基于学科核心素养下高考物理计算题备考研究

2021-07-08苏瑜

广西物理 2021年1期

苏瑜

(广西南宁市东盟中学，广西南宁 530105)

1 引言

《高中物理课程标准》以及《中国高考评价体系》，是两个非常重要的文件。前者详细阐述了物理学科课程性质、课程目标、课程内容等，是教师开展日常教学活动的重要依据。后者则是复习备考的重要文件。两个文件都强调了物理学科核心素养，因此从学科核心素养角度探讨高考物理备考工作尤为必要。

2 中国高考评价体系

教育部考试中心研制的《中国高考评价体系》，进一步明确了高考的核心功能、考查内容以及考查要求，回答了“为什么考、考什么、怎么考”的考试本源性问题，从而明确给高考各科备考工作指明了明确的方向，也给出了“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一教育根本问题在高考领域的答案。如图1列出了高考评价体系的构成：

图1 高考评价体系

其中立德树人、服务选才、引导教学处于核心地位，彰显高考的功能。核心价值、学科素养、关键能力、必备知识则指出了高考的考查内容。基础性、综合性、应用性、创新性则是高考的要求。其中在考查内容上强调了对学科核心素养的考查，因此在以后的复习备考中，应认真研究学科课程标准，明确学科核心内容涵盖的方面，吃透其内涵，将学科核心素养内容有机的渗透至备考的各个环节中。

3 中国高考评价体系下物理学科评价体系解读

自动气象站观测不同深度层的土壤相对湿度日变化如图1 所示，对应时间段的空气温度、空气湿度、水平风速、地表温度等地面气象因素日变化如图2 所示。物理是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科，是高中阶段学生学习的重要科目之一。在新一轮课程改革稳步推进下，物理学科评价体系发生微妙变化，物理学科考试内容将体现以下特征：

其一，重视立德树人。立德树人是新一轮课程改革的重要目标，其必然体现在物理学科考试内容中。高考中会更加强调物理学科的育人价值、科学观的引导。一方面，在对物理知识、能力考查时会融入一些前沿科技，体现我国科技上取得的成就或重大突破，使学生认识到物理知识重要性的同时，进一步激发起爱国情怀，增强其民族自信。另一方面，通过展现物理知识的研究过程，借助科学家的精神给学生以触动、启发。同时，指引学生在分析物理问题时应注重尊重事实、严谨推理。其二，重视核心素养。《高中物理课程标准》中明确的阐述了物理学科核心素养涵盖的方面，包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。这四个方面对学生学习物理知识应具备的素养进行高度概括。其中物理观念强调了分析问题的角度，即，从物理视角、物理知识，认识与分析问题。科学思维则指出在分析、解决物理问题时应采取的方式、方法，如构建模型，科学推理等。探究是学习物理知识的一项重要技能。科学探究指出了探究的步骤以及应注意的事项，以保证探究结论的正确性。科学态度与责任则从学习态度与道德层面对学生的物理学习提出的要求。上述内容会体现在高考中的不同题型之中。其三，重视关键能力。高考评价体系中将关键能力概括为思维认识能力群、实践操作能力群、获取知识能力群。其中思维认识能力群强调学生在分析问题时对问题的理解深度以及解决问题应用的思维。实践能力群则指学生运用所学分析问题并进行动手操作的能力。获取知识的能力强调学生能够透过现象看本质，提炼出解决问题的有用信息。从这一层面来看，高考中会出现更多新颖类型的习题，同时，更加重视对物理实验的考查。其四，重视基础知识。基础知识是学生解决问题知识的重要依据，是提升学生核心素养的重要基础。高考中仍会重视对学生基础知识的考查，检验学生对物理知识本质的理解以及运用物理知识解决问题的灵活性。

基于以上，回到考试上来，一份试卷好不好，一道试题好不好，要看它是否能够实现它的预定功能与目标。通过解读，我们基本明确了考查路径，即在核心价值引领下，以关键能力为抓手，依托必备知识和具体情境，考查学生的学科素养的发展水平。其实，学科素养，就是核心价值、关键能力、必备知识的整合，这就是“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”，知识服从于能力的考查。

4 学科核心素养下高考物理计算题分析

4.1 高考案例

（2020 年全国三卷第25 题）如图2，相距L=11.5m 的两平台位于同一水平面内，二者之间用传送带相接。传送带向右匀速运动，其速度的大小v可以由驱动系统根据需要设定。质量m=0.1kg 的载物箱（可视为质点），以初速度v0=5.0m/s 自左侧平台滑上传送带。载物箱与传送带间的动摩擦因数μ=0.10，重力加速度取=10m/s2。

