，2019（5）：68-72.

（收稿日期：2019-07-03）