例谈高考物理试题情境的科学性

宋亚杰 胡雨宸

(1. 南京师范大学教师教育学院，江苏 南京 210024; 2. 南京市金陵中学，江苏 南京 210005)

1 引言

科学性原则是指试题、答案及解答过程均正确、规范,不出现科学性、常识性的错误．试题的科学性是保证考试公平的基本要求．一般来说,试题的科学性可以包含两种不同的层面:狭义的科学性是指试题本身是正确的、可以解答的,不存在科学性错误．广义的科学性除了包含试题本身的科学性以外,还包括试题的表述要简洁、明确、规范,图表准确,不存在歧义．诸如“情境背景不真实”、“模型建构不合理”、“题设条件不相容”、“已知数据不正确”等原因,均与试题命制的科学性原则相违背．这里,我们认为高考物理试题命制时应遵循一般意义上的科学性原则,即试题本身应正确无误、规范有解,同时试题的表述(即情境创设)应简明规范,故而这里从试题情境创设的角度将科学性原则归纳为以下3条:试题考查内容的科学性、试题图文描述的一致性以及试题情境取材的真实性．下面我们通过几道典型的高考物理真题来体会试题情境创设的科学性原则．

2 试题考查内容的科学性

试题考查内容的科学性是指指试题本身是正确有解的,不存在科学性、常识性或规范性错误．虽然这是试题设计过程中最基本的要求,但由于构思欠密,推敲不细,有科学性失误的试题及解答在高考卷中亦偶有出现,其结果必然有损选拔性考试的公平性．因此,科学性原则是试题情境创设应遵循的最基本原则．

例1.[2012年江苏卷第15(1)题]如图1所示,待测区域中存在匀强电场和匀强磁场,根据带电粒子射入时的受力情况可推测其电场和磁场．图中装置由加速器和平移器组成,平移器由两对水平放置、相距为l的相同平行金属板构成,极板长度为l、间距为d,两对极板间偏转电压大小相等、电场方向相反．质量为m、电荷量为+q的粒子经加速电压U0加速后,水平射入偏转电压为U1的平移器,最终从A点水平射入待测区域．不考虑粒子受到的重力．求粒子射出平移器时的速度大小v1.

图1

评析：该题为2012年江苏卷压轴题第一问,考查“带电粒子在电场中的运动”基本模型,试题难度较易,解题时只要考虑到该粒子在电压等大反向的平行板电容器(即题中“平移器”)内的偏转运动具有对称性,并据此得出粒子在平移器的入射速度与出射速度大小相等,最后根据动能定理求解带电粒子在加速器中的加速过程便可得出答案．需要特别指出的是,命题者在这里为了符合中学生的认知水平并服务于试题的测试与选拔功能,主观上对该模型进行了简化:认为两电压等大反向的平行板电容器之间不存在电场,故带电粒子在两平移器之间做匀速直线运动,即忽略电场的边缘效应．事实上,带电粒子的重力是可以被忽略的,但这里的电场效应显然不可轻易忽略:依题意,两组金属板电容器的下极板均接地,即电压均为0,而两电容器上极板的电压分别为-U1和U1,故两上极板之间电势差依题意应达到2U1．题中并未附加U1远远小于U0这样的条件,显然这时两电容器之间存在电场,带电粒子在两金属板电容器之间的运动不可能是匀速直线运动,故原题的解答不能成立．所以,笔者认为此题在这里创设情境时有所缺失,不够严谨．当然,在试题考查内容本身上可认为符合科学性原则．实际上，若考虑到两极板边缘之间的复杂电场,不仅会导致该粒子的实际运动情况对中学生来说难以分析,也会使该题失去考试的选拔功能与意义．

