基于真實情境的浙江選考物理試題研究

陶漢斌

[摘 要]近三次浙江選考物理命題的最大亮點，就是基于真實情境設(shè)計問題。將物理問題建立在大眾視野下的生活情境中，有高大上的國之重器，也有接地氣的市井生活，給看似枯燥乏味的物理披上了一件浮翠流丹的外衣，而它真正的內(nèi)涵是簡潔的物理原理，以及基本的物理概念與規(guī)律。學(xué)生解題的關(guān)鍵是利用好題目中的圖境，這需要一定的圖像素養(yǎng)。學(xué)生審題的過程就是實現(xiàn)“轉(zhuǎn)化”的過程，將題目文字轉(zhuǎn)化為物理情境，把物理情境轉(zhuǎn)化為物理條件，最終將物理條件轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公式。這類選考物理試題能夠很好地考查學(xué)生必須掌握的物理思想方法，從而考查學(xué)生構(gòu)建物理模型的能力和科學(xué)思維能力。

[關(guān)鍵詞]真實情境;浙江選考;圖像素養(yǎng);審題轉(zhuǎn)化

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0037-04

一、巧設(shè)真實情境，對接核心素養(yǎng)

（一）巧設(shè)真實情境

高考評價體系規(guī)定高考的考查載體應(yīng)當是真實情境。通過真實情境來承載考查內(nèi)容，實現(xiàn)考查要求，體現(xiàn)評價的公平與公正。物理來源于生活，又高于生活，最終必將回歸生活。將物理問題建立在大眾視野下的生活情境中，有高大上的大國重器，也有接地氣的市井生活。真實情境是運用文字、數(shù)據(jù)、圖表等形式，圍繞一定主題加以設(shè)置的，是為呈現(xiàn)解題信息、設(shè)計問題任務(wù)、達成測評目標而提供的載體。物理考試關(guān)注對學(xué)生個性品質(zhì)的考核，可以通過情境設(shè)計和問題設(shè)計等途徑來實現(xiàn)，主要包括三個方面：一是能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，激發(fā)對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅;二是有把物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究、解決與日常生活有關(guān)的物理問題;三是了解并體會物理學(xué)對經(jīng)濟、社會發(fā)展的作用與貢獻，關(guān)注并思考與物理學(xué)相關(guān)的熱點問題。

（二）對接核心素養(yǎng)

基于課程標準，考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，對接中學(xué)教學(xué)。任何一個題目都有相關(guān)的素材，每一個題目都有特定的背景，并且與學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的考查一一對接，一個題目鏈接幾個核心素養(yǎng)。浙江選考物理題集中考查學(xué)生的四大物理學(xué)科核心素養(yǎng)。例如2022年1月浙江選考物理的第6題分別用彈簧、細繩連接小球在中國空間站中運動，第7題啞鈴狀物件[P]、凹形底座[Q]與電子秤間的相互作用力，第8題“天問一號”發(fā)射后進入火星停泊軌道過程的分析，第16題證實物質(zhì)波存在的電子雙縫干涉實驗，均需要用運動的觀念與相互作用觀念分析;第12題水泵由電動機帶動抽水，第13題置于通電螺線管內(nèi)圓管的熱功率，需要從能量觀進行分析;第7題物件[P]處于“磁懸浮”狀態(tài)要提取平衡模型，第22題需要建立逸出金屬薄板[M]的光電子在空間的分布圖景和經(jīng)過四分之一圓環(huán)有界復(fù)合場區(qū)域的空間模型;第4題[U]形水桶間歇性翻轉(zhuǎn)，第10題氣體—電子放大器空間電場線和等勢線的判斷，第11題入射光束繞半圓形玻璃磚圓心轉(zhuǎn)動，對科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新素養(yǎng)的考查提出了要求;第17題、第18題的物理實驗側(cè)重于評價學(xué)生的證據(jù)和交流素養(yǎng)。

二、審題轉(zhuǎn)化情境，提升圖像素養(yǎng)

（一） 審題轉(zhuǎn)化情境——實踐三個轉(zhuǎn)化

學(xué)生讀題審題的過程就是實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的過程，首先通過有效提取題目文字信息并轉(zhuǎn)化為物理情境，然后將物理情境轉(zhuǎn)化為物理條件，最后把物理條件轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)函數(shù)，轉(zhuǎn)化是解題的關(guān)鍵。有許多考生看不懂題目的意思，不知道題目要干什么;有的學(xué)生讀題審題到后半段，又忘記前半段講了什么，需返回繼續(xù)閱讀，逐字逐句仔細審題，不斷地來回審題，但讀了半天還是沒有把題目讀懂，最后考試結(jié)束還沒來得及看求解的問題，這樣的考試必?。?/p>

