创设新情境 落实新理念

梁泽君

摘   要：以高考评价体系为标准，以物理学科核心素养为导向，对2021年福建省高考物理试题进行评价：试题以新情境为载体，以新理念为目标，落实“一核四层四翼”的考查，为高中物理教学指明方向。

关键词：试题;情境;能力

2021年是福建省新高考改革的第一年，采用“3+1+2”模式，物理是普通高中学业水平选择性考试科目，由福建省自主命题。从2021年福建省普通高考物理科目实测数据分析，难度0.56，标准差18.13，区分度0.45[ 1 ]。试题难度适中，区分度较好，既有利于引导高中物理教学，又有利于服务高校选拔人才。2021年福建省高考物理试题，遵循《普通高中物理课程标准》，以高考评价体系为依托，以试题情境为载体，设计生活实践问题情境和学习探索问题情境，凸显情境的时代性，试题素材新颖，融入福建特色，体现素养立意，实现“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”的考查内容，落实“基础性、综合性、应用性、创新性”的考查要求，达到“立德树人、服务选才、引导教学”的考查目的 [ 2 ]。特别是新情境试题的呈现方式和设问方式让人耳目一新，创设科学技术、生产生活、学习探索等情境，注重基本概念、基本规律和基本思想的考查，突出模型建构、推理论证和创新能力等关键能力的考查。试题主要体现以下三个方面。

1  创设科学技术情境，考查核心价值和学科素养，落实“立德树人”根本任务

以中国和世界的科学技术成果为素材进行命题，展现大国重器——中国载人潜水器“奋斗者”号，扩大国际视野——2020年诺贝尔物理学奖，既可以体现试题创设时代进步的情境，又可以引导学生关心科学技术的发展，增强学生为国家发展、社会进步而努力奋斗的责任感和使命感，体现高考物理学科的育人价值，促进学生学科素养的形成与发展。

例1.（2021年福建，题5）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909 m深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图1所示。下列说法正确的是（）

A. “奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波

B. “奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波

C. “探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现

D. “探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程

答案：B、D。

本题以中国载人潜水器“奋斗者”号创造深潜纪录为素材创设情境，让学生在感受大国重器的科技发展中入题，主要考查机械波、电磁波、波的分类和波的传播等概念，考查学生的物质观念。学生从试题获取信息，明确信息载体的含义，分析图文并推导出：“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体是声波，声波属于纵波;“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体是蓝绿光（光波），光波属于横波;“探索一号”与通信卫星要实现实时通信，需要经过大气层、真空层（空气稀薄），而机械波传播需要介质，无法实现实时通信，只能通过电磁波传播;“探索一号”与“探索二号”通信的信息载体是无线电波（电磁波），电磁波传播的过程也是能量传播的过程。本题以“奋斗者”号深潜联合作业为情境，图文并茂，需要学生获取信息、加工信息，而不是死记硬背、生搬硬套，对学生的学科素养要求较高。试题紧密联系科技发展，体现核心价值的引领作用，增强学生的民族自信心和自豪感。

例2.（2021福建，题8）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星S2的位置变化进行了持续观测，记录到的S2的椭圆轨道如图2所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为120 AU（太阳到地球的距离为1 AU），S2的运行周期约为16年。假设S2的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，可以推出（  ）

A. S2与银河系中心致密天体的质量之比

B. 银河系中心致密天体与太阳的质量之比

C. S2在P点与Q点的速度大小之比

D. S2在P点与Q点的加速度大小之比

答案：B、C、D。

本题以2020年诺贝尔物理学奖获奖成果为素材创设情境，让学生根据情境获取信息：恒星S2在银河系中心致密天体的万有引力作用下沿椭圆轨道运动，主要考查万有引力定律、牛顿运动定律、开普勒定律、线速度、向心加速度等物理知识以及椭圆偏心率等数学知识，考查学生的運动和相互作用观念。根据椭圆偏心率e==0.87和OQ的距离rOQ=a-c=120 AU，计算出半长轴a、焦距c和OP的距离rOP=a+c。构建两个物理模型：S2围绕银河系中心致密天体公转、地球围绕太阳公转，由万有引力定律和牛顿第二定律推导出∝M（其中r为半长轴、T为运行周期、M为中心天体的质量），可以推出银河系中心致密天体与太阳的质量之比，无法求出 S2与银河系中心致密天体的质量之比;由开普勒第二定律得vPΔt·rOP =vQΔt·rOQ ，可以推出S2在P点的速度vP与Q点的速度vQ大小之比;由万有引力定律和牛顿第二定律推导出a∝（其中a为加速度，r为S2到O点的距离），可以推出S2在P点与Q点的加速度大小之比。本题以真实的数据为素材，设置为定性分析而不是定量计算，目的在于减少繁杂的运算，突出逻辑推理的重要性。本题以物理学的科技成果为背景，引导学生关注前沿科技领域，关注科学发展和社会进步，激发学生探索自然的内在动力。

