基于《中國高考評(píng)價(jià)體系》的物理原創(chuàng)命題探索
——以應(yīng)用性為主的命題為例

廣東 翁石發(fā)

2019年11月，教育部考試中心發(fā)布了《中國高考評(píng)價(jià)體系》(以下簡(jiǎn)稱《高考評(píng)價(jià)體系》)?！陡呖荚u(píng)價(jià)體系》由“一核”“四層”“四翼”組成，其中“一核”是高考的核心功能，即“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”，回答“為什么考”的問題；“四層”為高考的考查內(nèi)容，即“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”，回答“考什么”的問題；“四翼”為高考的考查要求，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，回答“怎么考”的問題。

隨著高考改革的進(jìn)一步推進(jìn)，研讀《高考評(píng)價(jià)體系》，完成育人使命已成為一線教師面臨的重要而緊迫的課題。物理學(xué)科應(yīng)用性為主的命題往往是將物理概念、物理規(guī)律與生活生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、社會(huì)發(fā)展緊密聯(lián)系，通過設(shè)置真實(shí)的問題情境，要求學(xué)生構(gòu)建物理模型，考查學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)和方法解決實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變。

1 應(yīng)用性為主的物理原創(chuàng)命題示例

1.1 與社會(huì)熱點(diǎn)相關(guān)的應(yīng)用性命題

圖1

圖2

(1)紅隊(duì)冰壺在碰撞前后瞬間的速度之比是多少？

(2)兩冰壺均停止后，冰壺在圓壘內(nèi)且到O點(diǎn)距離較小的一方獲勝。紅隊(duì)運(yùn)動(dòng)員在P碰上Q前，用毛刷擦拭冰面的長度在滿足什么條件時(shí)可贏得比賽？(P碰上Q后，假設(shè)運(yùn)動(dòng)員不再擦拭冰面)

【素材來源】本題取材于冬奧會(huì)冰壺比賽。2022年2月4日～20日，我國成功舉辦第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)。冬奧會(huì)的成功申辦，增強(qiáng)了全國人民實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的信心,展示了中國致力于推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的信息，樹立了陽光、富強(qiáng)、開放的良好形象，增進(jìn)了各國人民對(duì)中國的了解和認(rèn)識(shí)。意義重大，舉國關(guān)注！很多體育比賽蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)，可以為命題提供應(yīng)用性極強(qiáng)的情境素材。利用體育賽事命題，顯化體育育人，凸顯試題育人價(jià)值。

【考核目標(biāo)】(1)必備知識(shí)：勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律。(2)關(guān)鍵能力：知識(shí)獲取能力、思維認(rèn)知能力。學(xué)生通過理解題意，進(jìn)而建構(gòu)冰壺做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的模型、碰撞模型；通過抽象思維將“贏得比賽”的情境問題轉(zhuǎn)化為物理問題，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。(3)學(xué)科素養(yǎng)：考查物理觀念中的運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念和科學(xué)思維中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、質(zhì)疑與創(chuàng)新。(4)核心價(jià)值：厚植愛國主義情懷(政治立場(chǎng)和思想觀念)，培養(yǎng)健康情感和奮斗精神(道德品質(zhì)和綜合素質(zhì))。

【任務(wù)描述】本題要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決“贏得冰壺比賽”的實(shí)際問題。冰壺離開投擲線后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員通過擦拭冰面減小動(dòng)摩擦因數(shù)的方法改變冰壺的加速度，進(jìn)而控制冰壺撞擊對(duì)方冰壺的速度，使我方冰壺在停止時(shí)離“壘區(qū)”圓心最近，從而贏得比賽。要求學(xué)生通過審題，理解擦拭冰面長度與冰壺速度的關(guān)系、冰壺速度與停止位移的關(guān)系，最后將“贏得比賽”的情境問題轉(zhuǎn)化為“比較冰壺停止位置”的物理問題，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。方案一，若兩冰壺最終均停在“壘區(qū)”圓心右側(cè)，由于碰撞后我方冰壺速度較小，撞后滑行位移較小，則冰壺一定離“壘區(qū)”圓心O較近，只要滿足冰壺不出壘區(qū)右邊界，我方就能贏得比賽；方案二，若兩冰壺停在壘區(qū)內(nèi)且分居“壘區(qū)”圓心左右兩側(cè)，此時(shí)要贏得比賽，則我方冰壺碰后滑行位移S1和對(duì)方冰壺滑行位移S2必須要滿足數(shù)學(xué)條件x-S1

