依据“学业质量水平”逐级突破

董友军

摘要：高中物理学业质量水平是高考命题的重要依据，自然也是分析高考试题以及指导具体教学的依据。以《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中相关的学业质量水平为依据，分析2023年广东高考物理实验试题，并进一步提出教学建议：以器材为基础，以方法为重点，以原理为主线，以综合为思路。

关键词：高考物理；学业质量水平；实验试题；实验教学

本文系广东教育学会“十四五”教育科研规划重点课题“基于学习进阶的高中物理教学设计实践研究”（编号：GDESH14002）的阶段性研究成果。

“高中物理学业质量分五级水平，既是指导学生自主学习和评价、教师开展日常教学设计、命题和评价的重要依据，也是高中学业水平考试命题的重要依据。”［1］“学业质量水平”自然也成为我们分析高考试题以及指导具体教学的依据。本文以《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“高中课标”）中相关的学业质量水平为依据，分析2023年广东高考物理实验试题——“考什么”和“如何考”，并进一步提出教学建议——“教什么”和“如何教”。

一、学业质量水平描述

根据问题情境的复杂程度、知识和技能的结构化程度、思维方式或价值观念的综合程度等，高中物理学业质量划分为五级水平。每一级水平皆包含物理学科核心素养的四个方面，主要表现为学生在不同复杂程度情境中运用重要概念、思维、方法和观念等解决问题的关键特征。［2］

高考物理实验试题，主要考查学生科学探究方面的物理学科核心素养。所谓“科学探究”，是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取

和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力［3］，主要包括问题、证据、解释、交流等要素［4］。在高中課标描述［5］的基础上，我们可以析出“科学探究”五级水平的具体描述（详见表1）。

二、广东高考物理实验试题分析

2023年广东高考物理实验试题共2道，分别为光学实验试题和电学实验试题。试题（为了便于指代，本文将需要完成的题空进行编号）及分析如下：

（一）光学实验试题及分析

（2023年广东高考物理试卷第11题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：

（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。

（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。

②移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图1所示。

③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图2所示，d1为（1.1）cm。测得d2为3.40cm。

（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n=（1.2）。由测得的数据可得折射率n为（1.3）（结果保留3位有效数字）。

（4）相对误差的计算式为δ=测量值-真实值真实值×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角（1.4）。

题空1.1为用刻度尺测量PM的长度。根据刻度尺的测量方法，由图2可以读出d1为2.25cm。要正确解答本题空，学生需要掌握刻度尺的测量方法，即“能根据已有的科学探究方案，使用基本的器材获得数据”，属于水平2。

题空1.2为用题目所给出的已测量的物理量写出折射率的表达式。先在图1中画上法线，得到入射角i和折射角r，再根据角度关系和三角函数关系可得sini=fMd1、sinr=fMd2，然后根据折射率的公式n=sinisinr，可以写出玻璃砖折射率的表达式n=d2d1。要正确解答本题空，学生不仅需要记住并理解折射率公式，还要掌握三角函数关系相关数学知识，以及根据图形位置推出角度关系，即“能分析数据，发现其中规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行解释”，属于水平4。

题空1.3为用测得的数据计算出折射率。由题空1.1可得d1=2.25cm，d2=3.40cm，代入题空1.2的结果n=d2d1中，并根据“结果保留3位有效数字”的要求，可得折射率n为1.51。要正确解答本题空，学生需要正确求解题空1.1和题空1.2，还要正确进行数学计算，并掌握保留有效数字的方法，即“能分析数据，发现特点，形成结论，尝试用已有的物理知识进行解释”，属于水平3。

题空1.4为“要减小d1、d2测量的相对误差，如何改变入射角”。根据题目提供的相对误差计算公式δ=测量值-真实值真实值×100%，要减小d1、d2测量的相对误差δ，就要增加d1、d2测量的“真实值”。通过作图可知，激光在M点入射时应尽量使入射角小一些。要正确解答本题空，学生需要理解题目提供的相对误差计算式，需要弄清入射角与d1、d2长度的关系，即“能用多种方法分析数据，发现规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行科学解释”，属于水平5。