2  创设生产生活情境，考查必备知识，发挥“引导教学”指导作用

以福建和国家的生产生活情境为素材进行命题，融入福建地方特色——武夷山九曲溪，展示国家科技成果——火星探测器，既能体现试题的“基础性”“创新性”，又能引导学生关心生活、关注科技。试题以物理观念为导向，以科学思维为重点，考查基本概念和基本规律，考查学生的运动和相互作用观念 [ 3 ]，突出主干内容，为物理教学指明方向。

例3.（2021年福建，题1）一游客在武夷山九曲溪乘竹筏漂流，途经双乳峰附近的M点和玉女峰附近的N点，如图3所示。已知该游客从M点漂流到N点的路程为5.4 km，用时1 h，M、N间的直线距离为1.8 km，则从M点漂流到N点的过程中（）

A. 该游客的位移大小为5.4 km

B. 该游客的平均速率为5.4 m/s

C. 该游客的平均速度大小为0.5 m/s

D. 若以所乘竹筏为参考系，玉女峰的平均速度为0

答案：C。

本题以武夷山九曲溪乘竹筏漂流为素材创设情境，让学生在感受大自然的风光中入题，主要考查参考系、质点、位移、平均速率、平均速度等概念，把基本概念融入情境，考查学生的运动观念。学生在感受绿水青山的同时获取信息：该游客从M点漂流到N点的过程中，路程为5.4 km，位移为1.8 km;由平均速率的定义计算平均速率为1.5 m/s，由平均速度的定义计算平均速度为0.5 m/s;若以所乘竹筏为参考系，玉女峰的位移不为0，玉女峰的平均速度也不为0。本题结合福建特色考查学生的基本概念，既体现生活中的物理，又渗透物理中的美育，符合新课程的理念。

例4.（2021年福建，题13）一火星探测器着陆火星之前，需经历动力减速、悬停避障两个阶段。在动力减速阶段，探测器速度大小由96 m/s减小到0，历时80 s。在悬停避障阶段，探测器启用最大推力为7500 N的变推力发动机，在距火星表面约百米高度处悬停，寻找着陆点。已知火星半径约为地球半径的，火星质量约为地球质量的，地球表面重力加速度大小取10 m/s2，探测器在动力减速阶段的运动视为竖直向下的匀减速运动。求：

（1）在动力减速阶段，探测器的加速度大小和下降距离;

（2）在悬停避障阶段，能借助该变推力发动机实现悬停的探测器的最大质量。

答案：（1）1.2 m/s2，3840 m;（2）1875 kg。

本题以“天问一号”火星探测器登陆火星为素材创设情境，让学生在感受国家科技进展中入题，试题数据真实可靠，体现情境的科学性，考查匀变速直线运动规律、万有引力定律、牛顿运动定律和力的平衡等必备知识。第（1）小题中，在动力减速阶段，探测器做匀变速直线运动，应用匀变速直线运动的规律求解加速度和位移，注重基本概念和基本规律的考查，本小题难度0.88，区分度0.30 [ 1 ]，体现试题的“基础性”“应用性”。第（2）小题中，在悬停避障阶段，探测器受力平衡，试题创新问题设计，求解探测器的最大质量，必须先求火星表面的重力加速度，对比地球表面的重力加速度，再结合万有引力定律和牛顿第二定律解决问题，本小题难度0.67，区分度0.68[ 1 ]，体现试题的“综合性”“创新性”。本题考查学生从新情境中获取信息，突出主干知识的考查，侧重考查模型建构、推理论证能力，引导学生应用所学的物理规律解决实际问题，鼓励学生拓展视野，引导教师物理教学。

3  创设学习探索情境，考查关键能力，达到“服务选才”选拔功能

以学习探索情境为素材进行命题，创新情境的呈现方式，以文字、数据、示意图和图像的方式呈现信息，引导学生获取、加工信息，分析图像的物理意义，挖掘图像的隐含条件，突出逻辑推理、创新思维。试题以科学思维为主线，考查学生的运动和相互作用观念、能量观念，考查学生的模型建构、推理论证、创新能力，有利于高校选拔优秀人才。

例5.（2021年福建，题4）福建属于台风频发地区，各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为24.5 m/s～28.4 m/s，16级台风的风速范围为51.0 m/s～56.0 m/s。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌，则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的（）

