核心素養(yǎng)導向下高考物理試題的情境化研究
——以2022年全國甲乙卷為例

杜明榮，秦煜茜

河南大學物理與電子學院，河南 開封 475000

核心素養(yǎng)是指學生在接受相應學段和學科的教育過程中，逐步形成適應個人終身發(fā)展和未來社會發(fā)展所需的必備品格與關鍵能力[1]?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（2017年版2020年修訂）》對物理核心素養(yǎng)的具體內容作出界定，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任。核心素養(yǎng)導向下的高考試題多以情境為載體對學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平進行考查。依據《中國高考評價體系》，情境化試題將物理知識與情境相融合，使學生基于真實物理情境分析解決問題，注重對學生關鍵能力和必備品格的考查，能夠有效地評價物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。通過對2022年全國高考甲乙卷中物理試題的情境化分析，力求為一線教師對學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供參考。

1 情境化試題

情境是支撐學生認知活動的條件、構成學生學習生態(tài)系統(tǒng)的要素，影響學生素養(yǎng)發(fā)展的因素。高考評價體系中指出：“情境”即“問題情境”，是真實的問題背景，是以問題或任務為中心構成的活動場域。情境化試題是指以情境為載體對學科內容進行考查的題目。試題中不同特征的情境信息影響學生對已知條件的提取、物理模型的建構、物理方法的運用以及物理問題的解決?；谥R應用和產生方式的不同，可以將情境分為兩類，分別為生活實踐情境和學習探索情境[2]。生活實踐情境的主要來源是日常的生活現(xiàn)象、生產勞動、體育項目以及科技前沿的成就；學習探索情境的主要來源是基于教材或者超越教材的科學實驗和科學研究。

高考物理試題基于生活實踐問題情境和學習探索問題情境，試圖引導學生回歸人類知識、生產過程的本源，還原知識應用的實際過程，考查學生的物理知識與技能，從而選拔出在陌生情境下仍能進行深度思考并解決問題的學生。情境化試題不僅能夠凸顯高考試題的能力立意，還能呈現(xiàn)其素養(yǎng)立意，符合人類知識再生產過程的規(guī)律，有效地體現(xiàn)高考“立德樹人、服務選材、引導教學”的核心功能。

2 全國卷中試題的情境化分析

2022年全國高考物理試卷分為全國甲卷和全國乙卷，使用此類傳統(tǒng)試卷的省份共17個，云南、廣西、貴州、四川、西藏5個地區(qū)使用全國甲卷，河南、吉林、黑龍江、甘肅、青海、寧夏、內蒙古、安徽、江西、廣西、山西、陜西12個地區(qū)使用全國乙卷，具有廣泛的代表性。將兩套試卷中的情境化試題按照高考評價體系中的生活實踐問題情境和學習探索問題情境進行分類，發(fā)現(xiàn)在生活實踐問題情境領域下主要以科技成就和日常生產生活現(xiàn)象為情境來源，在學習探索問題情境領域下主要以科學探究和教材典型問題為情境來源。為從高考情境化試題中獲取對教學有價值的信息，本文以2022年高考全國甲乙卷中典型試題為例，在上述四類情境下對試題的情境材料、考查內容以及素養(yǎng)側重三個方面進行分析。

2.1 生活實踐問題情境

2.1.1 科技成就相關的情境

例1（全國乙卷第14題）2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400 km的“天宮二號”空間站上通過天地連線，為同學們上了一堂精彩的科學課。通過直播畫面可以看到，在近地圓軌道上飛行的“天宮二號”中，航天員可以自由地漂浮，這表明他們（ ）