（二）电学实验试题及分析

（2023年广东高考物理试卷第12题）某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有：电源E（电动势恒定，内阻可忽略）；毫安表○mA（量程15mA，内阻可忽略）；电阻R1（阻值500Ω）、R2（阻值500Ω）、R3（阻值600Ω）和R4（阻值200Ω）；开关S1和S2；装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池；导线若干。请完成下列实验操作和计算。

（1）电路连接

图3为实验原理图。在下页图4的实物图中，已正确连接了部分电路，只有R4一端的导线还未连接，该导线应接到R3的（2.1）（填“左”或“右”）端接线柱。

（2）盐水电导率和温度的测量

①测量并记录样品池内壁的长宽高。在样品池中注满待测盐水。

②闭合开关S1，（2.2）开关S2，毫安表的示数为10.0mA，记录此时毫安表的示数。计算得到流过样品池的电流I1为（2.3）mA。

③（2.4）开关S2，毫安表的示数为15.0mA，记录此时毫安表的示数。计算得到流过样品池的电流I2为（2.5）mA。

④断开开关S1，测量并记录盐水的温度。

（3）根据上述数据，计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为（2.6）Ω，进而可求得该温度时待测盐水的电导率。

题空2.1为把原理图转换为实物图。要使R4与毫安表和R3并联，该导线应接到R3的右端接线柱。要正确解答本题空，学生需要了解电路基本的连接方式——串联和并联，即“能根据已有的科学探究方案，使用基本的器材获得数据”，属于水平2。

题空2.2和题空2.4为判断开关S2是闭合还是断开。结合两次毫安表的示数分别为15.0mA和10.0mA，根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律，可得第③步中电路的总电阻小于第②步中电路的总电阻，再由串联与并联的电阻关系，说明第③步中开关S2是闭合的、第②步中开关S2是断开的。要正确解答本题空，学生需要根据题目中的数据关系，运用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律，以及串联、并联的电阻大小关系，即“能分析数据，发现其中规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行解释”，属于水平4。

题空2.3和题空2.5为求流过样品池的电流大小。由题空2.2的解答结果可知，第②步中开关S2断开，由部分电路欧姆定律和串并联电路关系得I1=ImA1R3R4+ImA1=400 mA。由题空2.4的解答结果可知，第③步中开关S2闭合，由部分电路欧姆定律和串并联电路关系得I2=ImA2R3R4+ImA2=600mA。要正确解答本题空，学生需要运用部分电路欧姆定律，以及串联、并联电路关系，即“能分析数据，发现特点，形成结论，尝试用已有的物理知识进行解释”，属于水平3。

题空2.6为求待测盐水的电阻大小。根据题空2.2和题空2.3的解答结果，由闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串并联电路关系得E=I1R2+ImA1R3+I1R。根据题空2.4和题空2.5的解答结果，由闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串并联电路关系得E=I2R2+ImA2R3+I2R。根据以上两式，可得样品池两电极板间待测盐水的电阻R为100Ω。要正确解答本题空，学生需要正确解答题空2.2、题空2.3、题空2.4、题空25，还要运用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律，以及串联、并联电路关系，即“能用多种方法分析数据，发现规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行科学解释”，属于水平5。

两道实验题题空，没有考查水平1的题空，可能是因为水平1要求太低，不适合在选拔性考试中出现；难度呈现进阶趋势，即首问都比较简单（为水平2），末问都比较复杂（为水平5）。并且，题空之间存在关联，如题空1.3与题空1.1、题空1.2相关联，题空2.6与题空2.2、题空2.3、题空2.4、题空2.5相关联。只要关联处出现错误，就会导致后续设问解答出错，无形中增大了题目的出错率。

三、教学建议

高中课标指出，不同（学业质量）水平之间具有由低到高逐渐递进的关系［6］，高考物理实验试题也呈现了逐级考查的特点。这启发我们在高中物理实验教学中，应依据学业质量水平，带领学生以器材为基础、以方法为重点、以原理为主线、以综合为思路，逐级突破。

