“學(xué)業(yè)質(zhì)量”視域下高考試題對物理教學(xué)的啟示
——以2018年北京高考理綜卷第24題為例

(江蘇省徐州市第七中學(xué)，江蘇 徐州 221011)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對高考學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試命題的要求是：“注重考查對必修和選擇性必修課程中重要的物理概念與規(guī)律的理解與運(yùn)用情況，試題的任務(wù)情境要與生產(chǎn)生活、科技發(fā)展等緊密聯(lián)系，要關(guān)注物理學(xué)前沿與成果應(yīng)用；要探索設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)相關(guān)的問題情境，加強(qiáng)對學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)知識(shí)綜合解決實(shí)際問題能力的考查；要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的考查，能較好地區(qū)分學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平?！?018年北京高考理綜卷第24題立足核心素養(yǎng)，緊扣學(xué)業(yè)質(zhì)量，創(chuàng)新問題情境，考查關(guān)鍵能力，筆者從“學(xué)業(yè)質(zhì)量”視角對試題加以評(píng)析，并談?wù)剬ξ锢斫虒W(xué)的啟示。

1 基于核心素養(yǎng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量解讀

2018年《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》面向社會(huì)發(fā)布，研制出各學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是本次課標(biāo)修訂的主要變化之一。學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)教學(xué)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，注重培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，幫助教師和學(xué)生把握教與學(xué)的深度和廣度，為階段性評(píng)價(jià)、學(xué)業(yè)水平考試和升學(xué)考試命題提供重要依據(jù)，促進(jìn)教、學(xué)、考有機(jī)銜接，形成育人合力。

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是以物理學(xué)科核心素養(yǎng)及其表現(xiàn)水平為維度，結(jié)合高中物理課程內(nèi)容，對學(xué)生物理學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)的總體刻畫。高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量依據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面及其水平，根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識(shí)和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價(jià)值觀念的綜合程度，將高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為五級(jí)水平，并描述了物理觀念、模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新、問題、證據(jù)、解釋、交流、科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等12個(gè)要素不同水平學(xué)習(xí)結(jié)果的60個(gè)具體表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運(yùn)用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關(guān)鍵特征。

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)、教師開展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)。其中，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是高中畢業(yè)生應(yīng)達(dá)到的合格要求，是學(xué)業(yè)水平合格性考試的命題依據(jù)，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是用于高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題依據(jù)。

2 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量的高考試題評(píng)析

近幾年北京高考理綜卷物理部分在命題思路、能力立意、呈現(xiàn)方式等方面進(jìn)行了有益的探索，2018年北京高考理綜卷第24題注重體現(xiàn)新課改的理念，緊扣學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，突出對學(xué)生能力要求的考查，對中學(xué)物理教學(xué)產(chǎn)生了良好的導(dǎo)向性作用。

2.1 原題呈現(xiàn)

(1) 靜電場可以用電場線和等勢面形象描述。

a. 請根據(jù)電場強(qiáng)度的定義和庫侖定律推導(dǎo)出點(diǎn)電荷Q的場強(qiáng)表達(dá)式；

b. 點(diǎn)電荷的電場線和等勢面分布如圖1所示，等勢面S1、S2到點(diǎn)電荷的距離分別為r1、r2。我們知道，電場線的疏密反映了空間區(qū)域電場強(qiáng)度的大小。請計(jì)算S1、S2上單位面積通過的電場線條數(shù)之比N1/N2。

圖1

(2) 觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠(yuǎn)，單位面積接收的電磁波功率越小，觀測越困難。為了收集足夠強(qiáng)的來自天體的電磁波，增大望遠(yuǎn)鏡口徑是提高天文觀測能力的一條重要路徑。2016年9月25日，世界上最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST在我國貴州落成啟用，被譽(yù)為“中國天眼”。FAST直徑為500m，有效提高了人類觀測宇宙的精度和范圍。

a.設(shè)直徑為100m的望遠(yuǎn)鏡能夠接收到的來自某天體的電磁波功率為P1，計(jì)算FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率P2；

b.在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的，僅以輻射功率為P的同類天體為觀測對象，設(shè)直徑為100m的望遠(yuǎn)鏡能夠觀測到的此類天體數(shù)目是N0，計(jì)算FAST能夠觀測到的此類天體數(shù)目N。

2.2 任務(wù)描述

本題從學(xué)生較為熟悉的點(diǎn)電荷的電場線分布規(guī)律入手，以與“中國天眼”相關(guān)的電磁輻射設(shè)計(jì)探究情境。學(xué)生首先根據(jù)電場強(qiáng)度的定義和庫侖定律，推導(dǎo)出點(diǎn)電荷場強(qiáng)的分布規(guī)律，即與場源電荷的電荷量成正比，與到場源電荷間的距離的平方成反比；根據(jù)從場源電荷“出發(fā)”的電場線總條數(shù)是一定的，距離場源電荷越遠(yuǎn)，則相應(yīng)等勢面的面積越大，由N1S1=N2S2可得，單位面積通過的電場線條數(shù)與面積成反比，即與等勢面S1、S2到點(diǎn)電荷的距離的平方成反比。根據(jù)同一觀測距離上“單位面積上單位時(shí)間內(nèi)接收的電磁輻射能量相同”，可以計(jì)算出FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率；然后抓住“觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠(yuǎn)，單位面積接收的電磁波功率越小”“在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的”等信息，構(gòu)建能量輻射模型和簡單的宇宙模型，即可推導(dǎo)出FAST能夠觀測到的此類天體數(shù)目。

