用物理学科核心素养的观点分析和体会几个典型的全国统考物理高考试题

2019-09-10杨思锋

安徽教育科研 2019年22期

杨思锋

摘要：学科核心素养是国家教育培养的总目标，而高考则承担着选拔人才和引领教学的任务。高考试题中体现学科核心素养是高考命题的新趋势。本文以全国统考物理高考试题为例，分析和体会其中的物理学科核心素养。

关键词：物理高考学科核心素养分析和体会

2017年底，国家正式颁发了普通高中物理课程标准（2017年版）。相比于实验稿的课程标准，新标准提出了“物理学科核心素养”和“学科学业质量水平（标准）”，并明确指出学科核心素养是国家教育目的在各学科的具体表现，学科学业质量水平则是与核心素养直接相关的、各学科的教学要求和考查评价要求。比如，4级学业质量水平（标准）就是物理学科等级性学业考试（也即高考的性质）的水平要求。

从高考的性质、任务看，它承担着选拔人才和引导教学不断改进两方面的任务。即高考试题的形式和考查要求要以学科核心素养进行立意，以此有效考查学生的学科素养水平;同时，又给广大教师如何开展课堂教学、不断改进教学提供明确的引领。那么，其中一个重要的问题，就是我们必须能够运用学科核心素养的观点对高考试题进行正确、合理的认识。这既要求我们教师有扎实、全面的学科专业知识水平，又需要我们不断地学习国家层面的课程理论、政策等。下面的分析论述，就是基于此进行的。

一、近几年全国高考物理试题的变化特点

整体上分析，近几年来，国家统考高考试题不再追求“高难度、新奇”的试题形式，从指导思想上也不再期望通过类似做法对考生的理科学习水平层次进行区分。这一判断也包括物理实验试题的变化和发展。比如：过去的实验试题追求對实验设计上奇思妙想的表现、对实验操作层面技巧的考查、对新的实验手段应用（如传感器的应用）的考查。而现在的高考实验试题，已经不把这些方面直接作为考查要求进行呈现。

笔者认为，现在的物理试题命制遵循以下原则：什么知识内容对学生来说是起到基础性和支撑性作用的;哪些思考、处理具体物理问题的方法（包括做法）是在一般层面上对学生的发展有普遍价值的;哪些能力要求对学生来说是必备的和关键的……这基本就是课程标准对物理学科核心素养的定位。

进一步细致地说明如下。

试卷整体上追求大的知识内容覆盖面，其表现就是每一道试题都具有一定的综合性。具体在选择题中，在强调对知识进行定性考查的同时，关注对过程性分析和数学表达的半定量要求（即所谓定量和半定量的考查）;在实验试题中，首先强调实验原理性的知识要求，以及实验整体设计上的系统误差处理;对实验数据的表达、结合知识内容对数据进行分析计算（本质上是减小偶然误差的影响）;现在，试题还尝试基于实验的结论，进行一些应用的考查。（这几个方面基本上应该是中学阶段实验教学的目标）在计算题中，首先追求对物理学学习水平的全面考查。这包括：运动学观念、概念的考查，牛顿力学诸定理、定律的考查，功能关系、守恒及其转化的考查，动量转化及其守恒的考查（这是考查的立意所在）。其次是考查能否选择合理有效的定理、定律（定性考查）。再次是全面细致考查“受力分析的全面性、力的合成和分解的正确性、各个物理量数学表达的准确性”。最后就是独立方程的选择和表达，正确、规范的解题过程和对结果的合理表达。以上是学习物理学的全部要求，是判断一个人学习能力水平的基本依据。

上面的说明，基本上就是现在物理学科核心素养四个层面的内涵表现。

二、用核心素养的观点分析几个典型的物理高考试题

（1）2018年的几个典型试题分析

题18 如右图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R;bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为（）

A.2mgR B.4mgR

C.5mgRD.6mgR

【说明】本题作为较难的试题放在较后面的位置。其难度表现首先是术语的使用，如“轨道（实体）和轨迹（数学图像）”;其次是小球运动轨迹的清晰物理图像。不同的运动阶段其运动有什么规律、小球受力及力做功情况，做功后以什么形式的机械能存在，轨迹的最高点对应什么样的物理状态等，这些定性的考查都属于物理观念的内涵要求。试题的表述就是所谓试题的情景。前面的说明能反映出本试题较为复杂的问题情景。（新课标中，各质量水平的划分，就是基于问题情景的复杂程度进行的）

题21 图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是（）

A.平面c上的电势为零

B.该电子可能到达不了平面f

C.该电子经过平面d时，其电势能为4 eV

D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍

【说明】首先从物理观念层面看，图示是匀强电场中间距相等的一组等势面。由于电场强度方向垂直于等势面，于是知道电场强度沿水平方向;又因电子从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV，所以知电场方向水平向左;根据φb=2 V，就可以确定每组等势面的电势大小;由试题情景可以知道，电子是从左向右运动的，一般假设是斜向右上方（或右下方）运动，那么，在其运动过程中，电子要克服电场力做功，即消耗自身动能而转化为静电势能;再依据牛顿第二定律知，电子在水平方向的分速度就越来越小，这样一般情况下，电子是不能到达平面f的（这里需要定量分析）。

由以上分析可见，科学思维的要求自然反映于其中。而科学思维还有更进一步的细致要求，如：根据静电势能（和电势）的规定，有Ep=-eφ ;运动过程中，电子克服静电力做了多少功，就说明有多少动能转化成了电势能;等等。

从上述分析中可以看出，虽然所有的考查要求都是物理观念和科学思维的基本内涵，但是一些观念性，即科学思维性的要求对高中生来说可能就过高了，如“一般假设是斜向右上方，……”（这一判断需要专业知识的水平，也得到了统计数据的支撑）

题22 如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。

现要测量图（a）中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为 cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为 N/m（保留3位有效数字）。

【说明】这种主尺和游标尺配合的测量长度的方法在实际测量时较为普遍，游标卡尺只是这种方法的具体运用，也就是说实验的表述更具有原理性质。关于其读数方法，我们也可以从实验原理层面加以说明：主尺是1 mm分度，游標尺是20个分度代表19 mm，即每一分度对应1920 mm。这样一来，图中示数便可得出

这种运算过程，相比于什么游标卡尺读数方法的精度记忆要更有知识性一些，而且具有更普遍的意义。

（2）2019年全国物理统考试题分析

题21 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

【说明】本题是和2018年对应的考查要求很高的试题。从物理观念层面看，要求学生知道：①对于星球，其表面的重力加速度为g=GMR2;②坐标系中图线的物理意义：当 x=0 时，此时的加速度值就是该星球表面处的重力加速度g;当a=0时，对应问题达到了最大速度状态。③物体下降过程中，物体与弹簧组成的系统，机械能守恒。④星球的密度ρ∝MR2。而科学思维的要求，基本就是一般物理过程的数学表达。这种考查水平，虽然要求很高，但是符合高中生的知识能力水平。

题23 某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。

（1）根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。

（2）当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是。（填正确答案标号）

A.18 mAB.21 mA

C.25 mAD.28 mA

（3）产生上述问题的原因可能是。（填正确答案标号）

A.微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω

B.微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω

C.R值计算错误，接入的电阻偏小

D.R值计算错误，接入的电阻偏大

（4）要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k= 。

【说明】试题对物理观念的要求，就是本实验原理：小量程电流表的改装办法。即给表头串联一个小电阻（包括其阻值大小的计算）。