基于核心素養(yǎng)立意的物理考試評價和啟示

摘 要：在深化基礎(chǔ)教育課程改革和考試招生制度改革的背景下，2016年全國卷的試題基調(diào)和各省份試題的變化都體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的導(dǎo)向。試題注重考查考生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任等核心素養(yǎng)，為今后一段時期內(nèi)的高考考試內(nèi)容改革指明了方向。

關(guān)鍵詞：高考試題；核心素養(yǎng)；物理觀念；科學(xué)思維；科學(xué)探究；學(xué)習進階

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）2-0045-4

在深化基礎(chǔ)教育課程改革和考試招生制度改革的背景下，“核心素養(yǎng)”成為一線教師和命題老師關(guān)注的焦點。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任，核心素養(yǎng)的命題立意在2016年高考物理試題中得到了很好的體現(xiàn)，為今后一段時期內(nèi)的高考內(nèi)容改革指明了方向[1]。

1 立足經(jīng)典模型，考查物理觀念

“物理觀念”是指基本知識、基本概念、基本規(guī)律和基本方法等在頭腦中的提煉和升華。主要包括運動觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念、能量觀念等要素。

例1 （2016江蘇卷第2題）有A、B兩小球，B的質(zhì)量為A的兩倍?，F(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出，不計空氣阻力。圖1中①為A的運動軌跡，則B的運動軌跡是（ ）

A.① B.② C.③ D.④

分析 本題從運動觀念立意，利用經(jīng)典的拋體模型，考查拋體運動觀念。拋體運動的加速度始終為g，與拋體的質(zhì)量無關(guān)。當將A、B兩物體以相同速率沿同一方向拋出時，運動軌跡應(yīng)該相同。本題如果學(xué)生沒有形成正確的拋體運動觀念，很容易想當然地認為重的物體拋得近一些，錯誤地選C選項。

例2 （2016全國I卷第19題）如圖2，一光滑的輕滑輪用細繩OO' 懸掛于O點；另一細繩跨過滑輪，其一端懸掛物塊a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b。外力F向右上方拉b，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。若F方向不變，大小在一定范圍內(nèi)變化，物塊b仍始終保持靜止，則（ ）

A.繩OO' 的張力也在一定范圍內(nèi)變化

B.物塊b所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化

C.連接a和b的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化

D.物塊b與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化

分析 本題從力的相互作用觀念立意。由滑輪性質(zhì)，滑輪兩側(cè)繩的拉力相等，物體a受到繩的拉力等于其重力。物體a、b均保持靜止，則a、b受到繩的拉力大小方向均不變，所以O(shè)O' 的張力不變，排除A、C選項，本題是多項選擇題，利用排除法可以得出B、D選項正確。

例3 （2016海南卷第10題）如圖3，一帶正電的點電荷固定于O點，兩虛線圓均以O(shè)為圓心，兩實線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運動的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點。不計重力，下列說法正確的是（ ）

A.M帶負電荷，N帶正電荷

B.M在b點的動能小于它在a點的動能

C.N在d點的電勢能等于它在e點的電勢能

D.N在從c點運動到d點的過程中克服電場力做功

分析 本題從能量觀念立意，以點電荷電場和帶電粒子在電場中的運動這一經(jīng)典模型為背景，考查電場力做功和動能、電勢能的變化關(guān)系，是一道以能量觀念立意的試題。電場能量的基本觀念是：在同一等勢面上，電場力不做功；電場力做正功，動能增加，電勢能減少；反之，電場力做負功，動能減少，電勢能增加。

啟示 通過以上三道試題的分析說明，高考試題旨在倡導(dǎo)通過高中階段的教學(xué)，尋找最佳的教學(xué)序列并精心設(shè)計教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生四大物理觀念，即運動觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念和能量觀念等；促進物理觀念的不斷進階，并能用這些觀念解決實際生活中的一些問題或應(yīng)用這些觀念來描述自然界的圖景。

2 創(chuàng)設(shè)意義情景，考查科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是指物理學(xué)的認識方式和科學(xué)方法的內(nèi)化，主要包括物理模型的建構(gòu)、科學(xué)思維的推理和論證等相關(guān)要素。

例4 （2016全國I卷第17題）利用三顆位置適當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊。目前地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為（ ）

A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h

分析 本題基于一種科學(xué)假設(shè)的情況下，以科學(xué)思維立意，考查考生的科學(xué)思維過程。這包括：

（1）模型建構(gòu)。地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期怎么變化？

（2）科學(xué)思維推理。從定性思維角度分析，在衛(wèi)星離地球的高度變小的情況下，要實現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，三顆衛(wèi)星的位置應(yīng)該怎樣分布？

（3）科學(xué)思維論證。在科學(xué)推理的基礎(chǔ)上，作出幾何關(guān)系圖，定量思維求出最小軌道半徑，計算出最小周期。

例5 （2016江蘇卷第9題）如圖4所示，一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出，魚缸最終沒有滑出桌面。若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等，則在上述過程中（ ）

