基于高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)考查科學(xué)思維的命題實(shí)踐*
——以豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的試題命制為例

胡振歡

(中山市桂山中學(xué) 廣東 中山 528463)

高中物理教師命制題目主要包括改編和原創(chuàng)兩種方式，關(guān)于命題理論與技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但不少教師并沒有明確所要命制的題目與學(xué)業(yè)質(zhì)量水平之間的關(guān)系，如有些教師在給參加學(xué)業(yè)水平合格性考試的學(xué)生命制水平層次較高的題目，給參加高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的學(xué)生命制水平層次較低的題目，導(dǎo)致所命制試題針對性不強(qiáng)，使用效能低下.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(下文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)提到：高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識(shí)和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價(jià)值觀念的綜合程度等劃分為不同水平.每一級(jí)水平皆包含物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)方面，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運(yùn)用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關(guān)鍵特征[1].教師命題時(shí)，針對不同的考核目標(biāo)，應(yīng)對命制試題的內(nèi)容、涉及的素養(yǎng)水平有所甄別和把握，才能有效考查學(xué)生所達(dá)到的物理學(xué)科核心素養(yǎng)水平層次.

科學(xué)思維是四大核心素養(yǎng)之一，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.在《標(biāo)準(zhǔn)》所列舉的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述中，科學(xué)思維水平被具體描述為5個(gè)層次，不同水平之間具有由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系，具體描述會(huì)在文中結(jié)合例子逐一展示.

豎直方向運(yùn)動(dòng)：包含只受重力的自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)和豎直下拋運(yùn)動(dòng),或受多個(gè)力但是物體運(yùn)動(dòng)軌跡是豎直方向且為直線的運(yùn)動(dòng).筆者依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平所描述的科學(xué)思維素養(yǎng)不同層次要求，命制以豎直方向運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)模型的相應(yīng)題目.

1 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平考查科學(xué)思維素養(yǎng)差異的命題實(shí)例

1.1 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1的命題實(shí)例

學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1中有關(guān)科學(xué)思維素養(yǎng)的描述：知道物理學(xué)的研究需要建構(gòu)模型；能對常見的物理現(xiàn)象進(jìn)行簡單分析；知道表達(dá)觀點(diǎn)需要證據(jù)；知道質(zhì)疑和創(chuàng)新的重要性[1].

對應(yīng)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)考核目標(biāo)：知道自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直方向拋體運(yùn)動(dòng)的定義和受力特點(diǎn)，能區(qū)分平時(shí)常見的運(yùn)動(dòng)是否屬于以上運(yùn)動(dòng)類型，定性理解豎直方向運(yùn)動(dòng)的分類方式.

【例1】1971年美國宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時(shí)下落，觀察到它們同時(shí)落到月球表面.此實(shí)驗(yàn)說明( )

A.在月球上無大氣層

B.自由落體運(yùn)動(dòng)的快慢與物體的質(zhì)量無關(guān)

C.月球和地球上物體運(yùn)動(dòng)遵循規(guī)律不一樣

D.在地球表面重復(fù)同樣實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果應(yīng)該一樣

解析：同時(shí)落地意味著錘子和羽毛均做自由落體運(yùn)動(dòng)，月球與地球上物體自由下落遵循同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只是g值不同.結(jié)合以上分析，選擇A，B.

命題立意：本題主要考查學(xué)生的理解能力，對自由落體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象能進(jìn)行簡單的分析，同時(shí)對不同星球上自由落體運(yùn)動(dòng)的異同能有自己的判斷.

1.2 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2的命題實(shí)例

學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2中有關(guān)科學(xué)思維素養(yǎng)的描述：知道常見的物理模型；能對比較簡單的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論；能使用簡單和直接的證據(jù)表達(dá)自己的觀點(diǎn)；具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識(shí)[1].

