高考物理試題情境素材的回眸與前瞻

荊 鵬

(東北師范大學(xué)物理學(xué)院 吉林 長春 130024)

侯 恕

(東北師范大學(xué)物理教育研究所 吉林 長春 130024)

2022年1月27日，教育部發(fā)布的《關(guān)于做好2022年普通高校招生工作的通知》強(qiáng)調(diào)：要深化考試內(nèi)容改革，優(yōu)化試題呈現(xiàn)方式，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)的考查，引導(dǎo)減少死記硬背和“機(jī)械刷題”現(xiàn)象．教育教學(xué)的最終目的是使學(xué)生在未來可以成功地解決真實(shí)情境中的復(fù)雜問題[1]．為改變這一現(xiàn)狀，近年來高考試題優(yōu)選素材、創(chuàng)新情境旨在讓學(xué)生在真實(shí)問題背景下應(yīng)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力解決現(xiàn)實(shí)問題，發(fā)展其核心素養(yǎng)，彰顯物理學(xué)科獨(dú)特的育人價(jià)值，為教學(xué)備考提供了可借鑒方向．為此，本文將2019-2021年全國卷及各省市高考情境試題素材進(jìn)行分析整合，對(duì)其情境素材的選取進(jìn)行回眸與前瞻，以期為教學(xué)與備考帶來思考啟發(fā)．

1 高考試題情境素材的選取回眸

素材是情境創(chuàng)設(shè)的基本元素，情境是新穎試題的呈現(xiàn)載體．真實(shí)問題的解決需要學(xué)生扎實(shí)掌握必備知識(shí)和培養(yǎng)錘煉關(guān)鍵能力，更需要教師引導(dǎo)學(xué)生融會(huì)貫通和學(xué)以致用，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)問題的解決過程中活化所學(xué)知識(shí)，在探究求索的遷移應(yīng)用中落成核心素養(yǎng)．

《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》指出在知識(shí)、能力和素養(yǎng)的教育培養(yǎng)中，應(yīng)關(guān)注與國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)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，發(fā)揮高考的正向引導(dǎo)作用．近3年高考物理試題情境素材的選取統(tǒng)計(jì)，如表1所示.涉及我國重大科技進(jìn)步與日常社會(huì)生活的諸多領(lǐng)域，緊扣時(shí)事熱點(diǎn)，密切聯(lián)系實(shí)際，貼近時(shí)代、貼近社會(huì)、貼近生活，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了解決實(shí)際問題的真實(shí)情境．

表1 2019-2021年全國卷及各省市物理卷高考素材節(jié)選

2 高考試題情境素材的走向前瞻

高考試題情境素材占比增長的變化，突出高考命題理念由“知識(shí)立意”“能力立意”向“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基”的轉(zhuǎn)換[2]．高考試題的情境素材指向物理學(xué)科育人的價(jià)值引領(lǐng)，而價(jià)值引領(lǐng)則以“立德樹人”這一根本任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，“立德樹人”的落實(shí)力度與效果成效又由新穎且科學(xué)的具有正確價(jià)值觀導(dǎo)向的真實(shí)問題解決表現(xiàn)得以考查檢驗(yàn)．這為前瞻高考試題情境素材走向提供了明晰路徑．

2.1 聚焦“冰雪冬奧”：競(jìng)技體育內(nèi)嵌物理的“運(yùn)動(dòng)基因”

2022年2月，北京冬奧會(huì)成功落下帷幕，冬奧會(huì)的順利舉辦彰顯了大國力量，奧運(yùn)健兒取得的優(yōu)異成績外顯著體育強(qiáng)國建設(shè)的決策部署．對(duì)于億萬青少年而言，這既是一次精彩絕倫的冰雪運(yùn)動(dòng)盛會(huì)，又是一場(chǎng)獨(dú)具特色的趣味物理課堂．本次冬奧會(huì)共設(shè)包括滑雪、滑冰、冰壺在內(nèi)的7個(gè)大項(xiàng)，百余個(gè)小項(xiàng)，運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目種類多樣，蘊(yùn)含豐富物理知識(shí)與物理規(guī)律．教師將冰雪運(yùn)動(dòng)中的“物理元素”轉(zhuǎn)化成“教學(xué)素材”，給物理課堂增添趣味的同時(shí)，也能夠培養(yǎng)學(xué)生融會(huì)貫通解決真實(shí)問題的能力．

以冰壺為例，該運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)冰上投擲性競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，憑借的是技巧性與藝術(shù)性，被喻為冰上的“國際象棋”，贏得廣泛關(guān)注，吸引了眾多青少年粉絲．在物理學(xué)視角審視這項(xiàng)冰上運(yùn)動(dòng)，同樣精彩紛呈，蘊(yùn)含了動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律、摩擦力等物理知識(shí)點(diǎn)．在2009年高考寧夏、遼寧卷就出現(xiàn)了以冰壺為素材的試題，如例1，考查了摩擦力、動(dòng)能定理的知識(shí)點(diǎn)去求解力在空間的累積效應(yīng)，或通過勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度-位移公式進(jìn)行求解．

