新高考催生物理习题情境新样态

江苏 范永梅

2020年初，教育部发布《中国高考评价体系》(以下简称高考评价体系)，结合未来人才培养与选拔、新课程方案和标准，围绕高考的考查功能、内容及要求，提出将情境和情境活动作为高考评价体系中“四层四翼”的重要考查载体。《普通高中课程方案(2017年版)》也指出：考试命题应注重紧密联系社会实际和学生生活经验，强调综合运用知识分析、解决实际问题能力的考查，要有利于促进学生核心素养发展。情境化评价的理念在新教材习题编写、新高考试题中逐步得到体现，引领越来越多的教育工作者反思传统习题教学中的问题，关注习题教学该有的新样态，新价值。

一、原始问题情境：掌握物理图景建构真路径

物理习题是物理教学评价的重要组成部分。我国著名物理学家赵凯华教授曾指出：“物理问题无处不在，但在我国的教学中，常常不是将最原始的问题交给学生来解决，而是将已经理想化的问题交给学生，这些理想化的问题就是习题。做惯了物理习题的学生，在面对原始问题时往往束手无策。”日常教学中，教师常常将科学事实、生活现象经过抽象、简化、加工，人为设置一定条件后形成习题。这样的习题情境，其真实性往往已被破坏，学生在解决这类物理习题时的认知心理、思维方式、解决路径与解决物理原始问题时已相去甚远，从而导致学生在遇到实际问题时，往往无从下手。

根据高考评价体系和《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称新课标)的要求，在习题设计中应该重视贴近生产、生活和学生体验的原始问题，使学生通过对原始问题的物理建模，形成物理观念，掌握物理规律，学会用物理视角关注生活。比如在学习“动量定理”时，笔者以一则新闻报道作为原始问题情境展现给学生：2011年6月西安市曾有报道，一名4岁儿童从5楼窗外不慎坠落，被一名见义勇为的出租车司机成功接住，但司机因巨大冲击力致手臂和腰椎受到创伤。请学生从这个问题中估算出租车司机的受到的冲击力有多大？面对这一真实的原始问题，学生需要完成以下物理建构：

1.问题情境建模：原始问题中往往有很多影响因素，在面对原始问题时首先需要学生分析和建构物理模型，这是解决原始问题的第一步。在本问题中，要引导学生比较儿童的身高与下落的高度，分析儿童下落过程阻力的影响，让学生感知是否可以将儿童理想化为一质点模型，将儿童从高空下落的过程理想化为自由落体运动过程。

2.估算物理量：本问题中除了提到“5层楼”外，未直接给定任何其他的物理量，这就需要学生依据生活体验，设定解决问题的具体物理量。如儿童质量约15 kg、每层楼约3 m，窗台离地约1 m，儿童与司机接触点离地高度约1 m，从而估算出儿童下落总高度约12 m。坚持以原始问题作为习题的真实情境，定会引导学生学会观察生活、观察自然。

3.选用合适规律：在建模和设定物理量之后，要引导学生针对问题选择合适的物理规律。学生基本都能快速依据自由落体规律估算儿童与司机接触时速度大约为15.5 m/s；假设儿童与司机的相互作用时间为0.1 s，依据动量定理求出儿童与司机接触时的冲击力大约为2 325 N。

4.回归生活体验：为了让学生能感知这个冲击力到底有多大，笔者在此基础上，延伸两个思考问题：

思考一：以你的体重，请计算这个冲击力大约是几个你同时压在司机手臂上？

思考二：经常听到高空坠物伤人的报道，请你用同样的方法估算一下一个苹果从20楼落到地面，能给行人的冲击力有多大？以此对周围的人进行一次禁止高空抛物的安全宣传。

以上两个延伸的思考问题，可以进一步引导学生从物理视角审视问题、尊重科学、敬畏规则，同时将课程思政通过生活中原始问题的解决自然落实于物理教学中。

高中物理各种版本新教材较老教材更加注重原始问题的呈现。以人教版新教材为例，以原始问题为情境的习题出现在“问题”“思考与讨论”“练习与应用”“复习与提高”等多个栏目中。仅以必修第一册第一章“运动的描述”为例，出现了“香蕉球”、被球拍拍出的乒乓球、飞行的“歼-20”隐形战斗机、钟表时针转动、太阳东升西落、出租汽车的收费标准、田径运动场跑道等20多个来自原始问题的真实习题情境，这无疑为今后的习题教学指引了新的方向。问题来源于生活，基于原始问题的习题情境将发现问题、解决问题的过程还给学生，引导学生学会从物理学视角认识自然，理解自然，帮助学生学会用科学的方法建构关于自然界的物理图景。

二、多样化应用情境：促进概念规律真理解

教师们常常遇到学生反映，在讲解习题时都能听懂，但换个应用情境，就又不会了。出现这种情况的根本原因是很多学生只是记住了某些概念、规律，而没有真正理解。唯有将相关物理知识在具体的物理情境中加以应用，才能实现知识的内化和深化。从这个角度看，物理习题的应用情境应该充分考虑深刻性、创新性和开放性，促进学生深度思维，培养学生在问题探究中真正理解知识的能力。

比如在学习了“抛体的运动规律”之后，结合人教版新教材必修第二册相关内容，笔者创设了以下应用情境：

1.依据自己的身高和跳起的投篮点、投篮速度等，假如要使篮球与水平面成45°倾角准确落入篮筐，计算篮球投出的大概角度。学生通过计算，不仅加深了对抛体运动规律的理解，更能明白投篮角度过大和过小都会影响投篮命中率。

