武漢市一年來高三物理調(diào)研考試科學(xué)探究題探析

為備戰(zhàn)高考，我市高三物理行之有效、堅(jiān)持多年、有廣泛影響力的調(diào)研考試當(dāng)屬九月起點(diǎn)調(diào)研考試、二月調(diào)研考試和四月調(diào)研考試，其組成涵蓋高中物理全部核心知識、緊盯高考、模擬高考的方向性引領(lǐng)。我市多年高考物理優(yōu)良成績證明了這種做法的正確性、權(quán)威性，在學(xué)校、學(xué)生、家長中有廣泛的影響力。本文嘗試探析我市高三物理調(diào)研考試科學(xué)探究題目，尋求對高三物理復(fù)習(xí)備考的指導(dǎo)價(jià)值。

一、物理核心素養(yǎng)之科學(xué)探究

2014年3月30日，《教育部關(guān)于全面深化課程改革 落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》正式提出核心素養(yǎng)體系，其中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)共有四個(gè)維度：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)容是：提出物理問題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對實(shí)驗(yàn)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力?！翱茖W(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素，科學(xué)探究的達(dá)成水平提出了五個(gè)等級的參考評價(jià)指標(biāo)，劃分為從“水平一”到“水平五”共五個(gè)等級，五個(gè)等級如下表所示。

科學(xué)探究問題 證據(jù) 解釋 交流水平一具有問題意識； 能在他人指導(dǎo)下使用所學(xué)的簡單的器材收集數(shù)據(jù)； 能對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理；具有與他人交流成果、討論問題的意識。水平二能觀察物理現(xiàn)象，提出物理問題；能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用所學(xué)的基本的器材獲得數(shù)據(jù)；能對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到初步的結(jié)論；能撰寫簡單的報(bào)告，陳述科學(xué)探究過程和結(jié)果。水平三能分析物理現(xiàn)象，提出可探究的物理問題，作出初步的猜想；能在他人幫助下制訂科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論，嘗試用已有物理知識進(jìn)行解釋；能撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用學(xué)過的物理術(shù)語、圖表等交流科學(xué)探究過程和結(jié)果。水平四能分析相關(guān)事實(shí)或結(jié)論，提出并準(zhǔn)確表述可探究的物理問題，作出有依據(jù)的假設(shè)；能制訂科學(xué)探究方案，選用合適的器材獲得數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行解釋；能撰寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對科學(xué)探究過程與結(jié)果進(jìn)行交流和反思。水平五能面對真實(shí)情境，從不同角度提出并準(zhǔn)確表述可探究的物理問題，作出科學(xué)假設(shè)；能制訂有一定新意的科學(xué)探究方案，靈活選用合適的器材獲得數(shù)據(jù)；能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，應(yīng)用已有物理知識作出科學(xué)解釋；能撰寫完整規(guī)范的科學(xué)探究報(bào)告，交流、反思科學(xué)探究過程與結(jié)果。

二、高三物理調(diào)研考試科學(xué)探究之意義

通常意義上，把“（1）提出問題；（2）猜想與假設(shè)；（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”稱為“完整”的科學(xué)探究。這個(gè)“完整”當(dāng)然是美好的，但從物理發(fā)展史看，實(shí)際的科學(xué)探究，遠(yuǎn)不是這么簡單，可能是某個(gè)觀點(diǎn)（物理問題）由甲提出，引起乙的興趣和共鳴，乙擴(kuò)大其影響并引起更多的人來制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，又可能由實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ω鼜?qiáng)的丙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)，并分析與論證，在更大范圍進(jìn)行評估、交流與合作，物理上有很多這樣的科學(xué)探究過程：萬有引力定律由牛頓完成“（1）提出問題；（2）猜想與假設(shè)”并提出了“月——地檢驗(yàn)”的思路方法，其他物理學(xué)家和天文學(xué)家共同在牛頓的探究基礎(chǔ)上完成“（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”，使萬有引力定律得到廣泛認(rèn)同，100多年后，再由卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室測量出引力常量的值，不僅再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了萬有引力，并使萬有引力定律更具有應(yīng)用價(jià)值。

可見，“完整的科學(xué)探究”是需要時(shí)間、人員的充分結(jié)合的過程。而在高三調(diào)研考試中，受限于目前的筆試模式，我們只能根據(jù)學(xué)生已掌握的科學(xué)探究素養(yǎng)，從“（1）提出問題；（2）猜想與假設(shè)；（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；（5）分析與論證；（6）評估、交流與合作”這幾個(gè)要素入手進(jìn)行設(shè)計(jì)考查，而把“（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”由題設(shè)的形式給出，從而形成“不完整的科學(xué)探究”考查模式，但因其仍有效考查了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，具有良好的區(qū)分度和一定的難度，是調(diào)研考試不可或缺的，仍具有很大的價(jià)值。