3 试题图文描述的一致性

物理学科的特点决定了物理试题的情境创设除文字叙述类试题之外,还包括大量的模型、图表类试题,而模型建构类试题中的物理模型往往以模型图的形式加以呈现.这就对试题情境的创设提出了更高的要求．一般来说,文字叙述类问题经过命题者的反复斟酌与提炼,大多满足简洁、明确并规范的要求,但图表类问题则容易成为试题命制过程中的被忽视之处,尤其是题干中含有“如图所示”这类字眼的试题．我们知道,无论是实物图还是模型图,构图应遵循一定的原则,在力所能及的情况下图绘内容应尽量符合实际;而“如图所示”这类文字叙述,意味着试题中图片与文字处于同等位置,这也就要求在绘图过程中小心谨慎,试题图文描述之间应具有一致性,以免使学生产生歧义,给学生带来误导．一般来说,物理学中某些过程难以在图片中准确地呈现,例如“行星运动”“万有引力与航天”或者“回旋加速器”这样宏观大尺度的模型;但是对于简单的运动学模型,构图时应注意题图中各元素的大小、位置等比例关系,保证试题图文描述的一致性,从而提升试题的科学性．

图2

例2.(2015年山东卷第15题)距地面高5 m的水平直轨道上A、B两点相距2 m,在B点用细线悬挂一小球,离地高度为h,如图2所示．小车始终以4 m/s的速度沿轨道匀速运动,经过A点时将随车携带的小球由轨道高度自由卸下,小车运动至B点时细线被轧断,最后两球同时落地．不计空气阻力,取重力加速度的大小g=10 m/s2．可求得h等于

(A) 1.25 m. (B) 2.25 m.

(C) 3.75 m. (D) 4.75 m.

4 试题情境取材的真实性

物理学本身的特点决定了物理试题情境的创设要注意联系生活、科技,引导学生联系实际已达到学以致用的目的．试题情境取材的真实性不仅是试题科学性的必备条件,也是拓宽学生视野的必要保证,真实的情境也有助于培养学生实事求是的科学态度．在历年的高考物理卷中往往会出现以当今世界中外科技的前沿进展与突破为情境的试题,例如最新的诺贝尔物理奖成果,我国现代科技成就等．这类试题不仅可以引导学生学以致用,更可以通过试题情境实现培养学生的民族自豪、荣誉感,拓宽学生视野、与时俱进等多种功能．试题情境取材的真实性不仅是试题科学性的必备条件,也是拓宽学生视野的必要保证,真实的情境也有助于培养学生实事求是的科学态度．然而我们发现,即便在高考题的命制过程中,也偶有出现因命题专家自身疏漏而导致的试题情境不真实的个例．试题命制过程中,命题者需要大量查阅文献资料,谨慎比较并进行选择,以保证试题情境取材的真实性．

例3.(2013年广东卷第13题)某航母跑道长200 m．飞机在航母上滑行的最大加速度为6 m/s2,起飞需要的最低速度为50 m/s．那么,飞机在滑行前,需要借助弹射系统获得的最小速度为

(A) 5 m/s. (B) 10 m/s.

(C) 15 m/s. (D) 20 m/s.

参考解答： 由题意可知,最大位移x=200 m,加速度a=6 m/s2,末速度vt=50 m/s,求最小初速度v0．由vt2-v02=2ax可得v0=10 m/s,故(B)选项正确．

评析： 本题文字表述与解答皆无科学性错误,规范准确．但笔者通过查阅相关资料发现,一般来说,航空母舰上战斗机起飞需要的最低速度约为250 km/h,即70 m/s左右,而航母本身在运行过程中其速度约为50 km/h,即15 m/s左右,故战机起飞时相对航母的最低速度约为50 m/s,其自身绝对速度约70 m/s．众所周知,物理学中描述物体的运动时,若不特殊指明,我们约定俗成选取地面为参考系,本题中飞机“起飞需要的最低速度为50 m/s”无论从默认的参考系选取规则还是试题具体语境的角度去理解,都是以地面为参考系,故而显然与事实并不相符．

5 反思与启示

通过对上述典型例题的分析,笔者认为:高考物理卷作为当前国内最具权威性与代表性的物理试题,无论在选拔人才还是反拨引导教学方面均发挥着至关重要的作用,并具有典型代表意义,其试题命制工作在创设情境时首先应遵循科学性原则:创设试题的内容及解答应保证科学、严谨,不存在科学性错误;试题情境中图文描述应一致,以免产生歧义,给考生造成困惑甚至误导;命题时应对素材进行必要的加工或适当的精简、理想化,但对试题情境中的选材内容、必要的数据或结论应保持其真实性,避免向考生传达错误的信息,引导学生树立实事求是的精神．