A.所受地球引力的大小近似為零

B.所受地球引力與飛船對其作用力兩者的合力近似為零

C.所受地球引力的大小與其隨飛船運動所需向心力的大小近似相等

D.在地球表面上所受引力的大小小于其隨飛船運動所需向心力的大小

上述高考題以科技成就相關的情境為載體，比如高速列車的應用、天地連線授課等，引導學生關注科技成就及其實際應用，從而激發(fā)學生學習物理的興趣。例1以航天員在“天宮二號”上自由漂浮進行授課為背景信息，考查學生對太空失重問題的理解，需要學生對失重的科學本質有清晰的認知，綜合運用萬有引力、圓周運動以及向心力相關知識才能選出正確選項，同時該情境具有時代性，體現(xiàn)了新時代我國重大科技發(fā)展成就，能夠提升學生的民族自豪感和國家認同感。

2.1.2 聯(lián)系日常生活的情境

例2（全國甲卷第24題）將一小球水平拋出，使用頻閃儀和照相機對運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔0.05 s發(fā)出一次閃光。某次拍攝時，小球在拋出瞬間頻閃儀恰好閃光，拍攝的照片編輯后如圖1所示。圖中的第一個小球為拋出瞬間的影像，每相鄰兩個球之間被刪去了3個影像，所標出的兩個線段的長度s1和s2之比為3∶7。重力加速度大小取g=10 m/s2，忽略空氣阻力。求在拋出瞬間小球速度的大小。

圖1 小球運動圖示

例3（全國乙卷第18題）安裝適當的軟件后，利用智能手機中的磁傳感器可以測量磁感應強度B。如圖2，在手機上建立直角坐標系，手機顯示屏所在平面為xOy面。某同學在某地對地磁場進行了四次測量，每次測量時y軸指向不同方向，而z軸正向保持豎直向上。根據表1中測量結果可推知（ ）

表1 地磁數據測量結果

圖2 用手機測磁感應強度B

A.測量地點位于南半球

B.當地的地磁場大小約為50μT

C.第2次測量時y軸正向指向南方

D.第3次測量時y軸正向指向東方

上述兩道高考題均屬于融合性情境試題[3]，具有一定的創(chuàng)新性。試題聯(lián)系日常生活，利用生活中常見的物品去探索物理世界，比如照相機、手機，引導學生關注生活中的物件以及物理現(xiàn)象。從物理視角解釋生活現(xiàn)象，利用身邊物品去開發(fā)物理實驗，從而在模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新的過程中培養(yǎng)核心素養(yǎng)。例2利用照相機和頻閃儀測小球的速度，考查學生對關鍵信息的提取與處理能力，對不同的情境活動進行模型建構，使思維可視化，從而解決問題。例3利用智能手機去測量磁感應強度，考查學生的科學論證能力。學生需要根據題中給出的測量結果論證測量地點以及y軸正方向的指向情況等。將科技產品融入到物理學習中，能夠讓學生感受到物理知識應用的廣泛性，同時也體會到科學技術影響著我們的日常學習和生活，從而提升學生的探究意識與探究能力，深刻體會“從生活走向物理，從物理走向社會”的內涵。

2.2 學習探索問題情境

2.2.1 科學探究的實驗情境

例4（全國甲卷第22題）某同學要測量微安表內阻，可利用的實驗器材有：電源E（電動勢15 V，內阻很?。?，電流表（量程 10 mA，內阻約 10 Ω），微安表（量程 100 μA，內阻 Rg待測，約 1 kΩ），滑動變阻器R（最大阻值10 Ω），定值電阻R0（阻值 10 Ω），開關 S，導線若干。

（1）將圖3中所示的器材符號連線，畫出實驗電路原理圖；

圖3 實驗器材

（2）某次測量中，微安表的示數為 90.0 μA，電流表的示數為9.00 mA，由此計算出微安表內阻Rg=____Ω。

例5（全國乙卷第22題）用雷達探測一高速飛行器的位置。從某時刻（t=0）開始的一段時間內，該飛行器可視為沿直線運動，每隔1 s測量一次其位置，坐標為x，結果如表2所示。

