浅谈如何利用高考题对学生物理核心素养发展水平进行评价

林燕芳

【摘要】本文利用概念图对2021年广东省物理高考试卷第14题进行详细剖析，对该题中对学生各个考察点进行观察，对学生在物理学科核心素养的物理概念、物理思维、科学探究和科学态度与责任这四个方面的发展水平进行评价，同时阐述高考命题和考试评价系统的导向性。

【关键词】概念图;高考题;核心素养;评价

利用高考题对学生学科核心素养发展水平进行评价，可以利用概念图这一工具先对题目进行详细剖析，再对应物理学科核心素养四个维度的内容，从概念图中寻找出各个考察点使之对应上核心素养的各个方面，使学生在物理核心素养的发展水平的评价变得可操作。

一、高考题再现

例题（2021年广东省物理高考题第14题，以下简称“第14题”）图11是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90o的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区磁感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外，电子以初动能Eko从圆b上p点沿径向进入电场。电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速。已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为，电子质量为m，电荷量为e。忽略相对论效应，取tan22.5o=0.4。

（1）当Eko=0时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角均为45o，最终从Q点出射，运动轨迹如图11中带箭头实线所示。求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区的磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;

（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区出射，当Eko=keU时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。

二、本题的概念图展示

概念图是美国康奈尔大学心理学家约瑟夫·D·诺瓦克（Joseph D. Novak）提出的，他认为概念图是一种知识以及知识之间的关系网络图形化的表征，也是思维可视化的表征。概念图用节点代表概念，连线表示概念间的联系。概念图的应用非常广泛，依托概念图可以落实合理水平层次的教学设计，可以精准促进学生物理核心素养的提升及相关水平的达成，也可以用来评价物理核心素养的发展水平。下面是根据第14题绘制的一幅概念图。

三、高考题中核心素养发展水平的评价

物理的核心素养发展的四个维度，可以根据题目考察点的不同来对学生物理核心素养发展水平进行评价。在概念图中，不仅一目了然展现该题的物理情景的复杂程度，也展现出学生知识发展和思维方法等的要求。下面对该概念图中7个关联处在核心素养四个方面進行剖析。

1.在物理观念方面，主要考查学生对物理基本概念、基本规律的理解，即是评价物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等的发展水平。

其中的关联1考察学生是否知道对电子在电场中受电场力并且进行加速的基本关系。该核心素养水平介于层级2到3之间，评价时，看学生能否判断出电子在电场中会加速两次，并且列出方程：

关联2考察学生是否知道电子在磁场中受洛伦兹力并且做圆周运动的基本观念。评价时，看学生是否能判断出电子在磁场中受洛伦兹力且做匀速圆周运动，列出方程：

同时考察关联1 和关联2 之间的联系v，看学生是否知道在电场中加速的末速度即是进入磁场的速度。根据学生作答的上面两个式子，可以判断学生在物理观念的素养水平是处于形成初步的物理观念，还是已经具有清晰、系统的物理观念。看学生是否能利用电子受电场力加速，只受洛伦兹力做匀速圆周运动的物理观念来解决实际的问题。

2.在科学思维方面，主要考察学生的模型建构、科学推理和科学论证的能力，即是评价学生科学思维方法的发展水平。

其中的关联3，考察学生是否知道当电子进入电场时，若已经有初速度，看学生是否又能列出对应的方程：

关联3对学生基本概念理解的要求就比关联1要求提高了，从学生的作答情况，看学生相比于电子没有初速度，能否对有初速度后的模型进行分析推理，得到正确的结论，进而评价学生在科学思维方面的发展水平如何。

关联5考察学生是否能准确理解运动电荷在磁场中做圆周运动时的周期和在磁场中运动时间的关系，看学生是否能正确得出两者之间关系，列出方程：

这条式子在一定程度上可以看出学生对圆周运动模型的建立和科学论证的思维发展能力，根据学生答卷的情况对学生发展水平做出评价。

3.在科学探究能力方面，考察学生在提出问题、获取证据、分析论证和交流合作的能力，即是评价学生对实验原理、方法、实物连接、器材的应用的理解和掌握的实验能力。

关联4，看学生是否能正确写出周期的表达式，列出方程：

在该公式中的半径是解题的关键，看学生能否通过亲自动手画图，找出几何关系，并且列出正确的方程：

带电粒子在磁场中的运动轨迹这类操作题考查学生平时是否有良好的作图习惯和正确的分析论证能力，在考查学生的科学探究能力的发展水平方面，可以看这几个关系式是学生如何得到的。

第5层次的关联6和关联7使本题难度有了一定的提升，需要学生对运动的本质、运动的过程进行科学准确且有逻辑性的论证，才能得出正确的答案。其中关联6，看学生能否列出正确的关系式。其中，电子的初动能Eko=keU，第2小题求k的最大值，看学生能否分析论证得出k取最大值，即是求Eko取得的最大值即可。而Eko想要取得最大值，看学生能不能列出跟Eko有关的式子出来。进入Ⅰ区，电场对电子进行2次加速，列出方程：

看学生是否能得出Eko取得最大值，由上面的式子即可得出需要电子经过加速后进入磁场时的速度v1达到的最大值。而电子进入磁场后以v1做圆周运动，涉及概念图中的关联7，看学生能否列出方程：

上式的半径r'是变化的半径，看学生是否逻辑推理能力足够强，要继续推导出v1取得的最大值，即电子在磁场中，运动的半径r'达到最大值即可。

4.在科学态度与责任感方面，主要评价学生在认识科学本质、科学态度、社会责任等要素。

本题的文字量较多，问题情境也较为复杂，更需要考查学生是否具有良好的心理素质和冷静分析问题的习惯。关联7中也考察学生是否真正学习到物理的本质，坚持实事求是的结论。看学生是否判断得出，要半径最大，即如图电子运动的轨迹跟c圆相切。评价时，看学生是否能准确画图并且经过准确的计算，得出半径的相关的几何关系：

（-r' ）2=r'2+R2⑧解得半径的最大值r' =

综上所述，如果学生具备了物理四个维度的核心素养，解决该题便不是难事。由上面的式子①②③④⑤⑥⑦⑧可解得Ⅰ区的磁感应强度，运动的时间，Q点出射时的动能Ek=8eU，k的最大值。

四、小结

根据高考真题的情景创设和问题设置，利用概念图进行剖析，把抽象的物理理论结合核心素养的四个维度进行了可视化的呈现，再对概念图中每一个关联点即考察点进行详细剖析。根据学生在每一个考察点的答题情况，可以客观地对学生的物理学科核心素养中“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个维度做一个详细的评价。相比于只是得到一个高考物理成绩的分数，这样的评价能使一线的教师更好掌握学生的核心素养发展水平，从而在以后的教育教学中做为更好的参考和学习。

参考文献：

[1]2021年普通高等学校招生考试广东省物理试卷[OL].http：//baike.baidu.com.

[2]（美）约瑟夫·D.概念图促进企业和学校的学习变革[M].赵国庆，译.人民邮电出版社，2019，2（7）：037.

[3]陈海.概念图在学科核心素养与学业质量评价中的应用探索——以2019年高考全国理综Ⅰ卷第25题为例[J].物理教学，2020，42（5）：15-17+38.