這類新情境題，肯定會找個背景、找個“帽子”把物理問題“蓋起來”，并且相當多的“帽子”情境與考題沒有實質(zhì)關(guān)系。物理背景比較復(fù)雜，學(xué)生需要建模，而一旦讀懂了題目，并建立了正確的物理模型，那么解題就簡單了。物理原理是簡潔的，數(shù)學(xué)運算也是簡單的，這就是考查物理素養(yǎng)，是考物理而不是考數(shù)學(xué)。2022年1月浙江選考物理的第21題與第22題，題目很長，閱讀量很大，學(xué)生就是讀不懂題目。其實，第21題最終還是回歸到最基本的電磁感應(yīng)模型，關(guān)注等效電路與受力分析，還有平時強化訓(xùn)練的安培力的沖量;而第22題是帶電粒子多過程運動題型，是典型的“電場加速磁場偏轉(zhuǎn)”模型，考查學(xué)生對運動的獨立性原理的掌握程度與空間想象能力。情境不可怕，轉(zhuǎn)化最重要。解題過程就是分析圖境建立模型，并運用規(guī)律解疑的過程。圖1是情境的轉(zhuǎn)化過程。

[例題1]如圖2所示，將一通電螺線管豎直放置，螺線管內(nèi)部形成方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小[B=kt]的勻強磁場，在內(nèi)部用絕緣輕繩懸掛一與螺線管共軸的金屬薄圓管，其電阻率為[ρ]、高度為[h]、半徑為[r]、厚度為d（d <

A.從上向下看，圓管中的感應(yīng)電流為逆時針方向

B.圓管的感應(yīng)電動勢大小為[kπr2h]

C.圓管的熱功率大小為[πdhk2r32ρ]

D.輕繩對圓管的拉力隨時間減小

【審題轉(zhuǎn)化】本題為2022年1月浙江選考物理的第13題，通過讀題可知，此題屬于電磁感應(yīng)的物理情境題。先解析AD選項。穿過圓管的磁能增加，則根據(jù)楞次定律可知，從上向下看，圓管中的感應(yīng)電流為順時針方向;對圓管受力分析，圓管各段受到的安培力指向圓的軸線，輕繩對圓管的拉力始終等于重力。在解析BC選項時，需要分析情境，構(gòu)建物理模型，即薄圓管每一圈中產(chǎn)生的感生電動勢的模型和等效電阻的模型。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知[E=ΔBΔtS=kπr2];薄圓管形成渦流的等效電阻（薄圓管展開后就是一個長方體的模型）為[R=ρ2πrdh]，薄圓管的熱功率大小為[P=E2R=πdhk2r32ρ]，本題的正確選項為C。將文字轉(zhuǎn)化為電磁感應(yīng)的物理背景，構(gòu)建薄圓管的感生電動勢模型和等效電阻模型，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公式求解。

（二）培養(yǎng)審題能力——提升圖像素養(yǎng)

高考物理審題的過程肯定要閱讀大量的文字和相關(guān)的物理圖片，而物理試題中呈現(xiàn)的圖像（函數(shù)圖線、圖表等）會給考生一種直觀明了的觀感。物理圖像中蘊藏著豐富的內(nèi)涵，給人以直觀明了的觀感，提供直觀的解題信息，這些信息會迅速地集結(jié)在人的大腦中，給人啟迪，引人思考，這樣可大大提高審題速度，節(jié)省審題時間，優(yōu)化解題過程。因此在審題的過程中，考生要充分應(yīng)用題目中所給的“圖景”，先瀏覽題目中的圖像，再閱讀文字，學(xué)會看圖說話，精準審題，以達到事半功倍的效果。識圖、用圖、作圖是選考物理題?？嫉膬?nèi)容，從選擇題的圖像升華到實驗題的數(shù)據(jù)處理，從實驗題的作圖操作到物理計算，需要學(xué)會賞析物理圖像之美。

在高中物理審題過程中，要善于繪制草圖，選擇觀察方向。要會畫平面草圖，特別需要將三維立體空間圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的平面圖，在平面圖中解決問題。特別是力學(xué)中的受力分析與運動分析草圖，一定要認真畫好，踏實解題。利用圖像來表達和分析物理問題是一種很重要的手段，也是考生應(yīng)該具備的能力。近年來，高考物理試題?？疾榭忌淖R圖（從圖中獲取信息）、用圖（利用圖像法解題）、作圖（根據(jù)條件作圖）能力，特別是在近幾年高考物理實驗題中， 描點作圖，利用圖像法分析處理實驗數(shù)據(jù)常考常新，非常精彩。近幾年出現(xiàn)的新情境題，題目很長，解答這些題目的快捷方式是倒序、插序。所謂倒序就是先看題目中的“圖景”（先看圖，學(xué)會看圖說話），然后直接從所求的問題入手進行解題，在解題的過程中如果有什么需要查尋的，再回到題干中搜尋有用的解題信息，這樣可以節(jié)省很多時間。其實很多這樣的信息題，不用看題目就能大致確定解題方向。這種倒序的解題方式是思維方式的變換，是一種能力，需要在平常的教學(xué)中培養(yǎng)與訓(xùn)練。可用下列圖表反映物理圖像的要義（如圖3）。

【例題2】小明同學(xué)根據(jù)圖4所示的電路圖連接器材探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系。實驗時多次改變合金絲甲接入電路的長度[l]，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使電流表的讀數(shù)[I]達到某一相同值時記錄電壓表的示數(shù)[U]，從而得到多個[UI]的值，作出[UI-l]圖像，如圖5中圖線 [a] 所示。