2.3 質(zhì)量目標(biāo)

本題第(1)問主要考查核心素養(yǎng)中“物理觀念”“科學(xué)思維”等要素，學(xué)生需要對點(diǎn)電荷、電場強(qiáng)度、電場線、等勢面等概念和庫侖定律等規(guī)律及其相互關(guān)系有較為深刻的認(rèn)識(shí)，然后綜合應(yīng)用這些物理知識(shí)解決實(shí)際問題。

第(2)問中主要考查核心素養(yǎng)學(xué)業(yè)質(zhì)量中“科學(xué)思維”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等要素，學(xué)生需要類比第(1)問點(diǎn)電荷的電場線模型，構(gòu)建能量輻射模型和簡單的宇宙模型，通過科學(xué)推理解決實(shí)際問題。同時(shí)，在問題解決的過程中，讓學(xué)生感受到我國科技事業(yè)上所取得的偉大成就，增強(qiáng)學(xué)生的自豪感、使命感和責(zé)任感。

總之，試題符合學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4中“理解所學(xué)的物理概念和規(guī)律及其相互關(guān)系，能正確解釋自然現(xiàn)象，綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題；能將實(shí)際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成所學(xué)的物理模型；能對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋；能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論；能對已有結(jié)論提出有依據(jù)質(zhì)疑，采用不同方式解決物理問題”的要求。

3 對物理教學(xué)的啟示

從評(píng)價(jià)角度看，物理學(xué)科核心素養(yǎng)解決了“為什么考”的問題，即發(fā)展和評(píng)定學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則回答了“考什么”的問題，即以行為表現(xiàn)評(píng)定物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。而考試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)回答的則是“怎么考”“如何評(píng)”的問題，即如何通過評(píng)價(jià)技術(shù)手段獲得這些行為表現(xiàn)。因此，如何透過考試評(píng)價(jià)，深刻理解物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，切實(shí)發(fā)揮學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)作用，準(zhǔn)確把握物理教學(xué)的深度和廣度，成為廣大一線物理教師需要研究的問題。

3.1 教學(xué)目標(biāo)的確定應(yīng)基于物理核心素養(yǎng)

美國著名教育家布盧姆曾說過：有效的學(xué)習(xí)始于準(zhǔn)確地知道達(dá)到的目標(biāo)是什么。因此，教學(xué)目標(biāo)的確立是實(shí)現(xiàn)課堂有效教學(xué)的前提與保障。物理教學(xué)若僅以知識(shí)教學(xué)為目標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致教學(xué)設(shè)計(jì)聚焦于知識(shí)，教師就會(huì)僅僅專注于學(xué)生獲得知識(shí)，從而忽視物理課程對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。為此，必須把培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，即將學(xué)生“物理觀念”的形成與發(fā)展、“科學(xué)思維”能力的發(fā)展與提升、“科學(xué)探究”能力的提升與培養(yǎng)和“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感”的培養(yǎng)與提升作為教學(xué)目標(biāo)，并落實(shí)于整個(gè)物理教學(xué)活動(dòng)中。

3.2 教學(xué)過程的實(shí)施應(yīng)注重問題情境創(chuàng)設(shè)

捷克教育家夸美紐斯指出：一切知識(shí)都是從感官開始的。通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生多感官體驗(yàn)，是一種具有互動(dòng)性和開放性的課堂教學(xué)方式。在物理課堂教學(xué)中，需要教師通過創(chuàng)設(shè)物理情境，并依據(jù)物理情境設(shè)置系列問題，讓學(xué)生置身于物理情境之中,在問題的探究和解決中使學(xué)生深入理解物理知識(shí),提高學(xué)生分析、探求和解決實(shí)際問題的能力。教學(xué)實(shí)踐證明：創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用，如：在物理概念教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的物理情境，可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維；在物理規(guī)律的探究中，創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)科學(xué)探究過程的問題情境，可以提升學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，提高科學(xué)探究能力；在物理知識(shí)的應(yīng)用中，創(chuàng)設(shè)與生產(chǎn)生活相結(jié)合的實(shí)際情境，可以提高學(xué)生將實(shí)際情境轉(zhuǎn)換為物理模型的建模能力，形成把情境與物理知識(shí)相關(guān)聯(lián)的意識(shí)。

3.3 習(xí)題的設(shè)計(jì)應(yīng)突出原始物理問題

著名的物理學(xué)家楊振寧先生指出：物理學(xué)的根源是現(xiàn)象，不是演算。在物理教學(xué)中，物理習(xí)題教學(xué)對應(yīng)的是“演算”，而原始物理問題教學(xué)對應(yīng)的是物理現(xiàn)象。自然界及生活、生產(chǎn)、科研中客觀存在的未被加工的原始物理問題具有客觀性、復(fù)雜性、條件的隱蔽性、思考方式的多樣性等特點(diǎn)，學(xué)生在解答原始物理習(xí)題時(shí)，需要從物理現(xiàn)象、物理情境中構(gòu)建物理模型，提出物理問題，設(shè)置所需物理量，再應(yīng)用所學(xué)物理概念、規(guī)律等來解答。這種運(yùn)用直覺思維，通過簡化、抽象出物理問題，并進(jìn)行科學(xué)建模的過程，對培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力有重要作用。

因此，基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理教學(xué)應(yīng)注重原始物理問題的教學(xué)研究，通過對原始問題的分解、簡化、抽象與表征，培育學(xué)生的辯證思維、抽象思維、形象思維和歸納思維能力，而這些正是學(xué)生科學(xué)思維能力的必備要素。