2.生活中的“套圈”游戏，大家都直立在界外位置，看谁能准确套中前方玩偶。学生为获得喜欢的礼物，自觉利用平抛规律估算自己的距离和抛出速度。

3.排球比赛发球有时不过网，有时又会出界，依据自己的身高和发球大约的角度，计算发球速度多大时，可以确保排球既能过网又不出界。

4.环保人员发现离地面一定高度有个水平管道正在排污，如果他身上只有一把卷尺，需要测量哪些数据才能大致估测该管道的排污量。

5.利用遥控飞机模拟“投弹”。依据遥控飞机高度和飞行速度，要准确投中目标，需要学生在反复尝试中，运用平抛运动规律。

通过以上多样的应用情境中，引导学生运用抛体运动规律，理解物理来源于生活，又运用于生活，从而激发学生对于科学探究的兴趣。

新高考越来越注重通过解决实际问题来考查学生知识的理解和应用，应用情境也不再局限于学生熟悉的场景，涉及设计、生产、军事、科技等多领域。如江苏省2021年新高考适应性考试第13题：

电流表改装成欧姆表的电路如图所示，两表笔直接相连时，指针指在表盘刻度“5”上，两表笔之间接有600 Ω的电阻时，指针指在刻度“1”上。求刻度“3”应标注的电阻值R。

此题学生的得分率比预想的低很多。究其原因，在日常欧姆表相关习题中，教师和学生普遍将重点放在欧姆表读数、使用方面，对其构造、原理关注不多，而实际上，欧姆表表盘的标注正好可以作为检验学生对“闭合电路欧姆定律”是否真理解、是否可以在实际情境中应用的实例。

理解是应用的前提，我们在日常习题教学和考试评价中，要改变“重结果轻过程”“重识记轻理解”等传统做法，从培养学生物理学科核心素养的视角，将概念、规律的理解放置于丰富多样的情境中，使学生通过应用型习题的解决过程，提升科学思维、探究能力和实践意识，从而实现对物理概念、规律更为深刻的理解，真正实现“学以致用”。

三、跨学科任务情境：实现知识方法真融合

虽然学生在学校里的学习大多数时候依然是分学科进行的，但当今世界的各类问题越来越多的是彼此交融的。近年来跨学科教学也引起了越来越多教育专家的重视，研究性学习、项目化学习等在很多学校全面开展。新课标也强调：高中物理学科应顺应时代的要求，学科的设置也应与时俱进。

物理学是科学领域里一门重要的学科，其内容与数学、化学、地理、信息技术甚至语文、哲学、历史等均有密切联系。创设跨学科的习题情境，不仅能引导学生重视不同学科知识的关联度，更有利于形成学科大概念，真正实现学科内和跨学科融合，培养学生在复杂情境下主动调动多学科知识解决问题的意识。

结合习题情境进行适度拓展，实现多学科知识融合。在物理人教版新教材必修第三册“导体的电阻”这节后面设计了这样一道习题：人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。某脂肪测量仪，其原理就是根据人体电阻大小来判断人体脂肪所占比例。(1)肥胖的人与消瘦的人电阻不同的主要原因是什么？(2)激烈运动之后、沐浴之后测量数据会不准确，这可能是什么原因？在完成这个习题时，教师不仅可以从物理学的角度结合题意分析人体电阻，还可以进行多学科拓展：从化学学科的角度分析离子导电问题；从体育学科角度谈科学健身控制体重；从科技进步的角度谈传感器(一个物理量转换为另一个物理量的测量)、人工智能；从历史和思政学科角度谈科技推动人类社会进步和发展，引导学生立大志树大德；从安全的角度谈人体导电和雷雨天气避雷等等。

结合习题情境进行任务深化，实现多学科方法融合。物理习题的解决方法亦可借鉴其他学科研究方法，以此帮助学生学会全面、综合、灵活解决生活中的问题。在物理人教版新教材必修第三册“能源与可持续发展”这节后面设计了这样一道习题：三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后平均水位落差约100 m，用于发电的水流量约为1.0×104m3/s。如果通过水轮机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90%转化为电能，g取10 m/s2。(1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？(2)根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？针对此习题，课前笔者进行了任务深化，要求同学们在完成此习题前完成以下任务：(1)通过查阅资料和网络搜索，了解我国水力发电的历史，并延伸了解我们南通地区沿海风力发电。(2)查阅自己家里常用家电铭牌，了解它们日常耗电情况。(3)在小区开展用电调查，了解城市家庭平均用电量情况。(4)设计一份安全用电和节约用电的倡议书，在假期社会实践中进行宣传发放。(5)从能量转化和清洁能源利用等角度，了解水力发电之外，还有哪些发电方式，比较优劣。这样的习题解决渗透了调查研究、资料(网络)查询、宣传设计等多学科学习方法，极大提升了学生运用不同方法解决复杂现实问题的能力。

知识和方法没有清晰的学科界限，跨学科习题情境的创设，能促使学生在学科交叉问题的解决中，实现不同学科知识的融合衔接，方法的融会贯通，使学生学会完整、全面认识世界，解释现象，培养更多面向未来的复合型、综合型人才！

基于原始问题的习题情境、多样化问题解决的习题呈现和多学科融合的习题创新，一定会带来物理习题教学生动、多彩的新样态。