（1）實驗中使用的是? ? ? ? ? ? ? （選填“0～20 Ω”或“0～200 Ω”）的滑動變阻器。

（2）在某次測量時，量程為3 V的電壓表的指針位置如圖6所示，則讀數(shù)U=? ? ? ? ? ? V。

（3）已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10-8 m2，則合金絲甲的電阻率為? ? ? ? ? ? Ω·m（結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字）。

（4）圖5中圖線[b]是另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后采用同樣的方法獲得的[UI-l]圖像，由圖像可知合金絲甲的橫截面積? ? ? ? ? ? ? ? ?（選填“大于”“等于”或“小于”）合金絲乙的橫截面積。

【圖解過程】（1）根據(jù)調(diào)節(jié)方便原則，在實驗中使用的是“0～20 Ω”的滑動變阻器。（2）根據(jù)讀數(shù)規(guī)則，要估讀一位，電壓表讀數(shù)為 [U=1.32] V。而第（3）小題與第（4）小題要充分利用圖像信息，利用函數(shù)關(guān)系解題。根據(jù)物理原理[R=UI=ρlS+RA]，因為電流不變，所以變式可得[UI=ρSl+RA]，相當于一次函數(shù)[y=kx+b]，圖線的斜率[k=ρS]。在[a]圖線中，可求出斜率[ka=8-2.60.48-0.10=14.2=ρSa]，解得[ρ=9.9×10-7 Ω·m]。同理在[b]圖線中，[kb=2.0-1.00.37-0.11=3.85=ρSa+Sb]，比較可知[Sa

上面解題過程充分利用圖像信息分析物理問題，根據(jù)圖線中縱坐標與橫坐標的要求，從簡潔的物理實驗原理出發(fā)進行數(shù)學(xué)推理，得到相應(yīng)的公式[UI=ρSl+RA]，這個公式一定要與[y=kx+b]進行一一對比，理解截距和斜率的物理意義。

三、尋找原始素材，實踐真實情境

（一）試題中真實情境的來源

真實情境是命制考查核心素養(yǎng)試題的基礎(chǔ)，也是構(gòu)建物理模型的立足地。選考物理題的命制立足生活、生產(chǎn)及國家重大工程的真實情境，以國家重大工程項目為背景，弘揚家國情懷，增強文化自信。選擇物理性較強的原始素材，加工成結(jié)構(gòu)良好的真實情境，最后命制成融入新情境的選考物理試題。在日常物理教學(xué)中，高中物理試題的設(shè)計應(yīng)把物理知識與實際情境的關(guān)聯(lián)作為重要目標，把物理知識和日常語言、生活器具、工農(nóng)產(chǎn)品、娛樂活動、觀光旅游、生態(tài)環(huán)保等實際情境聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生用物理學(xué)的視角觀察周圍世界。真實情境試題可來源于新舊教材，來源于物理競賽試題，來源于我們對生活的思考，來源于對國家重大工程建設(shè)和科技創(chuàng)新的關(guān)注，來源于出版的科技讀本。比如2021年1月浙江選考物理試卷中就有以我國近年來重大工程和科技成就為背景，考查學(xué)生的基本概念和知識的試題。如第1題以我國安裝在南極大陸昆侖站的自主研發(fā)的全自動無人值守望遠鏡為背景，第2題以我國量子計算機“九章”的重大成果為背景，第3題以我國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底為背景，第7題以我國首個實施月面采樣返回的航天器嫦娥五號為背景，第14題以我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置為背景。試題在積極引導(dǎo)學(xué)生掌握物理基本概念和基礎(chǔ)理論的同時，注意激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，激勵學(xué)生勇攀科學(xué)高峰。

（二）近三次浙江選考題真實情境盤點

我們的教育是立德樹人，凡是教學(xué)，必言思政。上物理課要體現(xiàn)思政教育，考試也要體現(xiàn)思政教育——挖掘中國元素，講好中國故事，弘揚家國情懷，增強文化自信。選考物理試題以我國近年來重大工程和科技成就為背景，考查學(xué)生的基本概念、基本知識。表1是近三次浙江選考物理試題涉及的社會與科技的真實情境。

真實情境是物理命題的本源，基于真實情境設(shè)計問題考查學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)是高考命題的基本要求，也是新課標的要求。縱觀歷年高考物理試題，都重視考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識、基本技能，重視考查學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，這就要求教師在日常教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，還要注意引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，適當開展拓展創(chuàng)新活動。在復(fù)習階段要注意培養(yǎng)學(xué)生的審題素養(yǎng)，利用題目中的圖像進行解題思維訓(xùn)練，提升學(xué)生的物理圖像素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生通過分析真實情境構(gòu)建物理模型的能力和將物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)關(guān)系式的能力，有效提升學(xué)生解答高考物理試題的能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 梁旭.基于核心素養(yǎng)的學(xué)·教·評：浙江省近幾年高中物理教學(xué)的探索與實踐[J].中學(xué)物理， 2021（21）：2-6.

（責任編輯 易志毅）