回歸物理本質(zhì)凸顯核心素養(yǎng)

張一馳　陳怡

摘要：基于物理核心素養(yǎng)的視角，通過對2018年全國Ⅰ卷綜合物理科的計算題進行評析，挖掘新課程改革環(huán)境下全國I卷物理命題新特點，給一線教師以備考啟示，最終實現(xiàn)在教學(xué)中融入對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；全國卷；物理計算題；評析；啟示

作者簡介：張一馳（1992-），男，碩士研，物理教師，研究方向：高中物理課程與教學(xué)、CYPT/IYPT競賽、丘成桐科學(xué)獎、STEM教育等；

陳怡（1993-），女，碩士，物理教師，研究方向：高中物理課程與教學(xué)，PISA試題與測試研究，美國AP物理課程等.

高考物理全國卷I的命制以《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科）》為內(nèi)容和要求，核心落腳在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》.2016年提出的新課程改革，必將引領(lǐng)高考命題改革.本文以2018年全國I卷綜合物理科的計算題為例，挖掘新課程改革環(huán)境下命題新特點，領(lǐng)會高考評價體系，把握高考試題方向，關(guān)注試題新動向，給一線教師以備考啟示，目的是實現(xiàn)在新課教學(xué)和復(fù)習(xí)教學(xué)中融入對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

12018年全國卷理綜24題評析

原題呈現(xiàn)一質(zhì)量為m的煙花彈獲得動能E后，從地面豎直升空.當(dāng)煙花彈上升的速度為零時，彈中火藥爆炸將煙花彈炸為質(zhì)量相等的兩部分，兩部分獲得的動能之和也為E，且均沿豎直方向運動.爆炸時間極短，重力加速度大小為g，不計空氣阻力和火藥的質(zhì)量.求：

（1）煙花彈從地面開始上升到彈中火藥爆炸所經(jīng)過的時間；

（2）爆炸后煙花彈向上運動的部分距地面的最大高度.

能力素養(yǎng)要求本題主要考查了學(xué)生對動能定律、能量守恒定律、動量守恒定律、勻變速直線運動（豎直上拋）的理解能力以及對簡單物理過程的建模推理能力.

從新課標(biāo)學(xué)科核心素養(yǎng)的角度闡釋，本題的素養(yǎng)要求主要著眼于物理觀念和科學(xué)思維兩個層面，其中物理觀念層面達到水平二至水平三的要求，而科學(xué)思維層面達到水平二要求，如表1所示.

解析第一問，可以選擇設(shè)初速度v0，然后用運動學(xué)公式求解.核心方程為E = 12mv20 和v0=gt.也可以設(shè)未爆炸前上升高度為H，用能量守恒結(jié)合運動學(xué)公式求解.核心方程為E=mgH和H=12gt2.此過程屬于對簡單的物理現(xiàn)象進行分析和推理.

第二問，煙花彈在最高點爆炸，此過程為爆炸（反沖）模型，滿足能量守恒定律和動量守恒定律.若設(shè)爆炸后上下兩部分速度為v1和v2，取v1速度向上，v2速度向下.

則根據(jù)能量守恒定律有

E=12m2v21+12m2v22

根據(jù)動量守恒定律有

m2v1=m2v22.

由此可以求得v1和v2.再對煙花彈上部分研究，設(shè)其第二次上升高度為h，由能量守恒定律有，12m2v21=m2gh，最終全過程上升高度即為H+h.

點評本題所描述的物理情境本身不復(fù)雜，計算不繁瑣，文字不啰嗦.但是其有著鮮明的特點，過程清晰，模型經(jīng)典，規(guī)律基礎(chǔ).同時，在一個簡單的物理過程中，卻涉及到運動學(xué)公式、能量守恒定律和動量守恒定律，幾乎涵蓋了解決力學(xué)問題最重要的幾種方法，其解答雖然簡單，但思想并不淺層，有利于學(xué)生全面思考問題，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu).