A.桌布對魚缸摩擦力的方向向左

B.魚缸在桌布上的滑動時間和在桌面上的相等

C.若貓增大拉力，魚缸受到的摩擦力將增大

D.若貓減小拉力，魚缸有可能滑出桌面

分析 以貓拉桌布為情境，建構(gòu)木板木塊模型，以科學(xué)思維立意，考查考生的科學(xué)思維過程。

（1）模型建構(gòu)。魚缸在桌布上和在桌面上的受力與運動模型。

（2）科學(xué)思維推理。因為魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等，魚缸受到桌布向右的摩擦力與它受到桌面向左的摩擦力大小相等，所以魚缸向右加速的加速度大小與向右減速的加速度大小相等，方向相反。魚缸的初速度為零，末速度也為零，根據(jù)對稱性可知，魚缸做加速運動的時間與做減速運動的時間相等。

（3）科學(xué)思維論證。定性思維，若貓減小拉力，桌布的加速度減小，魚缸在桌布上的運動時間變長，而魚缸向右的加速度不變，由x=at2/2知，魚缸相對于桌面的位移變大，桌布被拉出后魚缸在桌面上的位移也變大，魚缸就有可能滑出桌面。

啟示 從以上兩道試題分析看出，試題通過意義情境（科學(xué)假設(shè)或聯(lián)系實際），考查科學(xué)思維，啟示在今后的高中教學(xué)中，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的意識和能力；培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面進行科學(xué)推理和論證的關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)的形成不是一蹴而就的，需要在教育教學(xué)過程中慢慢形成[2]。

3 基于事實證據(jù)，考查科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任

“科學(xué)探究”是指基于證據(jù)的猜想和假設(shè)，獲取證據(jù)信息和處理信息，并對實驗探究過程和結(jié)果進行分析和評估。“科學(xué)態(tài)度與責任”是指對待科學(xué)的正確態(tài)度和責任感，主要包括“科學(xué)本質(zhì)，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系（簡稱STSE）”等要素。

例6 （2016全國I卷23題） 現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R1（最大阻值為1000 Ω），滑動變阻器R2（最大阻值為2000 Ω），單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。

在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA。流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞。該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。

（1）在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖（圖5）的連線。

（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器_____________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為______Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是 。

②將開關(guān)向_______（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至 。

（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

分析 本題將熱敏電阻與報警器聯(lián)系起來創(chuàng)設(shè)新的情境，探索報警系統(tǒng)的實驗原理、提出新的操作步驟和思路。

（1）基于證據(jù)的猜想和假設(shè)

現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。由圖5可知，若把電阻箱作為模擬的熱敏電阻，利用等效替代實驗思想，即電阻箱和熱敏電阻并聯(lián)連接探究報警系統(tǒng)的原理，也是基于科學(xué)的態(tài)度和責任，防止貿(mào)然接入電路，損壞報警器。

（2）獲取證據(jù)信息和處理信息

證據(jù)信息：已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞。

處理信息：根據(jù)歐姆定律R=U/I，當U=18 V，通過報警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻： 900 Ω≤R≤1800 Ω。題中說明熱敏電阻在60 ℃時阻值為650.0 Ω，則串聯(lián)在電路中的電阻箱應(yīng)選R2。

（3）探究過程與結(jié)果的分析和評估

為防止通過報警器的電流過大，燒壞報警器，因此在連接電路時，滑動變阻器應(yīng)滑至最大值，即滑動變阻器的滑片置于b端。同時先接通模擬熱敏電阻，即開關(guān)向c端靠攏，然后緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警，這也體現(xiàn)了對科學(xué)探究的正確態(tài)度和責任感。

啟示 從以上試題分析可以看出，基于事實證據(jù)的過程性評價，診斷學(xué)生的學(xué)習情況和學(xué)習困惑，能夠促進教與學(xué)行為的改進，從而促進學(xué)生的發(fā)展。在高中教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)探究意識，科學(xué)探究的態(tài)度與責任，能在學(xué)習和日常生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜測與假設(shè)；使用各種方式、方法收集信息和處理信息，并能正確實施探究過程和對結(jié)果進行分析和評估。

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開學(xué)生的學(xué)習實踐，物理教學(xué)應(yīng)以貫穿物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線，以學(xué)生的學(xué)習實踐為依托，以評價改革推力成為深化改革的動力源[3]。

參考文獻：

[1]程力.增強基礎(chǔ)性和綜合性 深化高考物理內(nèi)容改革[J].物理教師，2016，37（5）：74-77.

[2]林明華. 高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)途徑[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2016（2）：4-6.

[3]曹義才.基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理實驗教學(xué)表現(xiàn)性評價[J].物理教師，2016，37（7）：9-11.

（欄目編輯 陳 潔）