淺談如何利用高考題對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)

林燕芳

【摘要】本文利用概念圖對(duì)2021年廣東省物理高考試卷第14題進(jìn)行詳細(xì)剖析，對(duì)該題中對(duì)學(xué)生各個(gè)考察點(diǎn)進(jìn)行觀察，對(duì)學(xué)生在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理概念、物理思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這四個(gè)方面的發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)闡述高考命題和考試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的導(dǎo)向性。

【關(guān)鍵詞】概念圖;高考題;核心素養(yǎng);評(píng)價(jià)

利用高考題對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以利用概念圖這一工具先對(duì)題目進(jìn)行詳細(xì)剖析，再對(duì)應(yīng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)四個(gè)維度的內(nèi)容，從概念圖中尋找出各個(gè)考察點(diǎn)使之對(duì)應(yīng)上核心素養(yǎng)的各個(gè)方面，使學(xué)生在物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平的評(píng)價(jià)變得可操作。

一、高考題再現(xiàn)

例題（2021年廣東省物理高考題第14題，以下簡稱“第14題”）圖11是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖，空間有三個(gè)同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內(nèi)無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個(gè)圓心角均略小于90o的扇環(huán)形勻強(qiáng)磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外，電子以初動(dòng)能Eko從圓b上p點(diǎn)沿徑向進(jìn)入電場。電場可以反向，保證電子每次進(jìn)入電場即被全程加速。已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為，電子質(zhì)量為m，電荷量為e。忽略相對(duì)論效應(yīng)，取tan22.5o=0.4。

（1）當(dāng)Eko=0時(shí)，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進(jìn)入磁場，且在電場內(nèi)相鄰運(yùn)動(dòng)軌跡的夾角均為45o，最終從Q點(diǎn)出射，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖11中帶箭頭實(shí)線所示。求Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、電子在Ⅰ區(qū)的磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間及在Q點(diǎn)出射時(shí)的動(dòng)能;

（2）已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)出射，當(dāng)Eko=keU時(shí)，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。

二、本題的概念圖展示

概念圖是美國康奈爾大學(xué)心理學(xué)家約瑟夫·D·諾瓦克（Joseph D. Novak）提出的，他認(rèn)為概念圖是一種知識(shí)以及知識(shí)之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖形化的表征，也是思維可視化的表征。概念圖用節(jié)點(diǎn)代表概念，連線表示概念間的聯(lián)系。概念圖的應(yīng)用非常廣泛，依托概念圖可以落實(shí)合理水平層次的教學(xué)設(shè)計(jì)，可以精準(zhǔn)促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升及相關(guān)水平的達(dá)成，也可以用來評(píng)價(jià)物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。下面是根據(jù)第14題繪制的一幅概念圖。

三、高考題中核心素養(yǎng)發(fā)展水平的評(píng)價(jià)

物理的核心素養(yǎng)發(fā)展的四個(gè)維度，可以根據(jù)題目考察點(diǎn)的不同來對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。在概念圖中，不僅一目了然展現(xiàn)該題的物理情景的復(fù)雜程度，也展現(xiàn)出學(xué)生知識(shí)發(fā)展和思維方法等的要求。下面對(duì)該概念圖中7個(gè)關(guān)聯(lián)處在核心素養(yǎng)四個(gè)方面進(jìn)行剖析。

1.在物理觀念方面，主要考查學(xué)生對(duì)物理基本概念、基本規(guī)律的理解，即是評(píng)價(jià)物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念等的發(fā)展水平。

其中的關(guān)聯(lián)1考察學(xué)生是否知道對(duì)電子在電場中受電場力并且進(jìn)行加速的基本關(guān)系。該核心素養(yǎng)水平介于層級(jí)2到3之間，評(píng)價(jià)時(shí)，看學(xué)生能否判斷出電子在電場中會(huì)加速兩次，并且列出方程：

關(guān)聯(lián)2考察學(xué)生是否知道電子在磁場中受洛倫茲力并且做圓周運(yùn)動(dòng)的基本觀念。評(píng)價(jià)時(shí)，看學(xué)生是否能判斷出電子在磁場中受洛倫茲力且做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，列出方程：

同時(shí)考察關(guān)聯(lián)1 和關(guān)聯(lián)2 之間的聯(lián)系v，看學(xué)生是否知道在電場中加速的末速度即是進(jìn)入磁場的速度。根據(jù)學(xué)生作答的上面兩個(gè)式子，可以判斷學(xué)生在物理觀念的素養(yǎng)水平是處于形成初步的物理觀念，還是已經(jīng)具有清晰、系統(tǒng)的物理觀念?？磳W(xué)生是否能利用電子受電場力加速，只受洛倫茲力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理觀念來解決實(shí)際的問題。

2.在科學(xué)思維方面，主要考察學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理和科學(xué)論證的能力，即是評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)思維方法的發(fā)展水平。

其中的關(guān)聯(lián)3，考察學(xué)生是否知道當(dāng)電子進(jìn)入電場時(shí)，若已經(jīng)有初速度，看學(xué)生是否又能列出對(duì)應(yīng)的方程：