【設(shè)問思路與評(píng)價(jià)】本題考查學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。第(1)問中，學(xué)生可以直接提煉兩冰壺碰撞模型，運(yùn)用動(dòng)量守恒知識(shí)進(jìn)行作答，多數(shù)學(xué)生可以輕松解答。但第(2)問增加了比較兩冰壺停止位置的復(fù)雜問題，學(xué)生需要同時(shí)考慮兩冰壺的運(yùn)動(dòng)情況，而且還要清晰地理解擦拭冰面與冰壺的速度關(guān)系，使得情境變得復(fù)雜，思維鏈條進(jìn)一步拉長。此外，問題的解答具有一定的探索性和開放性，要求學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決“贏得比賽”這一實(shí)際問題，方案并不唯一，且不同方案的數(shù)學(xué)條件也不盡相同，需要學(xué)生對(duì)所選方案進(jìn)行綜合分析、篩選以及評(píng)價(jià)，考查學(xué)生思維的縝密程度；水平高的考生可以通過邏輯分析得到方案一中只需保證我方冰壺不出壘區(qū)右邊界(即擦拭冰面長度不能超出某個(gè)理論上限)即可，最終通過速度的比較發(fā)現(xiàn)，擦拭冰面長度的理論上限大于實(shí)際場(chǎng)地27.5 m的上限，進(jìn)而避免進(jìn)行繁瑣的理論上限計(jì)算，創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題。

1.2 與生活生產(chǎn)結(jié)合的應(yīng)用性命題

【原創(chuàng)命題2】甲、乙兩位同學(xué)利用智能手機(jī)的連拍功能研究滑塊的直線運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，在斜面底端固定某參照物，乙同學(xué)將滑塊置于斜面頂端。此時(shí)，滑塊與參照物距離為2.60 m。甲同學(xué)調(diào)整手機(jī)拍攝角度，使得攝像頭正對(duì)著裝置且讓整個(gè)裝置盡量布滿手機(jī)屏幕，調(diào)節(jié)完畢后固定手機(jī)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，甲同學(xué)啟動(dòng)手機(jī)連拍功能后，乙同學(xué)將滑塊由靜止釋放，獲得多張滑塊下滑時(shí)的照片。選取第一幅照片以及滑塊下滑過程中(撞上參照物前)任意5幅連續(xù)的照片A、B、C、D、E，均沖洗成5寸規(guī)格的照片。用刻度尺分別在照片中測(cè)量滑塊與參照物的距離，獲得數(shù)據(jù)如表1。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

已知該手機(jī)每隔0.1秒拍1幅照片，通過分析表格數(shù)據(jù)，請(qǐng)回答：

(1)滑塊下滑過程(撞上參照物前)可以認(rèn)為是做________運(yùn)動(dòng)；

(2)拍攝第C幅照片時(shí)，滑塊的瞬時(shí)速度v=________(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；

(3)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相比，利用手機(jī)連拍功能記錄運(yùn)動(dòng)信息在實(shí)驗(yàn)精確度上你作何評(píng)價(jià)，請(qǐng)陳述你的理由：_______________________________________________________________。

【素材來源】本題取材于生活中非常常見的智能手機(jī)的連拍功能。連拍功能可以實(shí)現(xiàn)每隔相同時(shí)間拍攝一幅照片，與物理課堂中的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔相同時(shí)間打下一個(gè)點(diǎn)的功能相近，可以作為記錄物體運(yùn)動(dòng)信息的工具。

【考核目標(biāo)】(1)必備知識(shí)：勻變速直線運(yùn)動(dòng)中紙帶的處理方法；(2)關(guān)鍵能力：知識(shí)獲取能力、實(shí)踐操作能力、思維認(rèn)知能力；(3)學(xué)科素養(yǎng)：考查“科學(xué)探究”中的證據(jù)、解釋、交流和“科學(xué)思維”中質(zhì)疑與創(chuàng)新；(4)核心價(jià)值：世界觀與方法論中的理論聯(lián)系實(shí)際。

