面向核心素养的物理计算题难度的影响因素及其调控策略

林胜锅 张宜照

摘   要：物理计算题对学生物理素养的考查效果最好，但难度不好控制。本文以2015年普通高考浙江物理卷（10月）第20题为例，进行实证研究，从学生访谈、原因分析、计算题命题技术要求等方面研究高中物理计算题难度的影响因素及其调控策略。

关键词：核心素养;物理计算题;难度因素;调控策略

1  高中物理计算题的难度取决于“对物理学科素养考查的维度”的多少

高中物理计算题对学生物理素养的考查效果最好，但是物理计算题的命制过程中最难控制的是其难度，物理计算题的难度又取决于过程复杂性，影响过程复杂性因素还有很多，归纳起来主要有：试题阅读量的多少，考查知识点的多少，涉及物理过程的个数，物理情境的新颖性和复杂性、数学过程及计算的复杂性等.笔者认为这些因素实际上可以归纳为“对物理学科素养考查的维度”的多少.

杜明榮博士用实证研究的方法证明，物理试题中无论是选择题还是非选择题，其过程的复杂性、情境化程度都显著影响试题的难度，二者之间具有显著的正相关关系.

2  高中物理计算题命题技术要求

在平时的教学中，我们要涉及课堂教学评价诊断，课后教学诊断，教学过程的优化和改进，这些是离不开课堂练习、课时作业、单元测试、阶段性考试（月考、期中考、期末考、模块测试等）以及高三总复习的同步练习，在这些命题的过程中，我们都要涉及到计算题的命制，在所有的题型中计算题对学生的物理学科素养的考查的信度和效度都是最好的.但计算题对命题人的要求是最高的，计算题的难度很难把握，受很多因素的影响，在物理命题及评价的过程、反思反馈过程、改正优化过程中，我们总结出高中物理计算题命题技术要求：

（1）试题要有利于评价考生的物理学科素养.

（2）试题要以具体、清晰、符合学生认知的物理情境为载体，即问题情境要源于日常生活，没有科学性问题，学生的容易理解和接受.

（3）情境的设置与设定尽可能模拟原始物理问题，能合理处理好“冗余条件”和试题的文字表述简洁之间的关系.

（4）试题的数据设置应该合乎物理实际。“难度”要源于对应能力所能达到的容易程度，而非不必要的陷阱和繁琐的数学计算。

3  对高考计算题的研究

【例题1】（2015年普通高考浙江卷（10月）第20题）[1]：如图1所示是公路上的“避险车道”，车道表面是粗糙的碎石，其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险;质量m=2.0×103kg的汽车沿下坡行驶，当驾驶员发现刹车失灵的同时发动机失去动力，此时速度表示数v1=36km/h，汽车继续沿下坡匀加速直行l=350m。下降高度h=50m时到达“避险车道”，此时速度表示数v2=72km/h，重力加速度g=10m/s2;求：

（1）从发现刹车失灵至到达“避险车道”这一过程汽车动能的变化量;

（2）汽车在下坡过程中所受的阻力;

（3）若“避险车道”与水平面间的夹角为17°，汽车在“避险车道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍，求汽车在“避险车道”上运动的最大位移（sin 17°≈0.3）.

3.1  学生解答高考原题及其结果

限定在10分钟内，让30位高三学生在去解答该题，绝大多数学生只完成第一步，并且还有很多解答是错误的，得分率0.19，得分很不理想.

3.2  同质学生解答对“避险车道”有补充说明后的结果

在原题不变动的基础上，添加正常车道和避险车道的侧视图，让同等水平学生在10分钟内解答，发现得分率为0.40，这说明不能正确理解“避险车道”的方位和作用会较大程度影响本题的解决.

3.3  同质学生解答简化题及其结果

将本题的物理过程具体化成【例题2】，同样限定在10分钟内让同等水平的30位学生来完成.发现多数学生能完成该题，得分率为0.62，这说明问题题干的阅读量越大对问题的解决负面影响也越大.

【例题2】质量m=2.0×103kg的汽车以初速度v1=36km/h，无牵引力，沿图2所示长度为l=350m、高度h=50m的AB斜坡向下匀加速直行到达坡底时的速度为v2=72km/h，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）汽车在下坡过程中动能的变化量ΔEK

（2）汽车在下坡过程中受到的阻力f

（3）若汽车在坡底时又进入与水平面间的夹角为17°上坡BC，汽车受到BC表面的阻力是在AB坡面上的3倍，求汽车在上坡上运动的最大位移sm （sin 17°≈0.3）。

4  学生访谈，原因分析及改进措施

这是一道真实情境的物理问题，但是情境过程生疏、复杂，并阅读量较大，测试后对学生进行了访谈，从学生的描述中，这道题对考生而言至少涉及以下四方面的困难。

（1）情境很陌生

虽然很多学生坐车上过高速路，但高速路上不能随意停车下车，很多学生没有听过“避险车道”这个概念，并且本题题目较长，容易产生认识负荷，形成心理负担，不能正确理解题意。

（2） 图片模糊，看不懂路牌

图中路牌未用常规箭头来指示方向，题中“高速公路上的“避险车道”，车道表面是粗糙的碎石”，而图示的路面看不出哪个较光滑，没有实际看到高速公路上的“避险车道”考生，很难分辩哪一条才是碎石路的“避险车道”。

（3）过程描述不清，容易产生岐意

受题中“公路上的‘避险车道，车道表面是粗糙的碎石，其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险”的影响，很多学生误认为汽车是进入一段粗糙斜面向下做减速运动直到停下为止。

（4）本题考查的知识点和物理过程较多，考查物理学科素养维度的两个方面：物理观念和科学思维，因此难度较大。

以上四个方面，实际上只有第四点才是因为物理的因素造成的难度，前三个方面都不是物理的因素，因此本题对物理学科素养的考查是有缺陷的.

就本题而言，在考查学生物理学科素养、阶梯问题的设置、考查的知识个数、物理过程、数学计算、学科核心素养的维度上是相当到位的，考查过程存在的主要问题是：情境很陌生;图片模糊，看不懂路牌;过程描述不清，容易产生岐意;调控措施如下：

（1）更换本题的情境，用绝大多数学生都熟悉的情境代替。

（2）在原情境的基础上增加一个侧视图，在原图上用文字标清楚“避险车道”和车运动的方向，帮助学生正确理解题意。

（3）改进文字描述，让学生不会对题目产生岐意.

5  高中物理计算题难度的调控策略

总之，对于面向物理学科核心素养考查的物理试题其难度通常取决于“对物理学科素养考查的维度”的多少，其难度的调控通常可以根据实际情况，从（1）问题情境的新颖度，（2）物理学科素养考查的维度，（3）物理过程的复杂程度，（4）是否设置阶梯问题，（5）题干的阅读量，（6）问题目标的开放程度，（7）数学过程与计算的复杂性等几个方面进行调控;尽可能让命制出来物理试题在考查学生物理学科素养方面有较高的信度和效度，避免物理以外的因素干扰对学生物理核心素养的考查.

参考文献：

[1]蔡千斌.七选三背景下浙江高考物理试题的特点分析与教学对策[J].物理通报，2016（10）：2-6.