聚焦高考試題 反思課堂教學(xué)促進(jìn)物理核心素養(yǎng)落地

王美芹　呂良

摘要：近年來北京高考物理試題突出從知識立意向能力立意轉(zhuǎn)變，考查學(xué)生物理核心素養(yǎng).本文以2018年北京高考理綜第20題為例，分析試題立意，以及試題對學(xué)生能力考查和物理核心素養(yǎng)考查的途徑，據(jù)此反思物理課堂教學(xué)如何改進(jìn)，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)落地.

關(guān)鍵詞：高考;課堂教學(xué);核心素養(yǎng)

近年來北京高考物理試題突出從知識立意向能力立意轉(zhuǎn)變，考查學(xué)生物理核心素養(yǎng).請看2018年北京高考理綜第20題：

根據(jù)高中所學(xué)知識可知，做自由落體運動的小球，將落在正下方位置.但實際上，赤道上方200 m處無初速下落的小球?qū)⒙湓谡路轿恢闷珫|約6 cm處.這一現(xiàn)象可解釋為，除重力外，由于地球自轉(zhuǎn)，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比.現(xiàn)將小球從赤道地面豎直上拋，考慮對稱性，上升過程該“力”水平向西，則小球

A.到最高點時，水平方向的加速度和速度均為零

B.到最高點時，水平方向的加速度和速度均不為零

C.落地點在拋出點東側(cè)

D.落地點在拋出點西側(cè)

1 試題解析

答案：D

從題設(shè)條件可知：小球下落過程中同時參與了兩個方向的運動：豎直方向的分運動是自由落體運動，這是學(xué)生熟知的典型運動模型;水平方向的分運動是學(xué)生不熟悉的，需要從題目去尋找相關(guān)條件來判斷物體的運動規(guī)律.除重力外，由于地球自轉(zhuǎn)，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比.可以判斷出水平方向的力向東且大小正比于豎直速度，當(dāng)小球豎直上拋時，由對稱性分析可知，水平力向西且大小正比于豎直速度，即隨時間均勻減小.綜上所述：小球在上拋的整個過程中先受到一個向西均勻減小的力，到最高點減為零，然后受到—個水平向東的隨時間均勻增加的力，根據(jù)牛頓二定律可知最高點水平加速度為零;知道了水平加速度變化規(guī)律，根據(jù)力和運動關(guān)系可以判斷水平速度是先增加后減小，但方向一直向西，因此小球的水平位移一直向西，從而落點在拋出點西側(cè).

2 試題立意分析

2.1 立意及能力考查

試題以“落體偏東”的實際情景為素材，通過描述新知識：物體在下落時科里奧利力“向東，并與速度大小成正比”，考查學(xué)生提取信息能力;通過熟悉的豎直方向自由落體運動和“未知”的水平運動建立運動過程模型考查學(xué)生的科學(xué)思維能力;通過對“未知”水平運動的分析考查學(xué)生對運動學(xué)概念及規(guī)律的深入理解;通過上升與下落的過程及“水平”和“豎直”兩個方向運動的綜合分析，考查對稱思想以及科學(xué)推理能力.

2.2 核心素養(yǎng)及考查途徑

本題涉及物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面的核心素養(yǎng).物理觀念方面，涉及經(jīng)典物理學(xué)的運動觀、相互作用的觀念及運動與相互作用的關(guān)系，要求學(xué)生明確運動的矢量性，會用矢量觀點分析水平與豎直兩個方向的運動，在分析水平運動時會用力和運動關(guān)系判斷加速度和速度隨時間變化的規(guī)律.科學(xué)思維方面，要求學(xué)生能夠運用分析與類比的方法構(gòu)建新的運動模型，能夠運用邏輯推理定性分析水平力、加速度、速度以及位移的變化規(guī)律.科學(xué)探究方面，要求學(xué)生敢于對熟悉的自由落體模型的運動規(guī)律提出質(zhì)疑，并能夠從題目信息做出正確的選擇和判斷.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面，經(jīng)對本題的一系列分析可知，小球水平方向的運動是一個始終向西的先加速后減速的過程，是對力和運動關(guān)系的本質(zhì)以及對于運動的矢量性本質(zhì)理解的考查，同時考查學(xué)生是否敢于質(zhì)疑權(quán)威，相信自己的推理和判斷.