【例1】(2009年高考寧夏、遼寧卷第24題)冰壺比賽是在水平冰面上進(jìn)行的體育項(xiàng)目,比賽場(chǎng)地示意圖如圖1所示.比賽時(shí),運(yùn)動(dòng)員從起滑架處推著冰壺出發(fā),在投擲線AB處放手讓冰壺以一定的速度滑出,使冰壺的停止位置盡量靠近圓心O.為使冰壺滑行得更遠(yuǎn),運(yùn)動(dòng)員可以用毛刷擦冰壺運(yùn)行前方的冰面,使冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)減小.設(shè)冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.008,用毛刷擦冰面后動(dòng)摩擦因數(shù)可減少至μ2=0.004.在某次比賽中,運(yùn)動(dòng)員使冰壺在投擲線中點(diǎn)處以2 m/s的速度沿虛線滑出.為使冰壺C能夠沿虛線恰好到達(dá)圓心O,運(yùn)動(dòng)員用毛刷擦冰面的長度應(yīng)為多少? (g取10 m/s2)

圖1 例1題圖

此外，擲球員在借助起蹬器發(fā)力滑行時(shí)，蹬冰的力度、滑行方向、手勢(shì)是逆時(shí)針還是順時(shí)針以及壺的旋轉(zhuǎn)快慢，都決定著這只冰壺的成敗，其中涉及變力做功、相互作用等知識(shí)點(diǎn)；為了使得冰壺滑行出預(yù)期的路徑，增加刷子對(duì)冰的向下壓力與增加刷頭速度會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，從而減少冰壺與冰面間的摩擦力[3]，這里涉及摩擦力、動(dòng)能定理、相互作用等知識(shí)點(diǎn)；在營壘區(qū)又將通過既定策略進(jìn)行碰撞、擊打與防御，涉及動(dòng)量守恒、能量守恒等物理規(guī)律．僅冰壺一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)即有諸多物理知識(shí)的考查落腳點(diǎn)，可見，充分發(fā)掘冬奧素材將其融入物理教學(xué)是可行且多樣的，不僅是對(duì)課堂趣味性的豐富，也是普及冰雪運(yùn)動(dòng)對(duì)“三億人上冰雪”的助力．在德智體美勞的育人理念下，讓更多學(xué)生喜歡物理學(xué)習(xí)、熱愛冰雪運(yùn)動(dòng)，體會(huì)到北京冬奧會(huì)順利舉辦背后的大國力量和大國擔(dān)當(dāng)，引燃其民族自豪感更具育人成效．

2.2 聚焦“天宮課堂”：航空航天凸顯物理的“時(shí)空奧妙”

2021年12月9日，“天宮課堂”第一課在我國空間站天和核心艙成功舉行，給全國中小學(xué)生帶來了一場(chǎng)充滿視覺盛宴的科學(xué)教育活動(dòng).天宮授課腳本是廣大教育工作者集體智慧的結(jié)晶，授課的內(nèi)容具有嚴(yán)謹(jǐn)性、互動(dòng)性、趣味性和啟發(fā)性，操作的實(shí)驗(yàn)新穎、易懂且經(jīng)典，兼顧差異性與觀賞性．“天宮課堂”中素材頗豐，如浮力消失實(shí)驗(yàn)可作為液體表面張力和浸潤與不浸潤章節(jié)素材；水膜張力實(shí)驗(yàn)可作為光與光的折射章節(jié)素材；水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)可作為分子熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散章節(jié)素材……

此外，中國航天加速創(chuàng)新發(fā)展，航天重大工程亮點(diǎn)紛呈：中國空間站建造全面實(shí)施、探月工程“繞、落、回”圓滿收官、嫦娥四號(hào)著陸月背、嫦娥五號(hào)帶回月壤、天問一號(hào)實(shí)現(xiàn)在火星上留下中國印跡、北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開通．國務(wù)院發(fā)布《2021中國的航天》的白皮書中既總結(jié)了中國近5年以來在空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用方面的成績，又重點(diǎn)描繪了未來5年的發(fā)展愿景[4]．發(fā)射“問天”、“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙、“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船，全面建成并運(yùn)營中國空間站；實(shí)施探月工程四期，研制發(fā)射嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)探測(cè)器……這些無疑是我國科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展的重要彰顯，轉(zhuǎn)化這些素材作為物理課堂的教學(xué)資源，教學(xué)實(shí)踐中能用、會(huì)用、巧用之，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，傳遞給學(xué)生中國航天在奔向星辰大海征途上的這份榮耀、責(zé)任與使命，從而促成物理學(xué)科的育人價(jià)值．

2.3 聚焦“疫情防控”：醫(yī)療衛(wèi)生蘊(yùn)含物理的“跨域交融”