對應(yīng)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)考核目標(biāo)：知道自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直方向拋體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，知道這些運(yùn)動(dòng)是理想化模型，能根據(jù)基本運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行簡單的運(yùn)算.當(dāng)運(yùn)算結(jié)果不符合平時(shí)認(rèn)知時(shí)能提出自己的質(zhì)疑和見解并簡單證明.

【例2】有一雨滴從高為2.0 km的高空下落，判斷其運(yùn)動(dòng)是否為自由落體運(yùn)動(dòng).

解析：設(shè)雨滴做自由落體運(yùn)動(dòng)，g取10 m/s2，則有v2=2gh，得v=200 m/s，這一數(shù)值與現(xiàn)實(shí)生活中到達(dá)地面的雨滴速度出入較大，因此，雨滴在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)不是自由落體運(yùn)動(dòng).

命題立意：可以先假設(shè)雨滴做自由落體運(yùn)動(dòng)，然后算出雨滴到達(dá)地面的速度遠(yuǎn)大于生活常識(shí)中雨滴的速度，從而質(zhì)疑速度的真實(shí)性，得出雨滴下落應(yīng)受到阻力作用，不可能為嚴(yán)格意義上的自由落體運(yùn)動(dòng)，以此培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的素養(yǎng)和質(zhì)疑精神.

1.3 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平3的命題實(shí)例

學(xué)業(yè)質(zhì)量水平3中有關(guān)科學(xué)思維素養(yǎng)的描述：能使用簡單的物理模型解決問題，能判斷現(xiàn)實(shí)物體和理想模型的異同；能對常見的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋；能恰當(dāng)使用證據(jù)表達(dá)自己的觀點(diǎn)；能從不同角度思考物理問題[1].

對應(yīng)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)考核目標(biāo)：能較為靈活地使用自由落體運(yùn)動(dòng)和拋體運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)公式解決問題，同時(shí)對不同的運(yùn)動(dòng)過程能推理獲知其關(guān)聯(lián)性，對于一個(gè)題目能應(yīng)用發(fā)散性思維從多個(gè)角度去解答題目.

【例3】一物體在空中自由下落，落地前最后1 s的位移是25 m，請問物體從下落開始到落地瞬間的時(shí)間是多少？(g取10 m/s2)

解法1：最后1 s，由公式

可得

v0=20 m/s

v0=gt1

可得

t總=t+t1=3 s

可得

t總=3 s

命題立意：本題可以看作有兩個(gè)過程，最后1 s的過程和全程.可以采用先分析最后1 s利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題，也就是可以把自由落體運(yùn)動(dòng)的后面過程處理為豎直下拋運(yùn)動(dòng)，也可以找到全程與最后1 s之間的關(guān)系,利用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律解題，達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度去建構(gòu)模型和思考如何處理這些問題的目的[2].

1.4 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4的命題實(shí)例

學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4中有關(guān)科學(xué)思維素養(yǎng)的描述：能根據(jù)解決問題的需要建構(gòu)物理模型；能對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并加以解釋；能恰當(dāng)使用證據(jù)證明或質(zhì)疑物理結(jié)論；能采用不同方式分析解決物理問題[3].

對應(yīng)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)考核目標(biāo)：能對豎直上拋等較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行綜合分析，可以利用對稱性、圖像等多種方法解題，對受多個(gè)力的豎直方向運(yùn)動(dòng)也能根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律進(jìn)行定量運(yùn)算，能在情景化的問題中準(zhǔn)確抽取物理模型并應(yīng)用相關(guān)規(guī)律解題，考慮和推理結(jié)果的合理性.

解析：若物體1 s末在拋出點(diǎn)上方，則有

可解得

v01=30 m/sv02=6.0 m/s

若物體1 s末在拋出點(diǎn)下方，則有

解得

v3=4.45 m/s

命題立意：本題利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)具有上升和下降兩個(gè)過程，并且巧妙地強(qiáng)調(diào)位移大小和給出比例關(guān)系，從而創(chuàng)設(shè)出本題對應(yīng)答案應(yīng)具有3種情況：第一種情況是在拋出點(diǎn)上方而且1 s末在上升，第二種情況是在拋出點(diǎn)上方而且1 s末在下降，第三種情況是在拋出點(diǎn)下方而且1 s末在下降，較好地考查了學(xué)生的推理能力和綜合分析能力.