三、高三物理調(diào)研考試科學(xué)探究題目之探析

由于科學(xué)探究試題是高考理科綜合物理的必考題型，所以我市高三物理歷年、歷次調(diào)研考試也只有二題，這二題不僅要追求對當(dāng)年高考的創(chuàng)新模擬，還要對當(dāng)屆學(xué)生高三復(fù)習(xí)備考有較大的教學(xué)指導(dǎo)，所以，探析我市高三物理調(diào)研考試的科學(xué)探究題型，具有很大的價(jià)值和意義。

【典例1——2018屆我市高三物理九月起點(diǎn)調(diào)研考試12題】如圖(a)所示為一黑箱，內(nèi)有一節(jié)干電池、若干電阻，A、B為黑箱的兩個(gè)輸出端。

（1）為探索黑箱，某同學(xué)用多用電表進(jìn)行以下測量，你認(rèn)為正確的操作是______。

A．用歐姆擋測量A、B間的電阻

B．用直流電流擋測量A、B間的輸出電流

C．用直流電壓擋測量A、B間的輸出電壓

D．用交流電壓擋測量A、B間的輸出電壓

（2）含有電源的黑箱相當(dāng)于一個(gè)“等效電源”，A、B為等效電源的兩極。為了測定這個(gè)等效電源的電動勢和內(nèi)阻，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖(b)所示的電路。調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，記錄下電壓表的示數(shù)U，圖(c)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出的圖象，若忽略電壓表內(nèi)阻的影響，根據(jù)圖象可求得等效電源的電動勢E=______ V，等效內(nèi)阻r=_______Ω。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

（3）如果考慮電壓表內(nèi)阻的影響，測得的等效電源的電動勢與真實(shí)值相比______ ，測得的等效內(nèi)阻與真實(shí)值相比_______。（均選填“偏大”“偏小”或“相同”）

【探析】本題對“黑箱”進(jìn)行探究，第（1）問體現(xiàn)了科學(xué)探究對基本儀器的選擇使用的考查，是對科學(xué)探究基本操作能力的考查，體現(xiàn)了科學(xué)探究“證據(jù)”要素的“水平二”；第（2）問體現(xiàn)了調(diào)研考試難度與區(qū)分度的典型模式——科學(xué)探究原理（同時(shí)考查了利用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）的考查，題中把“黑箱”看成電源，是傳承經(jīng)典、守正創(chuàng)新的好題；第（3）問結(jié)合真實(shí)的科學(xué)探究，分析實(shí)驗(yàn)誤差，是對學(xué)生能力考查的又一次升華。因?yàn)檎`差分析始終是難點(diǎn)，達(dá)到了科學(xué)探究“解釋”的“水平四”。全題緊密圍繞科學(xué)探究，螺旋式、不同維度、不同難度考查了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

【典例2——2018年我市高三物理四月調(diào)研考試22題】如圖所示的裝置可以用來測量滑塊與水平面之間的動摩擦因數(shù)。在水平面上將彈簧的一端固定，另一端與帶有擋光片的滑塊接觸（彈簧與滑塊不固連）。壓縮彈簧后，將其釋放，滑塊被彈射，離開彈簧后經(jīng)過O處的光電門，最終停在P點(diǎn)。

（1）除了需要測量擋光片的寬度d，還需要測量的物理量有_______ 。

A．光電門與P點(diǎn)之間的距離s

B．擋光片的擋光時(shí)間t

C．滑塊（帶擋光片）的質(zhì)量m

D．滑塊釋放點(diǎn)到P點(diǎn)的距離x

（2）動摩擦因數(shù)的表達(dá)式μ＝ （用上述測量量和重力加速度g表示）。

（3）請?zhí)岢鲆粋€(gè)可以減小實(shí)驗(yàn)誤差的建議：_____________。

【探析】本題不屬于考試說明所要求的5個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)和7個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如同2016新課標(biāo)卷III第22題（探究安培力），但是核心器材是彈簧，如同2016年新課標(biāo)卷II第22題、2016年新課標(biāo)卷III第23題，本題在試題情景設(shè)計(jì)上有創(chuàng)新，創(chuàng)新光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度，對學(xué)生創(chuàng)新意識以開放性問題，允許學(xué)生從多種角度作答進(jìn)行考查，和當(dāng)年高考——2018新課標(biāo)卷I第22題思想幾乎契合。

第（1）問、第（2）問是在理解試題情景下，運(yùn)用相應(yīng)物理規(guī)律——?jiǎng)幽芏ɡ淼目茖W(xué)探究上的創(chuàng)新應(yīng)用，找出科學(xué)探究的目的——測量滑塊與水平面之間的動摩擦因數(shù)的表達(dá)式，是對科學(xué)探究“（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的考查，體現(xiàn)了科學(xué)探究“證據(jù)”要素的“水平四”；第（3）問為開放性問題，既要在科學(xué)探究原理的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材，弄清誤差產(chǎn)生的原由，會用多次測量求平均值的方法減少偶然誤差，才能提出對應(yīng)的建議，達(dá)到了科學(xué)探究“交流”的“水平四”。

限于篇幅，應(yīng)該說，我市高三物理歷年來，科學(xué)探究的試題好題迭出，很多為其他地市調(diào)研考試所引用，值得深入探析。