關(guān)聯(lián)3對(duì)學(xué)生基本概念理解的要求就比關(guān)聯(lián)1要求提高了，從學(xué)生的作答情況，看學(xué)生相比于電子沒有初速度，能否對(duì)有初速度后的模型進(jìn)行分析推理，得到正確的結(jié)論，進(jìn)而評(píng)價(jià)學(xué)生在科學(xué)思維方面的發(fā)展水平如何。

關(guān)聯(lián)5考察學(xué)生是否能準(zhǔn)確理解運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的周期和在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系，看學(xué)生是否能正確得出兩者之間關(guān)系，列出方程：

這條式子在一定程度上可以看出學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)模型的建立和科學(xué)論證的思維發(fā)展能力，根據(jù)學(xué)生答卷的情況對(duì)學(xué)生發(fā)展水平做出評(píng)價(jià)。

3.在科學(xué)探究能力方面，考察學(xué)生在提出問題、獲取證據(jù)、分析論證和交流合作的能力，即是評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法、實(shí)物連接、器材的應(yīng)用的理解和掌握的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

關(guān)聯(lián)4，看學(xué)生是否能正確寫出周期的表達(dá)式，列出方程：

在該公式中的半徑是解題的關(guān)鍵，看學(xué)生能否通過親自動(dòng)手畫圖，找出幾何關(guān)系，并且列出正確的方程：

帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡這類操作題考查學(xué)生平時(shí)是否有良好的作圖習(xí)慣和正確的分析論證能力，在考查學(xué)生的科學(xué)探究能力的發(fā)展水平方面，可以看這幾個(gè)關(guān)系式是學(xué)生如何得到的。

第5層次的關(guān)聯(lián)6和關(guān)聯(lián)7使本題難度有了一定的提升，需要學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的過程進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確且有邏輯性的論證，才能得出正確的答案。其中關(guān)聯(lián)6，看學(xué)生能否列出正確的關(guān)系式。其中，電子的初動(dòng)能Eko=keU，第2小題求k的最大值，看學(xué)生能否分析論證得出k取最大值，即是求Eko取得的最大值即可。而Eko想要取得最大值，看學(xué)生能不能列出跟Eko有關(guān)的式子出來。進(jìn)入Ⅰ區(qū)，電場對(duì)電子進(jìn)行2次加速，列出方程：

看學(xué)生是否能得出Eko取得最大值，由上面的式子即可得出需要電子經(jīng)過加速后進(jìn)入磁場時(shí)的速度v1達(dá)到的最大值。而電子進(jìn)入磁場后以v1做圓周運(yùn)動(dòng)，涉及概念圖中的關(guān)聯(lián)7，看學(xué)生能否列出方程：

上式的半徑r'是變化的半徑，看學(xué)生是否邏輯推理能力足夠強(qiáng)，要繼續(xù)推導(dǎo)出v1取得的最大值，即電子在磁場中，運(yùn)動(dòng)的半徑r'達(dá)到最大值即可。

4.在科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感方面，主要評(píng)價(jià)學(xué)生在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等要素。

本題的文字量較多，問題情境也較為復(fù)雜，更需要考查學(xué)生是否具有良好的心理素質(zhì)和冷靜分析問題的習(xí)慣。關(guān)聯(lián)7中也考察學(xué)生是否真正學(xué)習(xí)到物理的本質(zhì)，堅(jiān)持實(shí)事求是的結(jié)論?？磳W(xué)生是否判斷得出，要半徑最大，即如圖電子運(yùn)動(dòng)的軌跡跟c圓相切。評(píng)價(jià)時(shí)，看學(xué)生是否能準(zhǔn)確畫圖并且經(jīng)過準(zhǔn)確的計(jì)算，得出半徑的相關(guān)的幾何關(guān)系：

（-r' ）2=r'2+R2⑧解得半徑的最大值r' =

綜上所述，如果學(xué)生具備了物理四個(gè)維度的核心素養(yǎng)，解決該題便不是難事。由上面的式子①②③④⑤⑥⑦⑧可解得Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，Q點(diǎn)出射時(shí)的動(dòng)能Ek=8eU，k的最大值。

四、小結(jié)

根據(jù)高考真題的情景創(chuàng)設(shè)和問題設(shè)置，利用概念圖進(jìn)行剖析，把抽象的物理理論結(jié)合核心素養(yǎng)的四個(gè)維度進(jìn)行了可視化的呈現(xiàn)，再對(duì)概念圖中每一個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)即考察點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)剖析。根據(jù)學(xué)生在每一個(gè)考察點(diǎn)的答題情況，可以客觀地對(duì)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)維度做一個(gè)詳細(xì)的評(píng)價(jià)。相比于只是得到一個(gè)高考物理成績的分?jǐn)?shù)，這樣的評(píng)價(jià)能使一線的教師更好掌握學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展水平，從而在以后的教育教學(xué)中做為更好的參考和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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