图2 2020 年全国三卷第25 题示意图

（1）若v=4.0m/s，求载物箱通过传送带所需的时间；

（2）求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度；

（3）若v=6.0m/s，载物箱滑上传送带Δt=s 后，传送带速度突然变为零。求载物箱从左侧平台向右侧平台运动的过程中，传送带对它的冲量。

4.2 核心素养下的案例分析

本题应用到的知识有运动学知识、动能定理知识、动量定理知识等，需要学生运用物理观念选定正确的研究对象、参考系，分析物体之间的相互作用、运动关系、功能关系构建对应的物理方程。其中，载物箱的运动分析是关键，不仅体现了物理观念，物理过程，更要求学生具备严谨的逻辑思维能力，进行科学的推理与论证，而这刚好体现了核心素养中的“科学思维”。考题设计了三个问题，从学生所学的传送带模型基本分析、典型问题出发，层层递进，设置不同的条件，以考查学生的实际分析能力和情景处理能力。考题要求学生对于陈述性知识（概念，如冲量）和程序性知识（技能与方法、解题步骤）有清晰、准确的掌握，并能用准确的语言作答，能很好地锻炼学生的“科学态度”。另外，该题目解题方法不止一种，学生可根据自己的实际情况，选择对应的解题方法，如图像法，很好的锻炼了学生的“科学探究”素养以及创新能力。

4.3 案例解答

（1）v0＞v，载物箱滑上传送带做匀减速运动。设减速至与传送带相同的速度时间为t1，则v=v0-at1，umg=ma，此时的位移s=v0t1-at12，代入数据，联立解得t1=1s，s=4.5m。之后载物箱做速度为4m/s 的匀速直线运动，t2=（L-s）/v,则t=t1+t2=2.75s。

（2）当载物箱滑上传送带后一直做匀减速运动时，到达右侧平台时的速度最小，设为vmin，当载物箱滑上传送带后一直做匀加速运动时，到达右侧平台时的速度最大，设为vmax.

（3）传送带的速度为v=6.0m/s 时，v0＜v＜vmax，载物箱先做匀加速运动后做匀速运动，加速度大小仍a。v=v0+at3，解得t3=1s，匀加速的位移x1=v0t3+at32，代入数据解得x1=5.5m，又Δt＞t3，表明其将做t4=（Δt-t3）的匀速运动。匀速运动的位移x2=vt4=0.5m，此时其距离右平台的距离为x=L-x1-x2=5.5m。传送带速度变为零，载物箱将做匀减速运动，由动能定理可得mv2＞μ mgx，表明载物箱减速至右侧平台仍有速度，设为v末，则，解得v末=5m/s，减速运动时间t5=(v-v末)/a=1s。由动量定理可知，在水平方向上有I1=m（v末-v0），由于v末=v0=5m/s，故I1=0；竖直方向，有I2=FN（Δt+t5）=mg（Δt+t5）=625/3≈208.3N.S方向竖直向上。则在整个过程中，传送带给载物箱的冲量为I=I2=208.3N.S 方向竖直向上。

5 学科核心素养下高考物理计算题备考策略

5.1 夯实物理基础

众所周知，高考物理计算题虽然具有一定的难度，但其运用的都是一些基础知识，基本的物理原理，计算题复习备考工作中，应引导学生做好基础知识的复习。一方面，在复习物理计算公式时要求学生尝试着运用所学知识进行推导，把握物理计算公式的来龙去脉以及适用情景、适用注意事项等，使其吃透本质，而非死记硬背。另一方面，注重知识网络的构建。备考时注重给学生留下自主复习的时间，可要求学生围绕某一关键词，如“能量”这一关键词，运用思维导图将相关知识点整合起来，以点带面，并列出与之相关的计算公式，为其灵活用于解题中做好铺垫。如与“能量”相关的知识有：动能定理、机械能守恒定律、动量定理、动量守恒定律等。学生通过这些知识的应用，能够简化计算题的解题过程，提高解题效率。

5.2 提升逻辑推理、分析论证能力

依托物理模型，做好专题复习，尤其应做好经典例题的精讲和拓展分析，开阔视野和思维。复习中，不能满足于学生听懂例题，更应注重培养学生脱离老师后，独立分析题目、形成解题思路、并能用语言独立表达、讲解甚至辨析对错的能力。通过学生自主讲解，使学生的逻辑推理、分析论证能力得到提升，核心素养也将得到针对性的提升。根据学生能力情况，教师需要做好的是优化相关教学环节，提供不同情景设置的专题训练，组织学生开展相关的讨论活动，将物理知识考查与核心素养培养融入到训练习题中，以达到巩固学生所学，促进学生核心素养提升的重要目的。

5.3 规范解题思维过程

高考评价体系中的创新点之一就是明确了要基于学科真实情境的命题框架。“无情境不成题”，对于物理学科，自然现象情境、生活实践问题情境、物理学史情境、学习探索问题情境，等等，都是基础知识和分析综合能力考查的载体。因此，认真审好题，结合题目设定条件，从情景切入，理清过程，构建物理模型，是解好物理计算题的基本思维流程，也是计算题解题训练的重中之重。在平时的教学和解题训练中，应重视学生规范思维的培养，形成良好的答题习惯，进一步形成思维的有序性，将能极大提高学生的解题能力和分析问题的能力。