基于模型建構(gòu)能力的高考物理試題分析及啟示
——以2019年高考物理全國卷Ⅰ必考題為例

(1. 福建師范大學(xué)，福建 福州 350000；2. 福州教育學(xué)院第二附屬中學(xué)，福建 福州 350000)

1 物理模型建構(gòu)能力表現(xiàn)及水平劃分

高中物理課程標準將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個方面都劃分為5個水平層次，其中關(guān)于模型建構(gòu)的五個能力水平層次由低到高如圖1所示。

圖1

郭玉英、張玉峰等通過大樣本跨年級多輪測評學(xué)生的實際能力表現(xiàn)，根據(jù)物理學(xué)科能力表現(xiàn)評價體系的三個維度：學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實踐能力和遷移創(chuàng)新能力，確定物理學(xué)科能力表現(xiàn)框架，將物理學(xué)科能力劃分為7個發(fā)展水平，并檢驗了有效性。筆者參考郭玉英等的研究成果，將物理模型建構(gòu)能力劃分為三個水平(如表1)，水平C主要是對物理模型的記憶，屬于較低層次；水平B反映學(xué)生應(yīng)用實踐的能力，對學(xué)生建模能力要求較高；水平A屬于遷移創(chuàng)新能力，對學(xué)生建模能力要求最高。

表1

2 基于物理模型建構(gòu)能力的高考物理試題分析

2019年高考物理全國卷Ⅰ有12道必考題，筆者對比了試題和物理模型建構(gòu)能力表現(xiàn)水平等級的要求，確定了每一道試題所對應(yīng)的能力表現(xiàn)水平等級(如表2)。

表2

續(xù)表

統(tǒng)計各試題所要求的物理模型建構(gòu)能力表現(xiàn)水平等級情況(如表3)，分析可知2019年高考物理全國卷Ⅰ主要考查學(xué)生的理解能力和應(yīng)用實踐能力，大部分物理模型都是學(xué)生熟悉的經(jīng)典模型，每一道題都是幾個知識的綜合運用，所涉及的物理模型也較多樣，一般都是幾個模型的組合，對在陌生復(fù)雜的情境中建構(gòu)物理模型要求較低，對遷移創(chuàng)新能力的考查較少。

表3

3 對物理教學(xué)的啟示

根據(jù)以上分析，對物理教學(xué)有如下啟示。

3.1 重視經(jīng)典物理模型，加強模型整合

經(jīng)典物理模型承載著基本物理概念、物理規(guī)律，可搭配主干知識，是歷年高考的熱點。在教學(xué)中應(yīng)該重視經(jīng)典物理模型及其建構(gòu)過程的分析，掌握每個經(jīng)典模型的關(guān)鍵要素和科學(xué)思維方法。對比、分析相似的物理模型，對經(jīng)典物理模型進行整合，以利于提高學(xué)生的模型建構(gòu)能力。例如，豎直面內(nèi)的圓周運動涉及幾種經(jīng)典的物理模型：輕繩模型、輕桿模型、內(nèi)軌模型和外軌模型(如表4)。

表4

續(xù)表

通過實例分析，提煉出4種基本的物理模型，再將其進行歸納整合，4種基本模型均涉及最高點和最低點問題，4種模型對應(yīng)的最低點受力特點都相同，主要區(qū)別在于最高點的受力特點，對應(yīng)的小球能否過最高點的條件也有所區(qū)別。這樣將類似的模型整合后建構(gòu)起完整的豎直面內(nèi)圓周運動模型，只有這樣才能從陌生的場景中建立起熟悉的物理模型，找到問題的突破口，結(jié)合物理主干知識解決問題。加強模型建構(gòu)的訓(xùn)練，對具體問題具體分析、研究，借助草圖弄清其中的物理狀態(tài)、過程和情境。

3.2 注重科學(xué)方法教育

年年有高考，歲歲有新題，每年高考能夠保持穩(wěn)中有變，穩(wěn)的是試題都跳不出經(jīng)典主干知識的考查，凸顯學(xué)科特點，突出物理學(xué)科的核心價值，而情境設(shè)置較新穎，需要考生將物理知識和科學(xué)方法靈活遷移。如2017年全國卷Ⅱ第25題，帶電小球在重力場和電場的復(fù)合場中運動，兩個小球先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出做平拋運動，然后進入電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，剛進入電場時，帶電小球初速度方向與重力方向、電場方向都有一定的角度，此時小球的運動沒有辦法與所學(xué)運動模型對應(yīng)起來，但處理復(fù)雜的曲線運動最根本的辦法是運動的合成與分解。仔細分析后發(fā)現(xiàn)：重力與電場力互相垂直，可把小球的運動分解為水平方向和豎直方向兩個分運動，水平方向僅受電場力，豎直方向僅受重力，將剛進入復(fù)合場的初速度分解為水平方向和豎直方向，在兩個方向上都做勻變速直線運動。對于新的情境，將重要的物理方法遷移、應(yīng)用便可解決，2019年全國卷Ⅲ第24題也是典型的運用運動合成與分解的方法解決問題的試題。

物理教學(xué)過程不應(yīng)是向?qū)W生“灌輸”事實和結(jié)論的過程，而是應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)家研究自然界的思想方法，自主探索、建構(gòu)物理核心概念，并將這些思想和方法進行內(nèi)化，形成良好的科學(xué)品質(zhì)?？茖W(xué)方法是物理的靈魂，物理知識鏈條和知識網(wǎng)絡(luò)是學(xué)生解決問題的基礎(chǔ)，但是如果僅僅通過題海戰(zhàn)術(shù)停留在靜態(tài)知識的層面，無法應(yīng)對目前高考越來越重視考查科學(xué)思想方法的趨勢。學(xué)生學(xué)習(xí)的物理知識會隨時間而淡忘，但在學(xué)習(xí)過程中所內(nèi)化的方法會伴隨一生，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的終極價值所在。在物理教學(xué)中滲透科學(xué)方法教育，可幫助學(xué)生逐步建立物理觀念，提升物理思維品質(zhì)、形成科學(xué)態(tài)度和價值觀。因此，在物理教學(xué)中，除了傳授物理知識之外，更重要的是以物理知識為載體，以解決具體問題為途徑，在分析問題解決問題過程中習(xí)得的科學(xué)思想方法和價值觀，為學(xué)生終身所用。