A.2倍         B. 4倍         C. 8倍        D. 16倍

答案：B。

本题以福建台风对户外设施的影响为素材创设情境，让学生在感受台风的威力中入题，主要考查牛顿运动定律、动量定理等必备知识，考查学生的运动和相互作用观念。本题是一道估算题，需要学生应用微元思想构建柱状气体模型，假设气体的密度为ρ，台风的风速为v，交通标志牌面积为S，台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌，在接触的一小段时间Δt内，台风的质量为Δm=ρSvΔt。台风与交通标志牌碰撞后，若臺风的速度减为零，由动量定理得-FΔt=0-Δmv（其中F为交通标志牌对台风的作用力），推导出F∝v2，根据牛顿第三定律得到台风对该交通标志牌的作用力大小F'=F∝v2;若台风以速度v反弹，由动量定理得-FΔt=-Δmv-Δmv（其中F为交通标志牌对台风的作用力），同样得到F'=F∝v2。本题贴近福建生活实际，创设防台风的安全教育情境，需要学生经历分析、抽象、讨论、推理等过程，对学生的模型建构、推理论证能力要求较高。本题难度较大，区分度较好。

例6.（2021年福建，题15）如图4（a），同一竖直平面内A、B、M、N四点距O点的距离均为L，O为水平连线AB的中点，M、N在AB连线的中垂线上。A、B两点分别固定有一点电荷，电荷量均为Q（Q>0）。以O为原点，竖直向下为正方向建立x轴。若取无穷远处为电势零点，则ON上的电势φ随位置x的变化关系如图4（b）所示。一电荷量为Q（Q>0）的小球S1以一定初动能从M点竖直下落，一段时间后经过N点，其在ON段运动的加速度大小a随位置x的变化关系如图4（c）所示。图中g为重力加速度大小，k为静电力常量。

（1）求小球S1在M点所受电场力大小。

（2）当小球S1运动到N点时，恰与一沿x轴负方向运动的不带电绝缘小球S2发生弹性碰撞。已知S1与S2的质量相等，碰撞前、后S1的动能均为，碰撞时间极短。求碰撞前S2的动量大小。

（3）现将S2固定在N点，为保证S1能运动到N点与之相碰，S1从M点下落时的初动能须满足什么条件？

答案：（1）;    （2）;

（3）Ek>。

本题以等量同种电荷产生的电场为背景创设情境，带电小球在等量同种电荷连线的中垂线上运动，主要考查力的合成与分解、牛顿运动定律、库仑定律、電势、动能和动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律等必备知识。第（1）小题中，小球S1在M点受到A、B两点固定点电荷的作用力，由库仑定律、力的合成求解小球S1在M点所受电场力大小，为第（2）小题的分析做好铺垫，体现试题的“基础性”;第（2）小题中，两质量相等的小球S1与S2发生弹性碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律推出：两小球碰撞后交换速度。而要求解碰撞前S2的动量大小，必须求解S2的质量，这是本小题的难点。结合图4（c）a-x图像获取信息：S1在O点下方位置（假设为C点）的加速度为2g，由库仑定律、力的合成、牛顿第二定律得出小球S1的质量（即为S2的质量），再根据动能、动量的关系求出碰撞前S2的动量大小，为第（3）小题的求解奠定基础，体现试题的“综合性”;第（3）小题中，S1从M点下落，S1所受的合外力是重力G和电场力F（F为两个点电荷对小球S1的电场力的合力）的合力，ON段加速度大小a=，结合图4（c）a-x图像获取信息：S1在ON段的加速度大小先增大后减小，说明S1在ON段的电场力先增大后减小，由于S1在ON段和OM段所受的电场力大小关于O点对称，从而推导出S1从M点下落到O点的过程电场力先增大后减小。S1刚从M点下落时，F>G，加速度大小a=，因此加速度先增大后减小，加速度的方向竖直向上，说明S1向下做减速运动。当F=G时，S1加速度为零，此后F

总之，2021年福建省高考物理试题稳中有变、稳中有新，注重新情境的创设，展现核心价值的引领，重点考查学科素养和关键能力，引导减少死记硬背和“机械刷题”现象，真正实现了“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基[ 4 ]”的新理念。可见，基于高考评价体系的物理试题，以“一核四层四翼”为目标，需要创新试题情境的设计，关注科学、技术、社会、环境的发展与进步，落实立德树人，体现五育并举，突出理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力、创新能力[ 4 ]的考查。这样，既能实现德智体美劳全面发展的育人功能，又能为高中物理教学指明方向。

参考文献：

[1] 陈松，林杰，李明哲，等. 物理评价报告[M]. 福州：福建人民出版社，2021.

[2] 李勇，赵静宇，史辰羲. 高考评价体系的基本内涵与主要特征[J]. 中国考试，2019（12）：7-12.

[3] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[4] 程力，李勇. 基于高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径[J]. 中国考试，2019（12）：38-44.