表2 飛行器位置數據

回答下列問題：

（1）根據表中數據可判斷該飛行器在這段時間內近似做勻加速運動，判斷的理由是：____________________________________；

（2）當x=507 m時，該飛行器速度的大小v=____________m/s；

（3）這段時間內該飛行器加速度的大小a=__________m/s2（保留2位有效數字）。

上述兩道高考題均位于試卷中第22題的位置，同為實驗探究題型。實驗是培養(yǎng)高中生物理學科核心素養(yǎng)的重要途徑，高考實驗試題考查學生的實驗能力和科學探究能力，引導學生重視探究，積極動手做實驗，提升實踐操作能力。例4屬于典型的電路實驗題，要求學生根據實驗目的和提供的實驗儀器，畫出電路原理圖，引導學生平日學習要重視教材中的實驗，認真體會實驗原理與設計意圖，從而在變換實驗情境時，能夠透過現(xiàn)象看本質。相比于全國甲卷中第23題，例4難度稍低，甲卷第23題利用氣墊導軌研究彈性碰撞，展示出完整的實驗探究過程，引導學生將理論與實踐相結合，從而培養(yǎng)學生使用證據進行論證的意識與能力。例5以科技產品的應用“雷達探測高速飛行器的位置”為背景，要求學生能夠進行知識遷移，將表2中的信息與熟悉的打點計時器紙帶上信息的處理相聯(lián)系，并結合條件中給出的理想模型“飛行器近似做勻加速直線運動”，從而解答第一問。例5創(chuàng)設的實驗情境，不僅考查學生運用物理語言描述物理現(xiàn)象的能力，也考查學生對物理模型的建構能力，使學生的核心素養(yǎng)在情境化試題的解決過程中顯現(xiàn)出來。

2.2.2 聯(lián)系教材的創(chuàng)新情境

例6（全國甲卷第16題）三個用同樣的細導線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等。圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖4所示。把它們放入磁感應強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應電流的大小分別為I1、I2和I3，則 （ ）

圖4 導線閉合線框

A.I1＜ I3＜ I2

B.I1＞I3＞I2

C.I1=I2＞I3

D.I1=I2=I3

全國甲卷第16題以線框在磁場中產生感應電流為試題情境，體現(xiàn)出高考試題以新課標為導向、以教材為基礎的特征。不同于2021年全國甲卷第21題對電磁知識的考查，例6中將形狀相同的線圈改變?yōu)橥牧喜煌螤畹拈]合線框，考查學生對法拉第電磁感應定律的掌握以及數學計算能力，引導學生平日要注意對科學本質的認識與理解，避免機械刷題，嘗試從多角度、深層次去挖掘物理現(xiàn)象背后的知識與價值。全國乙卷第22題（上述例5）基于高中物理教材必修一第一章第4節(jié)，打點計時器在紙帶上打出點跡后利用逐差法求加速度，其中逐差法可以應用到例5中，從而對表2的數據進行分析計算。此類試題旨在利用情境加強對物理學科中通用分析方法的考查，引導學生要夯實基礎知識、基本技能，建立正確的物理觀念、物理模型，在物理學習中養(yǎng)成嚴謹認真的科學態(tài)度，擔起新時代青年的責任。

3 情境化試題對物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的啟示

3.1 關注大概念教學，注重培養(yǎng)學生的物理觀念

大概念是抽象概括出來的具有聯(lián)系整合作用并能廣泛遷移的概念[4]。物理觀念是物理知識恰當整合后在頭腦中的升華，其形成離不開具體的物理知識，并超越了物理知識[5]。情境化試題的綜合性要求學生在面對不同特征的問題情境時，能夠整合所學物理知識，形成知識圖譜，理清新舊知識之間的聯(lián)系，進行知識遷移，以便解決問題。而大概念教學強調打破單元、模塊的界限，建立單元之間、模塊之間的聯(lián)系，有助于學生形成整體意識，從整體的視角去形成物理觀念。可見，一線教師在實際教學中要及時關注并滲透大概念教學的思想，培養(yǎng)學生的物理觀念，促進學生對情境化問題的解決。