【任務(wù)描述】本題利用手機(jī)連拍功能記錄運(yùn)動(dòng)信息。每隔0.1 s拍攝一幅照片，可以獲得在相同時(shí)間間隔內(nèi)物體的位置信息，將滑塊與固定參照物間的距離L轉(zhuǎn)化為滑塊運(yùn)動(dòng)位移信息。從處理過的位置信息中獲得“在誤差允許范圍內(nèi)，連續(xù)相同時(shí)間間隔內(nèi)位移之差相等”這一證據(jù)，進(jìn)而得出滑塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)論?；蛘呤峭ㄟ^第二問的做法求出各個(gè)位置的瞬時(shí)速度，再根據(jù)速度的變化獲得勻加速直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。在計(jì)算C照片中滑塊的瞬時(shí)速度時(shí)，由于測(cè)量數(shù)據(jù)是在沖洗后的5寸照片上進(jìn)行，實(shí)際上是將現(xiàn)實(shí)裝置“縮小”到照片上了，因此在計(jì)算時(shí)要先“等比例”恢復(fù)到裝置的實(shí)際尺寸。這個(gè)“比例”是通過第一幅照片滑塊與參照物的“照片距離”L=13.00 cm與題中告知的現(xiàn)實(shí)尺寸2.60 m對(duì)應(yīng)得出的，比例系數(shù)是1∶20。將“照片距離”按1∶20放大到實(shí)際距離后再利用瞬時(shí)速度的求法解答。這個(gè)按比例放大過程，實(shí)際上就是要求學(xué)生具有理論聯(lián)系實(shí)際的世界觀與方法論的核心價(jià)值。最后，要求學(xué)生不僅僅能理解實(shí)驗(yàn)過程，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，還要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià)，考查學(xué)生深刻理解記錄運(yùn)動(dòng)信息的準(zhǔn)確程度與時(shí)間間隔的長短有關(guān)，時(shí)間間隔越短記錄越精確的極限思想。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是每隔0.02 s記錄一次，而連拍功能是每隔0.1 s記錄一次，顯然，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄更為精準(zhǔn)。此外，在數(shù)據(jù)處理上，“照片距離”相對(duì)實(shí)際距離作了“縮小”，測(cè)量“照片距離”再等比例反映實(shí)際距離，這樣會(huì)造成較大的誤差，基于這兩點(diǎn)考慮，手機(jī)連拍功能記錄運(yùn)動(dòng)信息的精確度不如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

【設(shè)問思路與評(píng)價(jià)】問題(1)主要考查學(xué)生獲取信息能力，能否將表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)情況，可以根據(jù)學(xué)生回答的是否清楚、正確情況，給予不同的分?jǐn)?shù)。問題(2)不僅考查學(xué)生是否掌握求瞬時(shí)速度的方法，還考查學(xué)生能否聯(lián)系實(shí)際，將表格中的“照片距離”等比例放大到實(shí)際距離再進(jìn)行計(jì)算。這里可以將學(xué)生遷移能力、應(yīng)用能力(理論聯(lián)系實(shí)際能力)作出區(qū)分。問題(3)具有一定的開放性，在記錄運(yùn)動(dòng)信息的精確度上，學(xué)生會(huì)覺得手機(jī)連拍功能會(huì)優(yōu)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，畢竟智能手機(jī)帶有“智能”這一具有時(shí)代性、高大上的光環(huán)。這就考驗(yàn)學(xué)生是否具備獨(dú)立思考能力、是否能批判性地發(fā)現(xiàn)問題、客觀辯證地解釋問題，考驗(yàn)學(xué)生對(duì)問題解決方案的合理性、可行性基于事實(shí)和邏輯的論證。在闡述理由時(shí)，如果學(xué)生能清晰表述“時(shí)間間隔”長短以及測(cè)量誤差兩方面的影響，則說明該生具有更高水平，可獲得更高分?jǐn)?shù)。

1.3 與科學(xué)技術(shù)聯(lián)系的應(yīng)用性命題

( )

A.火星公轉(zhuǎn)軌道的半徑約為地球公轉(zhuǎn)軌道半徑的2倍

D.下一個(gè)火星探測(cè)器的最佳發(fā)射期最早將出現(xiàn)在2020年

【素材來源】本題素材來源于新聞報(bào)道，以“洞察號(hào)”火星探測(cè)器于“火星沖日”時(shí)段發(fā)射為情境。

【考核目標(biāo)】(1)必備知識(shí)：天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律；(2)關(guān)鍵能力：知識(shí)獲取能力；(3)學(xué)科素養(yǎng)：考查“物理觀念”中的運(yùn)動(dòng)觀念和“科學(xué)思維”中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、質(zhì)疑與創(chuàng)新。