考查途徑分析：A、B選項意圖引導(dǎo)學(xué)生通過水平力與豎直速度的正比關(guān)系以及題目提示的對稱性的思考，得出水平力先向西后向東，先減小后增大，根據(jù)牛頓第二定律判斷水平加速度先向西后向東，先減小后增大，進(jìn)而分析水平速度的變化規(guī)律.因為水平力與豎直速度成正比，最高點豎直速度為零，則水平力為零，水平加速度為零.但水平加速度為零，速度一定為零嗎？部分學(xué)生對于力和運動關(guān)系的本質(zhì)不夠清晰，加上對自由落體運動規(guī)律的熟知就會選擇A項.如果學(xué)生在A、B項的引導(dǎo)下能夠形成上述思路，對于解決C、D項就比較容易了，通過上述分析可知，小球在上升階段水平方向上做向西的加速運動，加速度越來越小，到最高點加速度為零，速度最大;下落階段水平力改為向東且越來越大，小球加速度向東且越來越大，小球向西做減速運動.所以小球水平方向始終向西運動，落點在拋出點西側(cè)，故D項正確.但是對于沒有深入理解力和運動關(guān)系而習(xí)慣死記規(guī)律和結(jié)論的學(xué)生來說，自由落體運動物體落在拋出點正下方是確鑿而清晰的結(jié)論，本題目中出現(xiàn)了一個完全未知的水平力，完全顛覆了學(xué)生原有認(rèn)知，這個力的來源是什么？是什么性質(zhì)的力？施力者是誰？反作用力又在哪里？這一系列問題一定會讓學(xué)生“蒙圈”，如果學(xué)生缺乏質(zhì)疑勇氣和能力的話很容易認(rèn)為選項C、D均是錯誤項，回到A、B選項去糾結(jié).

3 反思教學(xué)改進(jìn)，促進(jìn)核心素養(yǎng)落地

3.1 在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生審題和提取信息的能力

本題中“除重力外，由于地球自轉(zhuǎn)，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比”是解題的鑰匙，學(xué)生可能不明白這個力是如何產(chǎn)生的，但是如果能夠清晰準(zhǔn)確地提取信息，這個力的大小和方向都已經(jīng)明確給出，那么根據(jù)力和運動關(guān)系，小球的運動規(guī)律就可以做出判斷.這給我們帶來的啟示是：在日常的學(xué)習(xí)中要重視培養(yǎng)學(xué)生提取信息能力.什么樣的信息是有用的呢？這就要求學(xué)生會從運動與相互作用，功和能的視角來看問題，如果帶著這樣的物理觀念去審視試題，不難發(fā)現(xiàn)有關(guān)研究對象選取、受力與相互作用、以及運動狀態(tài)描述的相關(guān)信息，例如：速度、位置、時間的變化、加速度情況、做功和各種能量變化等信息就是考生應(yīng)該關(guān)注的重點信息，當(dāng)然還有臨界條件、隱含條件等需要重點關(guān)注.審題和提取信息的能力是一種綜合能力，需要長期培養(yǎng)和訓(xùn)練，教師要有意識地培養(yǎng)，學(xué)生要有意識地注意，課堂要有意識地訓(xùn)練，把意識轉(zhuǎn)化為行動，把行動轉(zhuǎn)化為習(xí)慣，把習(xí)慣轉(zhuǎn)化為能力.

3.2 在課堂教學(xué)中重視構(gòu)建模型與物理表達(dá)

本題根據(jù)題目信息和思想方法提示分析，得出水平力先向西后向東、先減小后增大的條件后，建構(gòu)相應(yīng)的運動模型對考生來講也是一個難點，這時如果用F-t圖象表達(dá)力與時間的變化規(guī)律，進(jìn)而用v-t圖象定性畫出水平速度隨時間變化的規(guī)律，會讓力和運動關(guān)系更清晰.上拋與下落過程豎直方向的v-t圖象如圖1所示;以向西為正方向，水平受力F-t圖象如圖3所示，對應(yīng)的a-t圖象與F-t圖象相似，對于變力作用下物體的運動規(guī)律，需要學(xué)生根據(jù)原有知識定性分析速度變化情況，推理得到相應(yīng)的運動模型.可以采用類比的思想方法：由自由落體模型可知豎直方向的速度與時間關(guān)系正比時，位移與時間二次函數(shù)關(guān)系即圖象為拋物線如圖2，那么水平方向受力與加速度隨時間變化關(guān)系如圖3，則水平速度與時間也應(yīng)是二次函數(shù)關(guān)系即拋物線，如圖4所示，經(jīng)以上分析，物體最高點的水平速度、水平加速度、以及落點的水平位置都很容易判斷.

