基于核心素养的2019年高考理综全国卷Ⅱ第22题研究

张晓华

(重庆市荣昌中学校，重庆 402460)

基于核心素养的高考评价是深化高考物理考试内容改革的重要方面.它不仅有助于高校选拔具备核心素养的新生，而且有助于引导中学落实核心素养的教学.

2019年高考理综全国卷Ⅱ第22题以测定滑动摩擦因数μ为载体，在试题情境设计和设问方式上以物理学科核心素养为导向，重点考查了实验原理和实验数据处理.

1 试题及解析

图1

例1.如图1，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验.所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源，纸带等.回答下列问题：

(1) 铁块与木板间动摩擦因数μ=________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示).

(2) 某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°.接通电源.开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图2所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.8 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________________(结果保留2位小数).

图2

(2) 分析纸带据逐差法有

2 试题评析

本实验题应该是一道比较基础的实验题，难度适中，与平时实验教学结合比较紧密，只是情景由水平面上的运动变成了斜面上的运动，对物理学科核心素养均有不同程度的考查.其中：

要求考生能对铁块受力分析和灵活运动牛顿第二定律解决铁块沿斜面下滑的实际问题，体现了高考对物理观念中相互作用观的素养要求，学业水平要求达到4层次水平.

要求考生能在熟悉的斜面滑块问题情境中应用常见的匀变速直线运动模型，体现了高考对科学思维中模型建构的素养要求，学业水平要求达到2层次水平.

要求考生能分析纸带数据，发现特点，形成结论，尝试用逐差法进行求解加速度，体现了高考对科学探究中证据的素养要求，学业水平要求达到4层次水平.

要求考生认识到物理学是对自然现象的描述与解释和知道学习物理需要实事求是，体现了高考对科学态度与责任中科学本质的素养要求，学业水平要求达到1层次水平.

近年高考中，多次以测定滑动摩擦因数μ为载体，考查实验原理和实验数据处理.2009年全国卷Ⅰ第23题，2013年全国卷Ⅰ第23题，2015年全国卷Ⅱ第22题和2018年全国卷Ⅱ第23题均有类似考查.本题可以看作是2015年全国卷Ⅱ第22题的改编.

图3

例2.(2015年全国卷Ⅱ第22题)某学生用图3所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图4所示，图中标出了5个连续点之间的距离.

图4

(1) 物块下滑时的加速度a=________m/s2；打点C点时物块的速度v=________m/s；

(2) 已知重力加速度大小为g，求出动摩擦因数，还需测量的物理量是____(填正确答案标号).

(A) 物块的质量.

(B) 斜面的高度.

(C) 斜面的倾角.

本题以动摩擦因数μ的测定为问题背景，进行翻样与创新，不仅考查了考生的实验能力，也对考生的创新思维和实验能力提出了较高的要求，主要涉及知识点：打点计时器的使用(打点周期0.02 s)、受力分析、滑动摩擦力计算、力的分解、牛顿第二定律的运用、逐差法处理(纸带)实验数据.

3 区县联考信息反馈

2019年11月荣昌区高三联考理综第22题采用了本试题.从历史数据来看，荣昌区物理平均分低于重庆市平均分约5分，但部分考生此前做过该试题，得分情况应有所改善.因此，我们假定此次阅卷信息与2019年重庆高考阅卷信息相近.

从统计信息来看，本题平均分2.4分；其中，23.7%的考生得0分，52.9%的考生得2分，1%的考生得3分，22.3%的考生得5分.

从阅卷统计分析以及部分考生访谈来看，错误原因涉及到多个知识点.主要如下：

3.1 加速度计算错误引发失分

考生成功完成第(1)问，但不会运用逐差法处理(纸带)实验数据求解加速度，或者能运用逐差法处理(纸带)实验数据求解加速度，但数据计算错误导致第(2)问失分.这是约52.9%考生得2分的主要原因之一.

关于逐差法处理(纸带)实验数据求解加速度，一线教师中颇有争议.2019年以前的物理高考试卷中均为偶数段数据.教辅资料中奇数段数据处理的争议由来已久，如何舍弃数据是争议的焦点.事实上，就本题而言即使舍弃第一段也不影响答案；若舍弃最后一段，则最终答案变为0.34.

3.2 力的分解错误引发失分

3.3 摩擦力方向性错误引发失分

虽然这种思维导致第(1)问失分，但如果后面加速度计算正确，代入(1)中μ的错误表达式得出μ≈-0.35.从物理常识知道μ不能为负数，直觉发现第(2)中计算搞反了，应该是μ≈0.35.因为考场时间关系，考生不及细想是第(1)问中表达式搞反了或是第(2)问中计算搞反了从而导致的μ≈-0.35.所幸之处，物理直觉使得考生修正计算结果，从而导致虽然第(1)问失分，但却能第(2)问题得分.这是约1%考生得3分的主要原因.

考生如果在后面加速度的计算也错误，或者不能从物理直觉角度将μ≈-0.35处理为μ≈0.35，导致第(1)问和第(2)问均失分.这也是约23.7%考生得0分的主要原因之一.

3.4 其它原因引发的失分

4 教学启示

4.1 重视必做实验，夯实基础

物理实验题是高考中最具活力和创造性的题型.考题尽管停留在纸笔实验的基础上，但却可对考生进行较好的评价和甄别.

物理课程标准(2017年版)要求学生必做实验有21个，涵盖了全部的实验类型(即观察性实验、测量性实验、验证性实验、探究性实验、设计性实验).不同类型的实验，对考生的能力要求不一样，更全面的实验类型能够更好地、循序渐进地培养学生的实验能力.

虽然，测定滑动摩擦因数μ的实验不在物理课程标准(2017年版)必做实验之列.但是，测定滑动摩擦因数μ中运用逐差法分析纸带数据求解加速度却是课程标准必做实验“研究匀变速直线运动”的核心内容.换言之，本实验是课程标准要求必做实验“研究匀变速直线运动”的拓展和升级.

从阅卷场反馈信息来看，约52.9%的考生不具备运用逐差法分析纸带数据求解加速度的能力，亦即课程标准必做实验“研究匀变速直线运动”的能力发展不够.

4.2 重视基于核心素养的实验考查新动向

物理实验是培养学生创新精神和实践能力的重要载体，是发展学生核心素养的重要途径和方式.高考物理实验题的考查，对提高学生实验能力，引导中学重视实验教学，发挥着重要作用.

目前，由于高考中无法进行实验操作的考查，导致实验教学中存在“黑板上做实验、课堂上讲实验、学生背实验”等问题.高考评价中基于核心素养的实验考查，要求“加强实验操作技能的考查，将亲手做过实验与没有做过实验的考生区分出来；加强对实验原理及实验分析能力的考查，将做过实验并深入思考实验的考生与做了实验但不思考的考生区分开来；加强对实验全过程的整体思考的考查，把基于实验原理的实验设计、实验操作、实验数据处理以及实验结果分析的内在逻辑考查出来”.教育部考试中心研究认为：基于核心素养的物理实验题考查内容比例由多到少依次应为“数据处理”“设计性实验”“实验细节”“误差分析”“仪器选择”等.

实验教学是发展学生核心素养的重要载体.我们应该把培养学生的实验能力、促进学生终身发展作为实验教学的出发点和落脚点，自觉摒弃“黑板上做实验、课堂上讲实验、学生背实验”等功利主义行为.