基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高考物理題的研究

摘 要：文章通過對2019年高考全國卷Ⅰ·33（2）題和全國卷Ⅱ·19題進(jìn)行解析，分析了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，得出三點(diǎn)教學(xué)啟示：研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，更新教學(xué)理念，落實(shí)基礎(chǔ);教學(xué)要關(guān)注知識的應(yīng)用;應(yīng)用物理知識解決具體問題應(yīng)結(jié)合具體的實(shí)際情境。

關(guān)鍵詞：高考物理;課程標(biāo)準(zhǔn);核心素養(yǎng);教學(xué)啟示

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在等級性考試明確提出：高考物理試題要注重將物理學(xué)的基本概念、規(guī)律與國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)生活實(shí)際等緊密聯(lián)系起來，通過設(shè)置新穎真實(shí)的問題情境，加強(qiáng)對考試應(yīng)用物理學(xué)知識綜合解決實(shí)際問題的考查。

全國卷Ⅱ·19題和全國卷Ⅰ·33（2）來源于生活，以真實(shí)問題情境為背景，有效地考查了學(xué)生學(xué)科思想和研究問題能力，綜合性很強(qiáng)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價(jià)值理念、必備品格和關(guān)鍵能力。本文以以上兩題為例，對考查的物理學(xué)科的核心素養(yǎng)及其對物理教學(xué)的啟示做一分析。

一、高考試題分析

【2019年高考全國卷Ⅰ·33（2）】熱等靜壓設(shè)備廣泛用于材料加工中。該設(shè)備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高氣壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理，改善其性能。一臺熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2m3，使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106Pa;室溫溫度為27℃。氬氣可視為理想氣體。

（1）求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng);

（2）將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃，求此時爐腔中氣體的壓強(qiáng)。

【分析】本題來源于生活，以材料加工中廣泛應(yīng)用的熱等靜壓設(shè)備為背景，通過10瓶氬氣對真空爐腔充氣，屬于變質(zhì)量問題，難以確定具體的研究對象的狀態(tài)量（壓強(qiáng)，溫度）。要求學(xué)生確定理想氣體對象，分析相應(yīng)的氣體變化過程，建立物理模型并應(yīng)用理想氣體實(shí)驗(yàn)定律解決問題。

【解析】（1）方法一：設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0，壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1。假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時，其體積膨脹為V1。由玻意耳定律：

考查的必備知識：理想氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體初未狀態(tài)的狀態(tài)參量。

關(guān)鍵能力：理想氣體對象確定、變化過程分析，建立物理模型、選用相應(yīng)的理想氣體實(shí)驗(yàn)定律。

核心素養(yǎng)：物理觀念，定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合進(jìn)行科學(xué)推理，根據(jù)相應(yīng)的理想氣體變化過程，建立物理模型解決問題。

【2019年高考全國卷Ⅱ·19】（多選）如圖（a），在跳臺滑雪比賽中，運(yùn)動員在空中滑翔時身體的姿態(tài)會影響其下落的速度和滑翔的距離。某運(yùn)動員先后兩次從同一跳臺起跳，每次都從離開跳臺開始計(jì)時，用v表示他在豎直方向的速度，其v-t圖像如圖（b）所示，t1和t2是他落在傾斜雪道上的時刻。則（ ）

A.第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的小

B.第二次滑翔過程中在水平方向上的位移比第一次的大

C.第二次滑翔過程中在豎直方向上平均加速度比第一次的大

D.豎直方向速度大小為v1時，第二次滑翔在豎直方向上所受阻力比第一次的大

【分析】本題以生活中跳臺滑雪為背景，看似考查平拋運(yùn)動，實(shí)際上問題背后是利用曲線運(yùn)動知識和數(shù)形結(jié)合處理物理問題的能力，考查v-t圖像的物理意義，運(yùn)動員所受豎直方向的阻力變化引起豎直方向的加速度變化。問題通過文字、圖像等不同信息呈現(xiàn)物理量之間的聯(lián)系，要求構(gòu)建正確的物理模型，綜合性較強(qiáng)，容易出錯，易混淆平拋運(yùn)動概念等。試題考查學(xué)生的信息提取、邏輯推理、模型建模等能力，很好地體現(xiàn)了新高考命題的指導(dǎo)思想和新課標(biāo)理念。

【解析】v-t圖象包圍的“面積”表示豎直方向的位移，由圖像（b）分析可知，第一次圍成的面積大約占據(jù)48個小方格，第二次圍成的面積大約占據(jù)56個小方格，所以第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的大，因此第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的大，所以A選項(xiàng)錯誤;

由于運(yùn)動員兩次是從同一跳臺起跳，落在同一個傾斜雪道上，設(shè)雪道的傾角為θ，水平方向位移為x，豎直方向上的位移為y，有，由于第二次豎直方向上的位移為y大，由于位移方向（雪道的傾角為θ）不變，因此水平方向的位移自然也大，所以B選項(xiàng)正確;

滑翔過程中運(yùn)動員在豎直方向上平均加速度，第一次滑翔過程中速度變化量比第二次的大，而第一次滑翔過程中時間t1比第二次滑翔過程中時間t2小，所以滑翔過程中運(yùn)動員在豎直方向上平均加速度第一次大，所以C選項(xiàng)錯誤。