【例5】市面上有一種小彈球玩具，把它壓扁后會(huì)自動(dòng)彈起，一學(xué)習(xí)小組測試其彈跳性能，在墻邊(圖1所示最低點(diǎn))多次把小球壓到最扁松手讓其反彈并拍照，得出小球彈起的最大高度穩(wěn)定在位置1，某次把小球壓到最扁，小球彈起同時(shí)讓設(shè)置拍攝間隔時(shí)間為0.1 s的相機(jī)連拍一系列的照片，發(fā)現(xiàn)第3張照片里小球出現(xiàn)在位置2，結(jié)合以上信息，請估算小球彈起的初速度大小.

圖1 例5題圖

解析：根據(jù)分析，可以假設(shè)一塊磚高度為h，小球從開始運(yùn)動(dòng)到位置2所用時(shí)間為t，反彈初速度為v0，則有

由題意，t為第1張照片與第3張照片之間的時(shí)間間隔，則t=0.2 s，由于本題是估算，因此g取10 m/s2.

結(jié)合以上式子可解得

v01=3.0 m/sv02=1.5 m/s

根據(jù)情況分析初步判斷均合理，但是分別將結(jié)果代入第一條式子，可分別求得：h=0.06 m和h=0.015 m，由于磚的厚度為0.06 m的結(jié)果更符合現(xiàn)實(shí)，因此答案應(yīng)取v01=3.0 m/s.

命題立意：此題把場景和現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合，形成的情景化試題往往更能鍛煉學(xué)生的模型建構(gòu)能力，同時(shí)最后兩個(gè)答案看似都準(zhǔn)確，最終以磚的實(shí)際厚度來對比排除不合理答案，以此對學(xué)生進(jìn)行推理能力的考核也是一大亮點(diǎn).

1.5 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平5的命題實(shí)例

學(xué)業(yè)質(zhì)量水平5中有關(guān)科學(xué)思維素養(yǎng)的描述：能根據(jù)解決問題的需要建構(gòu)恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?；能在新的情境中對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得正確結(jié)論并加以解釋；能考慮證據(jù)的可靠性，合理使用證據(jù)，從多個(gè)視角審視檢驗(yàn)結(jié)論；解決物理問題具有一定的新穎性[4].

對應(yīng)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)考核目標(biāo)：在復(fù)雜綜合性的情景(如涉及到圖像、動(dòng)量、能量、電場、磁場等多個(gè)知識(shí)點(diǎn))能準(zhǔn)確分析出豎直方向運(yùn)動(dòng)的具體模型并靈活采用相關(guān)知識(shí)解決問題，對物體多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程或者多個(gè)物體的類似運(yùn)動(dòng)過程能準(zhǔn)確判斷其關(guān)聯(lián)性，對于解題出現(xiàn)的多個(gè)結(jié)果能判斷獲取正確答案，能結(jié)合多種方法如能量守恒定律、動(dòng)量定理等知識(shí)解決豎直方向運(yùn)動(dòng)題目.

圖2 例6題圖

(1)碰撞前瞬間兩球的速度大小;

(2)碰撞后瞬間A球的速度大小;

(3)兩球的質(zhì)量之比.

得

t=0.6 s

可得碰撞前瞬間A球的速度大小

v1=gt=6 m/s

B球的速度大小

v2=v0-gt=0 m/s

(2)若碰撞后0.2 s時(shí)刻A球在碰撞點(diǎn)上方

解得碰撞后瞬間A球的速度大小為

v3=3 m/s或v3=1.5 m/s

若碰撞后0.2 s時(shí)刻A球在碰撞點(diǎn)下方

解得

經(jīng)檢驗(yàn)，3個(gè)速度均合理，因此都是正確答案.

