聚焦高考试题 反思课堂教学促进物理核心素养落地

王美芹　吕良

摘要：近年来北京高考物理试题突出从知识立意向能力立意转变，考查学生物理核心素养.本文以2018年北京高考理综第20题为例，分析试题立意，以及试题对学生能力考查和物理核心素养考查的途径，据此反思物理课堂教学如何改进，促进物理核心素养落地.

关键词：高考;课堂教学;核心素养

近年來北京高考物理试题突出从知识立意向能力立意转变，考查学生物理核心素养.请看2018年北京高考理综第20题：

根据高中所学知识可知，做自由落体运动的小球，将落在正下方位置.但实际上，赤道上方200 m处无初速下落的小球将落在正下方位置偏东约6 cm处.这一现象可解释为，除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比.现将小球从赤道地面竖直上抛，考虑对称性，上升过程该“力”水平向西，则小球

A.到最高点时，水平方向的加速度和速度均为零

B.到最高点时，水平方向的加速度和速度均不为零

C.落地点在抛出点东侧

D.落地点在抛出点西侧

1 试题解析

答案：D

从题设条件可知：小球下落过程中同时参与了两个方向的运动：竖直方向的分运动是自由落体运动，这是学生熟知的典型运动模型;水平方向的分运动是学生不熟悉的，需要从题目去寻找相关条件来判断物体的运动规律.除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比.可以判断出水平方向的力向东且大小正比于竖直速度，当小球竖直上抛时，由对称性分析可知，水平力向西且大小正比于竖直速度，即随时间均匀减小.综上所述：小球在上抛的整个过程中先受到一个向西均匀减小的力，到最高点减为零，然后受到—个水平向东的随时间均匀增加的力，根据牛顿二定律可知最高点水平加速度为零;知道了水平加速度变化规律，根据力和运动关系可以判断水平速度是先增加后减小，但方向一直向西，因此小球的水平位移一直向西，从而落点在抛出点西侧.

2 试题立意分析

2.1 立意及能力考查

试题以“落体偏东”的实际情景为素材，通过描述新知识：物体在下落时科里奥利力“向东，并与速度大小成正比”，考查学生提取信息能力;通过熟悉的竖直方向自由落体运动和“未知”的水平运动建立运动过程模型考查学生的科学思维能力;通过对“未知”水平运动的分析考查学生对运动学概念及规律的深入理解;通过上升与下落的过程及“水平”和“竖直”两个方向运动的综合分析，考查对称思想以及科学推理能力.

2.2 核心素养及考查途径

本题涉及物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面的核心素养.物理观念方面，涉及经典物理学的运动观、相互作用的观念及运动与相互作用的关系，要求学生明确运动的矢量性，会用矢量观点分析水平与竖直两个方向的运动，在分析水平运动时会用力和运动关系判断加速度和速度随时间变化的规律.科学思维方面，要求学生能够运用分析与类比的方法构建新的运动模型，能够运用逻辑推理定性分析水平力、加速度、速度以及位移的变化规律.科学探究方面，要求学生敢于对熟悉的自由落体模型的运动规律提出质疑，并能够从题目信息做出正确的选择和判断.科学态度与责任方面，经对本题的一系列分析可知，小球水平方向的运动是一个始终向西的先加速后减速的过程，是对力和运动关系的本质以及对于运动的矢量性本质理解的考查，同时考查学生是否敢于质疑权威，相信自己的推理和判断.

考查途径分析：A、B选项意图引导学生通过水平力与竖直速度的正比关系以及题目提示的对称性的思考，得出水平力先向西后向东，先减小后增大，根据牛顿第二定律判断水平加速度先向西后向东，先减小后增大，进而分析水平速度的变化规律.因为水平力与竖直速度成正比，最高点竖直速度为零，则水平力为零，水平加速度为零.但水平加速度为零，速度一定为零吗？部分学生对于力和运动关系的本质不够清晰，加上对自由落体运动规律的熟知就会选择A项.如果学生在A、B项的引导下能够形成上述思路，对于解决C、D项就比较容易了，通过上述分析可知，小球在上升阶段水平方向上做向西的加速运动，加速度越来越小，到最高点加速度为零，速度最大;下落阶段水平力改为向东且越来越大，小球加速度向东且越来越大，小球向西做减速运动.所以小球水平方向始终向西运动，落点在抛出点西侧，故D项正确.但是对于没有深入理解力和运动关系而习惯死记规律和结论的学生来说，自由落体运动物体落在抛出点正下方是确凿而清晰的结论，本题目中出现了一个完全未知的水平力，完全颠覆了学生原有认知，这个力的来源是什么？是什么性质的力？施力者是谁？反作用力又在哪里？这一系列问题一定会让学生“蒙圈”，如果学生缺乏质疑勇气和能力的话很容易认为选项C、D均是错误项，回到A、B选项去纠结.

3 反思教学改进，促进核心素养落地

3.1 在课堂教学中培养学生审题和提取信息的能力

本题中“除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比”是解题的钥匙，学生可能不明白这个力是如何产生的，但是如果能够清晰准确地提取信息，这个力的大小和方向都已经明确给出，那么根据力和运动关系，小球的运动规律就可以做出判断.这给我们带来的启示是：在日常的学习中要重视培养学生提取信息能力.什么样的信息是有用的呢？这就要求学生会从运动与相互作用，功和能的视角来看问题，如果带着这样的物理观念去审视试题，不难发现有关研究对象选取、受力与相互作用、以及运动状态描述的相关信息，例如：速度、位置、时间的变化、加速度情况、做功和各种能量变化等信息就是考生应该关注的重点信息，当然还有临界条件、隐含条件等需要重点关注.审题和提取信息的能力是一种综合能力，需要长期培养和训练，教师要有意识地培养，学生要有意识地注意，课堂要有意识地训练，把意识转化为行动，把行动转化为习惯，把习惯转化为能力.