豎直方向的速度大小為v1時，第一次v-t圖像陡峭，第二次v-t圖像相對平緩，對應(yīng)的圖像的斜率顯然是第一次大于第二次，即a1>a2，在豎直方向方向上，由牛頓第二定律有mg-fy=ma可知，即fy=mg-ma，運(yùn)動員第二滑翔在豎直方向所受阻力fy2比第一次豎直方向所受阻力fy1大，所以D選項(xiàng)正確。

考查的必備知識：v-t圖像斜率和包圍的“面積”的物理意義、運(yùn)動的合成與分解、平均加速度、瞬時加速度、變速曲線運(yùn)動、牛頓第二定律

關(guān)鍵能力：信息提取、邏輯推理、建構(gòu)模型

核心素養(yǎng)：物理觀念和科學(xué)思維，在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)模型，有效分析v-t圖像的斜率、包圍的“面積”的物理意義并進(jìn)行科學(xué)推理。

二、教學(xué)啟示

1、研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，更新教學(xué)理念，將基礎(chǔ)知識落到實(shí)處

基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)，新高考評價(jià)體系統(tǒng)籌考慮知識、能力、素養(yǎng)的關(guān)系，將考查內(nèi)容凝結(jié)為核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識，突破了以往知識和能力的二維考查內(nèi)容框架，創(chuàng)造性地與育人的新要求融合起來。上述兩個高考題考查到的受力分析、運(yùn)動的合成與分解、曲線運(yùn)動、加速度、牛頓第二定律、理想氣體實(shí)驗(yàn)定律、物理圖像，均是要求學(xué)生掌握在物理關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成過程中必須具備的可遷移的知識。例如在學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的加速度這一概念時，應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷對加速度概念的構(gòu)建過程，創(chuàng)設(shè)必要的情境，讓學(xué)生經(jīng)歷概括和抽象的過程，尋找加速度的本質(zhì)特征，形成概念，而不應(yīng)把概念的定義直接告訴學(xué)生然后再去做解釋，甚至讓學(xué)生背誦定義。在學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動定律時，應(yīng)該讓學(xué)生知道它的來龍去脈，正確領(lǐng)悟它的含義，明確它的適用條件，熟悉運(yùn)用該規(guī)律的基本思路。如果是通過科學(xué)探究獲得的物理規(guī)律，就應(yīng)該盡量讓學(xué)生經(jīng)歷自主探究的過程。在學(xué)習(xí)圖像問題時，除了理解斜率、面積、截距的物理含義之外，更多要引導(dǎo)學(xué)生理解圖像所對應(yīng)的物理情景，并學(xué)會根據(jù)情景列出相關(guān)函數(shù)表達(dá)式。在物理教學(xué)過程中，應(yīng)該從發(fā)展物理科學(xué)核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，促進(jìn)學(xué)生必備知識的掌握和靈活運(yùn)用。

2、教學(xué)要時刻關(guān)注知識在生活生產(chǎn)、科技發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用

新課標(biāo)指出，高中物理課程在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生從物理學(xué)的視角認(rèn)識自然、理解自然，建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景……引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境（STSE）的關(guān)系。要讓學(xué)生具備運(yùn)用物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的能力，需要老師在教學(xué)過程中對教材進(jìn)行再創(chuàng)造，選擇與學(xué)生聯(lián)系密切的生活實(shí)例在課堂中用物理學(xué)知識進(jìn)行分析，同時，采用觀看視頻、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生動手等有效的教學(xué)方式，把物理知識和實(shí)踐情境生動地結(jié)合起來，強(qiáng)化學(xué)生以物理學(xué)的視角解釋和解決實(shí)際問題的動機(jī)與能力，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。

3、應(yīng)用物理知識解決具體問題應(yīng)結(jié)合具體的實(shí)際情境，促進(jìn)學(xué)生終生發(fā)展

素質(zhì)教育的目的在于培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。近幾年高考題考查學(xué)生運(yùn)用知識、能力和素養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生充分感受到課堂所學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的應(yīng)用價(jià)值。物理學(xué)科命題素材常常使用貼近學(xué)生、貼近生活、貼近時代的素材，選取與大自然中物理相關(guān)的現(xiàn)象（彩虹、日食）等、與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的物理問題，如與體育運(yùn)動相關(guān)的情境（滑雪、籃球、乒乓球）等、與科技前沿相關(guān)的重大科技工程（長征五號發(fā)射、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、大飛機(jī)）等實(shí)際問題。這些實(shí)際問題的解決，往往取決于學(xué)生將情境與知識相聯(lián)系的水平，即能否把問題中的實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為解決問題的物理知識。在解決真實(shí)物理問題過程中，依據(jù)物理學(xué)科的特點(diǎn)，學(xué)會具體問題具體分析的方法，能把問題情境的故事情節(jié)轉(zhuǎn)化為某種物理現(xiàn)象;能把情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理過程;能把關(guān)于情境的描述轉(zhuǎn)化為物理狀態(tài);能把問題已知的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理量;能把情境中需要完成的工作轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理要求。從而確定或建立與真實(shí)情景一致的物理模型，分析清楚物理情景（物理過程和物理狀態(tài)），運(yùn)用物理規(guī)律列方程，解方程得出合理答案。教師在平時教學(xué)過程中注意引導(dǎo)學(xué)生就對于問題情境和物理知識的轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)發(fā)掘問題情境中所隱含的物理內(nèi)容，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的關(guān)鍵能力，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

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作者簡介：陳許生，男，1967年10月，湖南省瀏陽市，本科，教科室主任，中學(xué)物理高級，研究方向：教育教學(xué)研究。