教學(xué)啟示：第一，在日常教學(xué)中重視讓學(xué)生體驗物理模型的建構(gòu)過程，幫助學(xué)生樹立建構(gòu)模型的意識，重視突出主要因素的理想化及類比、遷移等建構(gòu)模型的物理思想方法.第二，重視創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，例如講解平拋運動時不僅要分解為水平方向勻速運動和豎直方向的自由落體運動，可以將速度、加速度、位移、重力分解為任意方向討論各方向的運動規(guī)律，讓學(xué)生體驗運動分解的靈活性，并深入理解各方向力和運動關(guān)系的特點.第三，重視定量與定性的物理表達(dá)能力的培養(yǎng).學(xué)生往往習(xí)慣于應(yīng)用數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)物理量的關(guān)系，但其實物理圖象也是重要的表達(dá)方式.特別是定性關(guān)系，用語言文字表達(dá)經(jīng)常難以表述清晰，借助物理圖景或圖象分析變化規(guī)律可以起到事半功倍的效果.

3.3 在課堂中重視物理思想方法教學(xué)

本題中考查諸多物理思想方法：物理模型的建構(gòu)、類比的方法、遷移方法、對稱的方法以及逆向思維等.從豎直方向的自由落體運動的速度與時間關(guān)系，位移與時間關(guān)系類比到水平方向加速度隨時間均勻變化時速度與時間的關(guān)系.將平拋模型的運動分解思想及豎直上拋的對稱思想遷移應(yīng)用到本題中來分析水平方向的力、加速度、速度變化的對稱性，中學(xué)物理教學(xué)中蘊含著豐富的思想方法，比如概念或規(guī)律得出、理解和應(yīng)用過程中采用的科學(xué)思維方式和方法，包括科學(xué)探究過程和方法、實驗觀察的方法、提出問題的方法、解決問題的方法等.教學(xué)中在教給學(xué)生知識的同時，更應(yīng)該教給學(xué)生建構(gòu)物理知識的策略和方法.

3.4 在課堂教學(xué)中重視整合，重視大概念教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展

中學(xué)物理教學(xué)通常是按照知識點展開的，知識點之間有一定的邏輯順序.如果日常教學(xué)只關(guān)注對知識點理解，時間久了，學(xué)生頭腦中的知識和方法難以構(gòu)成體系而變得支離破碎，更難以形成對物理學(xué)科體系的認(rèn)知.這就需要我們在教學(xué)中重視用大概念進(jìn)行教學(xué)，幫助學(xué)生經(jīng)歷從點到線，從線到面，從面到體的認(rèn)知發(fā)展過程.例如本題中涉及到跨學(xué)科概念“變化率”，在高中教材勻變速直線運動單元涉及到位移隨時間的變化率定義為速度，位移隨時間的變化率恒定即速度恒定，是勻速直線運動的特征;速度隨時間的變化率為加速度，加速度恒定為勻變速運動.本題拓展為加速度隨時間均勻變化的運動，如果學(xué)生能夠很好地理解變化率這一跨學(xué)科概念，運用類比思想分析速度的變化規(guī)律，該難點就迎刃而解了.重視大概念需要我們在教學(xué)中考慮具體概念和大概念之間的聯(lián)系，在教學(xué)中時刻關(guān)注每個知識點在知識體系中的位置，關(guān)注新知識與學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗之間的聯(lián)系，關(guān)注不同知識點在認(rèn)知方式上的一致性.點與線的聯(lián)系可通過概念、規(guī)律教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，例如牛頓第二定律包含了力、加速度、質(zhì)量及其關(guān)系.面的形成可通過平時復(fù)習(xí)實現(xiàn)，面與體的形成可通過階段復(fù)習(xí)和總復(fù)習(xí)來實現(xiàn).

此外，本題給我們的啟示還有，要重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識和能力.例如本題中出現(xiàn)未知水平“力”時，是顛覆學(xué)生原有認(rèn)知的題設(shè)，如果學(xué)生缺乏質(zhì)疑的勇氣和能力，很容易不知所措.我們還可以就此試題引導(dǎo)學(xué)生去探究如下問題：（1）為什么因為地球自轉(zhuǎn)，就會出現(xiàn)水平“力”？（2）為什么上升時水平“力”向西，下落時水平“力”向東？（3）這個力為什么與豎直速度成正比？（4）中學(xué)階段研究的自由落體運動為什么沒有涉及這個“力”？（5）這個力對我們的生活有影響嗎？盡管這些問題不是課本涉及的內(nèi)容，但對于學(xué)生形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維，體驗科學(xué)探究以及培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任，都是十分有益的.

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