3.2 在课堂教学中重视构建模型与物理表达

本题根据题目信息和思想方法提示分析，得出水平力先向西后向东、先减小后增大的条件后，建构相应的运动模型对考生来讲也是一个难点，这时如果用F-t图象表达力与时间的变化规律，进而用v-t图象定性画出水平速度随时间变化的规律，会让力和运动关系更清晰.上抛与下落过程竖直方向的v-t图象如图1所示;以向西为正方向，水平受力F-t图象如图3所示，对应的a-t图象与F-t图象相似，对于变力作用下物体的运动规律，需要学生根据原有知识定性分析速度变化情况，推理得到相应的运动模型.可以采用类比的思想方法：由自由落体模型可知竖直方向的速度与时间关系正比时，位移与时间二次函数关系即图象为抛物线如图2，那么水平方向受力与加速度随时间变化关系如图3，则水平速度与时间也应是二次函数关系即抛物线，如图4所示，经以上分析，物体最高点的水平速度、水平加速度、以及落点的水平位置都很容易判断.

教学启示：第一，在日常教学中重视让学生体验物理模型的建构过程，帮助学生树立建构模型的意识，重视突出主要因素的理想化及类比、迁移等建构模型的物理思想方法.第二，重视创新意识的培养，例如讲解平抛运动时不仅要分解为水平方向匀速运动和竖直方向的自由落体运动，可以将速度、加速度、位移、重力分解为任意方向讨论各方向的运动规律，让学生体验运动分解的灵活性，并深入理解各方向力和运动关系的特点.第三，重视定量与定性的物理表达能力的培养.学生往往习惯于应用数学关系式表达物理量的关系，但其实物理图象也是重要的表达方式.特别是定性关系，用语言文字表达经常难以表述清晰，借助物理图景或图象分析变化规律可以起到事半功倍的效果.

3.3 在课堂中重视物理思想方法教学

本题中考查诸多物理思想方法：物理模型的建构、类比的方法、迁移方法、对称的方法以及逆向思维等.从竖直方向的自由落体运动的速度与时间关系，位移与时间关系类比到水平方向加速度随时间均匀变化时速度与时间的关系.将平抛模型的运动分解思想及豎直上抛的对称思想迁移应用到本题中来分析水平方向的力、加速度、速度变化的对称性，中学物理教学中蕴含着丰富的思想方法，比如概念或规律得出、理解和应用过程中采用的科学思维方式和方法，包括科学探究过程和方法、实验观察的方法、提出问题的方法、解决问题的方法等.教学中在教给学生知识的同时，更应该教给学生建构物理知识的策略和方法.

3.4 在课堂教学中重视整合，重视大概念教学，促进学生物理核心素养的发展

中学物理教学通常是按照知识点展开的，知识点之间有一定的逻辑顺序.如果日常教学只关注对知识点理解，时间久了，学生头脑中的知识和方法难以构成体系而变得支离破碎，更难以形成对物理学科体系的认知.这就需要我们在教学中重视用大概念进行教学，帮助学生经历从点到线，从线到面，从面到体的认知发展过程.例如本题中涉及到跨学科概念“变化率”，在高中教材匀变速直线运动单元涉及到位移随时间的变化率定义为速度，位移随时间的变化率恒定即速度恒定，是匀速直线运动的特征;速度随时间的变化率为加速度，加速度恒定为匀变速运动.本题拓展为加速度随时间均匀变化的运动，如果学生能够很好地理解变化率这一跨学科概念，运用类比思想分析速度的变化规律，该难点就迎刃而解了.重视大概念需要我们在教学中考虑具体概念和大概念之间的联系，在教学中时刻关注每个知识点在知识体系中的位置，关注新知识与学生已有的知识和经验之间的联系，关注不同知识点在认知方式上的一致性.点与线的联系可通过概念、规律教学中的各个环节来实现，例如牛顿第二定律包含了力、加速度、质量及其关系.面的形成可通过平时复习实现，面与体的形成可通过阶段复习和总复习来实现.

此外，本题给我们的启示还有，要重视培养学生科学探究意识和能力.例如本题中出现未知水平“力”时，是颠覆学生原有认知的题设，如果学生缺乏质疑的勇气和能力，很容易不知所措.我们还可以就此试题引导学生去探究如下问题：（1）为什么因为地球自转，就会出现水平“力”？（2）为什么上升时水平“力”向西，下落时水平“力”向东？（3）这个力为什么与竖直速度成正比？（4）中学阶段研究的自由落体运动为什么没有涉及这个“力”？（5）这个力对我们的生活有影响吗？尽管这些问题不是课本涉及的内容，但对于学生形成物理观念，发展科学思维，体验科学探究以及培养科学态度与社会责任，都是十分有益的.

参考文献：

[1]张适.由2018年北京理综第20题引起的讨论[J].物理教师，2018，39（08）：87 -90.

[2]郭玉英.中学物理教学设计[M].北京：高等教育出版社.2016.5.

[3]张一驰，陈怡.回归物理本质凸显核心素养-2018年高考卷I理综物理计算题评析与启示[J].中学物理，2018，36（19）：63 -65.