(3)設(shè)B球碰撞后的速度大小為v4,由完全彈性碰撞特點(diǎn)可得

mAv1=-mAv3+mBv4

可得

代入前面v3速度可得

2 基于學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的命題策略

(1)研讀相關(guān)文件明確命題依據(jù)

依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》的說明，物理學(xué)業(yè)水平考試的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及要求確定.考試內(nèi)容的任務(wù)情境應(yīng)符合學(xué)生心理發(fā)展水平和認(rèn)知規(guī)律，反映物理學(xué)科本質(zhì)，密切聯(lián)系社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技、生產(chǎn)生活實(shí)際，充分體現(xiàn)考試評價(jià)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、甄別學(xué)生學(xué)業(yè)水平的功能[1].《標(biāo)準(zhǔn)》明確了高中物理課程的性質(zhì)、基本理念，提出了課程總目標(biāo)和課程具體目標(biāo)，課程目標(biāo)對于高中物理試題命制起著宏觀上的指導(dǎo)作用.而《中國高考評價(jià)體系》明確闡述“為什么考”“考什么”“怎么考”3個(gè)問題.作為命題教師應(yīng)著重研究這兩個(gè)文件，界定命題的深度與廣度，方能更好地命題.

(2)構(gòu)建學(xué)業(yè)質(zhì)量水平—知識(shí)—能力的命題模式

物理試題中對5種能力的考查與對學(xué)業(yè)質(zhì)量水平中關(guān)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的考查是一致的.具體而言，如對學(xué)生科學(xué)思維的考查，就是對推理能力、綜合分析能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力等3種能力等級(jí)的考查.因此，命題教師應(yīng)依據(jù)科學(xué)思維水平把要考核的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)分，把知識(shí)點(diǎn)的能力考核要求也形成由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系.然后結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》具體有關(guān)課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和考核需要等進(jìn)行命題，這也是文中各個(gè)例題所采用的命題模式.

(3)命題時(shí)統(tǒng)籌針對性和科學(xué)性

在編制試題時(shí)應(yīng)充分考慮試題考核對象和試題使用階段，使得命題更有針對性.《標(biāo)準(zhǔn)》中認(rèn)為，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是高中畢業(yè)生應(yīng)達(dá)到的合格要求，是學(xué)業(yè)水平合格性考試的命題依據(jù)，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是用于高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題依據(jù)，不同的考核對象應(yīng)命制不同水平層次的題目；不同階段也應(yīng)該采用不同的試題，如2017年高考全國Ⅰ卷理綜第25題也是豎直方向運(yùn)動(dòng)類型的題目，但是如果命制類似題目給剛學(xué)習(xí)豎直方向運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生做顯然是不合適的.

編制試題時(shí)應(yīng)注意科學(xué)性，兼顧信度、效度、區(qū)分度和難度等試題質(zhì)量指標(biāo)，設(shè)置題目的語言應(yīng)該簡練清晰，避免爭議，同時(shí)設(shè)置情景時(shí)也應(yīng)注重真實(shí)性，要和現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合，如筆者在命制例5的時(shí)候，命制原型就是兒童玩具彈跳娃娃，把其簡化為質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行命題.

(4)根據(jù)需要挖掘命題側(cè)重點(diǎn)

《標(biāo)準(zhǔn)》中對于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的描述非常全面，以此細(xì)化出來的知識(shí)能力目標(biāo)也相應(yīng)會(huì)較為詳盡，但是一條題目不大可能把知識(shí)目標(biāo)全部考核到位，命題時(shí)根據(jù)需要可只側(cè)重于某方面即可.如筆者命制例5是基于學(xué)生對于情景化試題的建構(gòu)模型能力有待提升，因此設(shè)置特定的真實(shí)環(huán)境命題.在命制例6時(shí)考慮的是重點(diǎn)考核學(xué)生綜合分析能力、推理能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力，如將題目情景化則綜合難度會(huì)過高，因此弱化對情景化的考核.