（一）以器材为基础

器材是指常用的实验器材，如长度测量器材包括刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等，时间测量器材包括时钟、秒表、电磁打点计时器、电火花计时器等，质量测量器材包括天平、杆秤等，电学量测量器材包括电流表、电压表、电阻箱、多用电表等。以器材为基础，是指要掌握器材基本的测量原理、使用方法、读数规则等。

例如，人教版高中物理必修第一册“测量纸带的平均速度和瞬时速度”实验教学，教师引导学生以刻度尺、电磁打点计时器为基础，重视刻度尺读数规则：刻度尺数值单位是cm；最小分度值是1mm；小于1mm要分成十等份去估读。这样，当学生遇到如题空1.1这样涉及刻度尺读数的问题时，就能快速、准确得到读数。

（二）以方法为重点

方法是指解决物理问题的方式和办法。方法包括学科方法和思维方法：学科方法属于强认知方法，体现学科特点，可迁移性弱；思维方法属于弱认知方法，贯穿各门学科，可迁移性强。［7］以方法为重点，是指方法处于解决实验问题的中心位置（如图5所示）：自然现象通过方法得到物理知识，物理知识通过方法得到函数关系，函数关系通过方法得到拓展应用，方法把自然现象、物理知识、函数关系、拓展应用联系起来。

例如，人教版高中物理必修第三册“电池电动势和内阻的测量”实验教学，教师引导学生关注部分电路规律法、闭合电路规律法、串联电路规律法、并联电路规律法。这样，当学生遇到题空2.3这样的问题时，通过方法迁移，就可以比较自如地得到答案。

（三）以原理为主线

原理是指实验原理，常为物理公式。以原理为主线，是指原理贯穿实验的始终，即用原理去挑选器材、用原理去安排顺序、用原理去处理数据、用原理去分析误差、用原理去设计创新等。原理既是实验设计的出发点，也是解决问题的归宿。

例如，人教版高中物理选择性必修第一册“测量玻璃的折射率”实验教学，教师先在黑板上板书实验原理——折射率公式n=sinisinr，再引导学生思考：通过公式中的n，可以选择实验器材为透明玻璃；通过sinθ=ac，若令c=1，则sinθ=a，从而不要用量角器测量角度i、r，只要用刻度尺测量角度对边长度a即可，且简化了数据处理；通过n=sinisinr，还可以分析测量误差是偏大还是偏小。学生找到了实验原理，就找到了解题路径，实验试题无论怎么设问（如题空1.2），只要从原理上去思考，就能够轻松找到解题方法。

（四）以综合为思路

综合是指在头脑中把事物或对象各个部分、各种属性联合为一个整体。以综合为思

路，是指在解决实验问题时，把与该问题相关的各种知识作为一个整体，进行全面分析。

例如，人教版高中物理必修第三册“电池电动势和内阻的测量”实验教学，教师引导学生以电路为思维起点，综合考虑与电路相关的知识整体：闭合电路欧姆定律与部分电路欧姆定律、串联电路规律与并联电路规律、纯电阻电路与非纯电阻电路，以及它们对应的电压、电流、电阻、电热、电功、电功率之间的关系，得到如表2所示的表格。构建了这样的知识结构，当学生遇到如题空2.6这样的问题时，就能快速明确电路类型和其中物理量之间的关系，进而准确得出答案。

基于“学业质量水平”分析高考物理实验试题，不仅可以把握高考物理实验命题的特点与趋势，还可以指导高中物理实验教学的实施，从而理顺教考关系，实现“以考促教、以考促学”。

参考文献：

［1］［2］［3］［4］［5］［6］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，2020：48，45，5，5，4648，45.

［7］董友軍，朱建山，刘芳.学习进阶视域下的高考物理实验试题分析与教学策略——以2022年全国甲卷物理实验试题为例［J］.物理实验，2022（9）：4853.