綜合來看，全國卷24題計算題的趨勢是越來越回歸物理的本質(zhì)，要求學(xué)生熟悉基本定義和概念，學(xué)會利用最基礎(chǔ)的模型和方程解決帶有現(xiàn)實背景的題目，側(cè)重考察學(xué)生物理觀念的核心素養(yǎng)，顯然是物理觀念重于數(shù)學(xué)計算的直接體現(xiàn).

22018年全國卷理綜25題評析

原題呈現(xiàn)如圖1，在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負(fù)方向的勻強電場，場強大小為E，在 y<0的區(qū)域存在方向垂直xOy平面向外的勻強磁場.一個氕核11H和一個氘核21H先后從y軸上y=h點以相同的動能射出，速度方向沿x軸正方向.已知11H進入磁場時，速度方向與x軸正方向的夾角為60°，并從坐標(biāo)原點O處第一次射出磁場.11H的質(zhì)量為 m，電荷量為q.不計重力.求：

（1）11H第一次進入磁場的位置到原點O的距離；

（2）磁場的磁感應(yīng)強度大??；

（3）21H第一次離開磁場的位置到原點O的距離.

能力素養(yǎng)要求本題主要考查了學(xué)生對帶電粒子在電場中的類平拋運動，帶電粒子在磁場中的圓周運動的推理能力、分析綜合能力以及運用數(shù)學(xué)處理問題的能力.

從新課標(biāo)學(xué)科核心素養(yǎng)的角度闡釋，本題體現(xiàn)的素養(yǎng)要求主要著眼在科學(xué)思維這個層面，其中科學(xué)思維層面需達到水平三至水平四要求.

解析傳統(tǒng)角度解決這個問題方法較為固定，即把粒子運動分為兩個過程，分別為在電場中的類平拋運動以及在磁場中的圓周運動.處理帶電粒子在電場中的類平拋運動，本題只需把運動分解為水平和豎直兩個方向，分別列出運動學(xué)公式，結(jié)合題目所給的速度偏轉(zhuǎn)角即可求出第（1）問.

設(shè)11H進入磁場時，水平速度為vx，豎直速度為vy，根據(jù)題意

tan60°=vyvx

在運動過程中，水平方向有x=vxt；豎直方向有vy=at，h=12at2.

聯(lián)立以上各式，可求得x=233h.

建立在第（1）問基礎(chǔ)上，第（2）問的處理就變成了一個簡單的圓周運動，僅需記住求解圓周半徑需要用到的是合速度而非某一方向的分速度即可.

由幾何關(guān)系：2cos30°R=x.

由牛頓第二定律：qvB=mv2R，

其中v=v2x+v2y=vxsin30° .

聯(lián)立以上各式，得B=6mEqh.

處理第（3）問時，整體思路和（1）（2）問完全一致，需注意此時粒子質(zhì)量變?yōu)橹?倍，同樣把粒子運動分為兩個過程，帶入計算即可.最終得到距離為23（6-3）h.

當(dāng)然，如果跳出傳統(tǒng)，從不同的角度思考物理問題，甚至采用不同方式分析解決物理問題，那這道題的處理就變得十分靈活.第（1）問中如果學(xué)生知道“類平拋運動過程中，任意時刻速度的反向延長線一定經(jīng)過此時沿拋出方向水平總位移的中點”這個模型的特征結(jié)論，即可根據(jù)幾何關(guān)系快速列出x2tan60°=h，僅一步即可解出答案.第（3）問中如果學(xué)生熟悉電偏轉(zhuǎn)模型，知道“動能相同的粒子，在同一點垂直電場方向射入電場過程中，在電場中的運動軌跡完全一致”，這個特征結(jié)論，則可以快速得到最終21H進入磁場時，速度方向與x軸正方向的夾角同樣為60°，從而清晰地理解粒子運動的過程，規(guī)避復(fù)雜的運算，輕松得到結(jié)果.