【設(shè)問思路及評(píng)價(jià)】A、B、C選項(xiàng)的設(shè)問中規(guī)中矩，考查天體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)。對(duì)于D選項(xiàng)，學(xué)生需要建立行星追及運(yùn)動(dòng)模型，將直線運(yùn)動(dòng)中的“線”追及遷移到圓周運(yùn)動(dòng)中的“角”追及，進(jìn)而計(jì)算出下一次火星離地球最近的年份。應(yīng)用所學(xué)知識(shí)計(jì)算出下一個(gè)火星探測(cè)器的最佳發(fā)射期，讓學(xué)生感受到所學(xué)知識(shí)與科技前沿對(duì)接的喜悅，充分感受到課堂所學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的應(yīng)用價(jià)值。

2 應(yīng)用性為主的物理原創(chuàng)命題體會(huì)

2.1 命題立意宜立足學(xué)科素養(yǎng)，體現(xiàn)核心價(jià)值

受學(xué)科特點(diǎn)限制，物理學(xué)科命題在考查核心價(jià)值時(shí)，無法像政治、歷史等學(xué)科一樣通過主觀題了解學(xué)生的作答情況，體現(xiàn)學(xué)生的政治立場(chǎng)和思想觀念、道德品質(zhì)和綜合素質(zhì)。物理學(xué)科的命題可以通過“應(yīng)用性”較強(qiáng)的問題情境，立足學(xué)科素養(yǎng)，以“解決實(shí)際問題”為導(dǎo)向。通過實(shí)際問題的解決，考查解決問題的能力，讓學(xué)生在解決問題的過程中，提升自我價(jià)值，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)科學(xué)服務(wù)于人類的意識(shí)，踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，體現(xiàn)物理學(xué)科的核心育人價(jià)值。

2.2 試題情境宜選取真實(shí)問題，貼近生活實(shí)際

利用真實(shí)問題作為情境命題，有助于科學(xué)選拔人才。物理命題往往是用滑塊、小球、帶電體、軌道、輕繩、彈簧等理想化模型進(jìn)行組合，且學(xué)生通過刷題和一些毫無思維品質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)論也能一定程度上應(yīng)對(duì)考試，但很難區(qū)分解決實(shí)際問題能力以及素養(yǎng)水平的高低。因此，以真實(shí)情境為載體命制的題目對(duì)能力和素養(yǎng)的檢測(cè)更為全面準(zhǔn)確.既可以拉近物理與生活的距離、揭示生活中蘊(yùn)含的科學(xué)原理，又能有效避免考試內(nèi)容與理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐應(yīng)用的脫節(jié)。具有“應(yīng)用性”考查要求的命題在情境上宜選取更貼近時(shí)代、貼近社會(huì)、貼近生活的素材，拓寬學(xué)生科學(xué)視野，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)，提升解決實(shí)際問題的能力。

2.3 命題設(shè)問宜結(jié)論開放，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

以“應(yīng)用性”為考查要求的命題在設(shè)問上要有一定的開放性和探究性，建議設(shè)置解決方法多樣、答案不唯一的問題，引導(dǎo)學(xué)生多角度思考問題，且進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，提出多種解決問題的方案，并對(duì)所選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與篩選。訓(xùn)練學(xué)生面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)，始終保持冷靜思考和理性判斷的能力，增強(qiáng)學(xué)生“批判性思維”意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)對(duì)生活實(shí)踐問題情境的學(xué)科素養(yǎng)，有利于提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。

3 結(jié)語

學(xué)以致用，是學(xué)生終身發(fā)展必須具備的素養(yǎng)。學(xué)生無論以后從事什么職業(yè)，能不能把理性分析跟實(shí)踐情況結(jié)合起來，能不能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題，終將影響其事業(yè)的發(fā)展?！陡呖荚u(píng)價(jià)體系》強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，強(qiáng)調(diào)命題要注重應(yīng)用性，這樣的命題可以使學(xué)生形成理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力和思維習(xí)慣，助力培養(yǎng)善于觀察各種現(xiàn)象，主動(dòng)靈活地應(yīng)用知識(shí)分析并解決實(shí)際問題，高度關(guān)注與國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)生活實(shí)際等緊密相關(guān)的內(nèi)容與問題，具備良好的實(shí)際問題解決能力的社會(huì)主義接班人。