3.2 關注原始物理問題，注重培養(yǎng)學生的科學思維

原始物理問題泛指自然界及社會生產生活中客觀存在，能夠反映物理概念、規(guī)律且未被加工的物理現(xiàn)象和事實。它來源于真實情境，具有一定的客觀性、開放性和情境性?？茖W思維過程從實際問題出發(fā)，經過提取關鍵信息、建構物理模型、運用工具得到結果后進行檢驗，最終用物理語言解釋實際問題。學生在解決原始物理問題的過程中，親歷真實問題情境，初步形成感性認知，經過抽象與概括、分析與綜合、推理與論證后形成理性認知。比如上述例3，學生在解決“利用頻閃儀和照相機測小球速度”這一問題的過程中，首先抓住關鍵信息，建構模型，理清物理量s和t之間的關系，再運用數學語言描述二者間的關系，最后經過論證確定小球的運動規(guī)律?？梢姡谖锢斫虒W中引入原始物理問題，有助于學生內隱思維的外顯化，從而提高科學思維水平。

3.3 關注創(chuàng)新實驗教學，注重培養(yǎng)學生的科學探究能力

實驗教學從物理學科特點出發(fā)，經歷實驗探究過程，能夠提升學生的科學探究意識和能力，在物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過程中發(fā)揮著重要作用。2022年高考全國卷探究性試題中不僅基于教材情境，更超越教材情境，具有時代性與創(chuàng)新性。比如“利用智能手機測磁感應強度”“利用光點電流計測微小電流”等情境，這啟示一線教師在平日教學中要主動關注創(chuàng)新型實驗，利用身邊物件開發(fā)低成本物理實驗或以數字化信息技術為輔助去創(chuàng)新實驗，不僅彌補了教學實驗器材的不足，也有助于引導學生去自主探究。比如，部分高中引入國際青年物理學家錦標賽（IYPT）的部分賽題，開發(fā)適應學情的IYPT實驗，它是基于IYPT賽題、針對某一個物理現(xiàn)象或者某一個物理問題解決的系列性探究實驗，由學生根據研究需要進行自主設計[6]，并在小組間合作交流、評估、反思，具有開放性和綜合性，更容易吸引學生并激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)學生的科學探究能力。

3.4 關注多元情境活動，注重培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任

科學態(tài)度與責任是學生與真實情境互動的過程中形成的，在教學中依據教學目標引入多元情境活動，以情境為教學載體，是素養(yǎng)立意的教學背景下所倡導的。比如全國乙卷中引入的“航天員在天宮二號與地面連接授課”“用于衛(wèi)星的帶電粒子探測裝置”“雷達探測高速飛行器的位置”等科技相關的情境同樣適用于教學，以提高學生的民族自豪感與學習物理的熱情。依據普通高中物理課程標準對于科學態(tài)度與責任以及教學情境的描述，實際教學中可以引入物理學史，使學生在物理學史的長河中感受物理學家艱辛探索、敢于質疑、不斷創(chuàng)新、追求科學本質的精神，從而養(yǎng)成合作探究、實事求是、不迷信權威的精神品質；可以引入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，比如古代科技發(fā)明或著作等，使學生在文化情境中思考應用物理成果時應遵循的道德規(guī)范；可以引入貼合學生日常的生活現(xiàn)象，使學生感受到物理的基礎性和普及性，比如全國甲卷中第4題以“北京2022年冬奧會首鋼滑雪大跳臺”為背景，引導學生關注體育賽事，從而培養(yǎng)學生主動探索身邊物理現(xiàn)象的意識；可以引入科學·技術·社會·環(huán)境（STSE）相關的情境，使學生關注國內外科技發(fā)展趨勢，并具有辯證主義思想，從而培養(yǎng)學生保護環(huán)境、節(jié)約資源、促進可持續(xù)發(fā)展的責任感。