德智體美勞“五育融合”理念呼喚對(duì)全面發(fā)展的社會(huì)主義接班人培養(yǎng)，醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域情境素材引入教育教學(xué)實(shí)踐以幫助學(xué)生樹立關(guān)愛生命、熱愛生活的觀念來提升教育實(shí)效性具有重要價(jià)值．2021年教育部印發(fā)的《生命安全與健康教育進(jìn)中小學(xué)課程教材指南》中指出：要依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，選取生命安全與健康教育相關(guān)內(nèi)容，作為學(xué)科教學(xué)素材，有機(jī)整合融入學(xué)科教育．

近年來，高考物理試題對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，特別是與疫情防控背景相關(guān)的習(xí)題出現(xiàn)頻率有明顯上升趨勢(shì)．我國在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域取得的新進(jìn)展、新成效以及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題都可能出現(xiàn)在高考題目的情境素材中，這就要求在日常的教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)選取與物理學(xué)科相關(guān)的生命安全與健康教育素材進(jìn)行加工轉(zhuǎn)化引入課堂教學(xué)，既讓學(xué)生知其所學(xué)用于何處，又對(duì)學(xué)生進(jìn)行了一場(chǎng)健康教育．筆者從力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)和聲學(xué)5個(gè)學(xué)科分支整合了與醫(yī)療衛(wèi)生相關(guān)素材關(guān)鍵詞，如表2所示．

表2 物理學(xué)與醫(yī)療衛(wèi)生的相關(guān)素材

2.4 聚焦“文化自信”：傳統(tǒng)史冊(cè)記載物理的“人文傳承”

科學(xué)與人文密不可分，科學(xué)的發(fā)展離不開人文予以的應(yīng)用方向，人文的進(jìn)步要依靠科學(xué)的格物致知．物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，而中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化具有突出的人文特征[5]．結(jié)合物理學(xué)科特點(diǎn)，有機(jī)整合、系統(tǒng)融入優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為教學(xué)素材，有助于將知識(shí)化抽象為形象、化枯燥乏味為興趣盎然．在2021年高考物理試題中，廣東卷、湖南卷等考卷依托算盤、《來耜經(jīng)》記載曲轅犁、《墨經(jīng)》記載小孔成倒像等素材創(chuàng)設(shè)情境，對(duì)受力分析、動(dòng)量守恒和幾何光學(xué)等內(nèi)容進(jìn)行考查，這既是落實(shí)以中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化涵養(yǎng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀的理念凸顯，也是體現(xiàn)強(qiáng)調(diào)融會(huì)貫通的高考評(píng)價(jià)體系對(duì)素質(zhì)教育內(nèi)涵發(fā)展的回應(yīng)．

2021年1月，教育部印發(fā)了《中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化進(jìn)中小學(xué)課程教材指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)指出：物理是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育的載體，要結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的思想方法，感悟中華民族智慧與創(chuàng)造，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、自強(qiáng)不息的精神，堅(jiān)定文化自信，增強(qiáng)民族自豪感．《指南》突出重點(diǎn)確定了主題內(nèi)容和載體形式，給教學(xué)實(shí)踐中轉(zhuǎn)化中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為教學(xué)素材提供了路徑，如圖2所示．

圖2 中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與物理學(xué)的轉(zhuǎn)化路徑

因?qū)W生認(rèn)知水平和生活經(jīng)歷有限，教師需對(duì)素材加以轉(zhuǎn)化加工，機(jī)械照抄文件或貼標(biāo)簽是與《指南》精神的相背離，應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系物理學(xué)科的特點(diǎn)，注重有機(jī)融入，切實(shí)發(fā)揮物理學(xué)科與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的綜合育人效應(yīng)．

3 總結(jié)與展望

“立德樹人”這一教育的根本任務(wù)，凸顯育人過程中對(duì)社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育的時(shí)代主題，對(duì)教學(xué)實(shí)踐中適宜引用時(shí)政熱點(diǎn)素材作為價(jià)值引領(lǐng)提出了現(xiàn)實(shí)需求．發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)不應(yīng)只視作一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的聚力推動(dòng)，而是與時(shí)俱進(jìn)、把握熱點(diǎn)，為學(xué)生提供交叉學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)社會(huì)主義核心價(jià)值觀的理論、情感與行為認(rèn)同．近年來，高考試題注重依托情境素材對(duì)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)問題解決能力的考查，給出了教學(xué)與備考的路徑指向，但教師在教學(xué)實(shí)踐中關(guān)注時(shí)政熱點(diǎn)并將其轉(zhuǎn)化加工、挖掘應(yīng)用的意識(shí)還有待提高．因此，希望廣大教育工作者能夠在未來的教學(xué)中關(guān)注、發(fā)掘并應(yīng)用此類資源，將其融通轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材．本文借此機(jī)會(huì)“拋磚引玉”，以期為接下來的高考備考與物理教學(xué)提供一個(gè)新的生長點(diǎn)．