點評仍舊從2017年、2018年連續(xù)兩年全國卷的命題趨勢來看，第25題計算題的特點是模型清晰（即題目不難理解），但公式較多，需要對綜合性過程進行分析和推理，運用一定數(shù)學(xué)知識，計算較繁瑣，常規(guī)解法較為費時，學(xué)生在有限時間內(nèi)很難計算出正確答案.但同時，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中對物理模型有過深度學(xué)習(xí)，能從不同的角度思考物理問題，甚至采用不同方式分析解決物理問題，那25題又反而可以速解.

綜合來看，全國卷25題計算題的趨勢是強化物理建模過程，強調(diào)利用數(shù)學(xué)解決問題，同時為進行過深度學(xué)習(xí)的學(xué)生提供大量巧解方法，側(cè)重考察學(xué)生物理思維的核心素養(yǎng)，是物理思維與計算能力并重的表現(xiàn).

3啟示

31回歸教材，夯實基礎(chǔ)

從計算題尤其是24題的分析可以看出，基礎(chǔ)概念和知識即是考察的重點，也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理、培養(yǎng)能力的基石.圍繞教材、夯實基礎(chǔ)，是復(fù)習(xí)教學(xué)的立足點，更是學(xué)生形成物理觀念的核心素養(yǎng)的靈魂工作.教師應(yīng)該帶動學(xué)生參與對課本的研讀，不但要記憶一些基本概念和規(guī)律，更要弄清概念、規(guī)律的由來、內(nèi)涵和外延，要讓學(xué)生從多個角度對概念有深刻的掌握，讓知識更有體系感和層次感.因此，不論學(xué)校的層次和學(xué)生水平的高低，建議所有教師在復(fù)習(xí)中所選試題均要體現(xiàn)基礎(chǔ)性，不能一味拔高，試題選擇必須充分體現(xiàn)由易到難的漸進關(guān)系，讓學(xué)生打好基礎(chǔ)的同時激發(fā)積極性.

32回歸能力，深度探究

從計算題尤其是25題的分析可以看出，全國卷強調(diào)利用數(shù)學(xué)解決問題，同時為進行過深度學(xué)習(xí)的學(xué)生提供大量巧解方法，側(cè)重考察學(xué)生物理思維的核心素養(yǎng).想要培養(yǎng)學(xué)生的能力，就必須讓學(xué)生對同一個問題有深度的思考和探究，即所謂的深度學(xué)習(xí).教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)體系，注重知識的聯(lián)系性和整體性，善于類比不同的問題，利用類比和聯(lián)系來解決各類問題.同時，教師應(yīng)該注重對同一物理模型的多角度詮釋和解答，鼓勵學(xué)生盡可能獨立推導(dǎo)并證明有關(guān)結(jié)論.站在更高的角度，還可以對學(xué)生處理問題時使用數(shù)學(xué)方法進行分類和深度學(xué)習(xí)，例如開展電磁場中臨界問題的代數(shù)解法和幾何解法專題展示等等.

33回歸素養(yǎng)，提升思維

新課程改革環(huán)境下，命題的總體趨勢是“回歸物理本質(zhì)凸顯核心素養(yǎng)”，命題考察最核心部分還是學(xué)生的物理思維素養(yǎng)，如何讓教學(xué)回歸素養(yǎng)，讓學(xué)生提升思維，是新課改環(huán)境下所有教師需要去思考和努力的方向.科學(xué)方法的教育和思維的教育在《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中并沒有明確顯示出來，需要教師在新教材中，在新課程中，在新教研中以及在新高考中不斷去挖掘.只有從實踐中來到實踐中去，只有有意識地顯化科學(xué)方法，滲透物理思想，才有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，發(fā)展物理能力，形成核心素養(yǎng)，從而提高學(xué)生的綜合素養(yǎng).

參考文獻：

[1]教育部普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]教育部普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2016.

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[4]李華君， 黃沛華 核心素養(yǎng)導(dǎo)向的高考物理試題情境創(chuàng)設(shè)[J].物理教師， 2017， 38（5）：75-78.

[5]陳海， 陳麗珊 圍繞高考試題落實高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考， 2016（14）：21-22.