基于情境創(chuàng)設(shè)視角的高考試題評(píng)析
——以2021年、2022年湖北省新高考物理試題為例

孔鵬珂

(湖北省荊州中學(xué))

本文著重從試題情境設(shè)置呈現(xiàn)的規(guī)律和特點(diǎn)的角度對(duì)高考真題進(jìn)行解讀、分析并找出規(guī)律,為物理教學(xué)和高考復(fù)習(xí)備考提供借鑒。

1 從試題情境對(duì)高考試題的必要性評(píng)析

情境創(chuàng)設(shè)是物理概念建立、物理規(guī)律探究的必由之路,是應(yīng)用物理知識(shí)解決具體問題的重要載體,高質(zhì)量的情境創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和探究欲望,最終促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。本文以湖北省2021年、2022新高考物理試題為例,分析這兩年試題在情境素材的選取、情境創(chuàng)設(shè)的形式等方面呈現(xiàn)的特點(diǎn),以期為物理教學(xué)與備考帶來思考與啟發(fā)。

2 湖北新高考物理試題的情境特點(diǎn)

2021年湖北新高考與情境直接相關(guān)的有物理試題8道,占試題總數(shù)量的50%,涉及力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及近代物理等內(nèi)容。2022年高考試題與情境直接相關(guān)的有9道,占試題總量的56%,同樣也涉及力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及近代物理等內(nèi)容。兩年的情境化試題中均沒有無效情境試題。

實(shí)施新高考兩年以來的湖北高考物理試題,都加強(qiáng)了情境化試題的考查,將生產(chǎn)生活、體育運(yùn)動(dòng)、科技前沿、實(shí)驗(yàn)探究、問題探索中的具體案例與物理試題有機(jī)結(jié)合,強(qiáng)調(diào)物理知識(shí)與情境的關(guān)聯(lián)。情境試題呈現(xiàn)了一個(gè)真實(shí)的、適當(dāng)加工或抽象的復(fù)雜情境,使試題中所蘊(yùn)含的物理規(guī)律更加隱蔽,避免了在解題過程中直接套用公式,需要學(xué)生自覺地將問題情境轉(zhuǎn)化為解決物理問題的條件和信息,考查學(xué)生建立物理模型、靈活運(yùn)用物理知識(shí)分析問題和解決問題的高階認(rèn)知能力,有利于引導(dǎo)教學(xué),注重概念和規(guī)律的形成過程,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的融會(huì)貫通,體會(huì)到物理學(xué)的學(xué)科價(jià)值,促使學(xué)生主動(dòng)思考、積極探索新知。

2.1 試題的情境創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)了“價(jià)值引領(lǐng)”評(píng)價(jià)理念

2021年、2022年的湖北高考試題在情境素材地選取上有很多的共同點(diǎn)。兩年高考試題的第1題都考查的是原子核物理的知識(shí)內(nèi)容,2021年試題基于我國(guó)第一顆原子彈和氫彈爆炸這一素材考查核裂變和核聚變的原理,2022年以我國(guó)著名物理學(xué)家王淦昌在中微子實(shí)驗(yàn)中所做出的貢獻(xiàn)為素材考查核反應(yīng)方程的規(guī)律。這兩個(gè)素材的選取可以在考試中強(qiáng)化愛國(guó)主義情懷,激發(fā)學(xué)生的民族自信心和自豪感,發(fā)揮了高考的育人功能,實(shí)現(xiàn)了高考由考試評(píng)價(jià)工具到全面育人載體的轉(zhuǎn)變。

2021年、2022年高考試題分別以“天問一號(hào)火星探測(cè)器”和“天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船”為背景,很好地體現(xiàn)了高考的功能定位,體現(xiàn)物理學(xué)在高、精、尖科技領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。引導(dǎo)學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從“做題”向“做人做事”轉(zhuǎn)變。素材貼近時(shí)代,呈現(xiàn)我國(guó)在航天領(lǐng)域的偉大成就,以此來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣和勇攀科學(xué)高峰的積極信念。

2.2 試題的情境創(chuàng)設(shè)借助于生活實(shí)踐情境,體現(xiàn)“素養(yǎng)導(dǎo)向”的評(píng)價(jià)理念

(2022·湖北卷·9)近年來,基于變壓器原理的無線充電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,其簡(jiǎn)化的充電原理圖如圖1所示。發(fā)射線圈的輸入電壓為220 V、匝數(shù)為1 100匝,接收線圈的匝數(shù)為50匝。若工作狀態(tài)下,穿過接收線圈的磁通量約為發(fā)射線圈的80%,忽略其他損耗,下列說法正確的是 ( )

圖1

A.接收線圈的輸出電壓約為8 V

B.接收線圈與發(fā)射線圈中電流之比約為22∶1

C.發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同

D.穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同

本題既是一道以“無線電充電技術(shù)”為背景的生活實(shí)踐類問題情境試題,同時(shí)也是一道探究“非理想變壓器的”學(xué)習(xí)探索類問題情境試題。此題有新意,對(duì)不同學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的學(xué)生有很好的區(qū)分度。本題考查考生對(duì)理想變壓器變壓規(guī)律的深層次理解,需要考生在非常熟練掌握理想變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比這一已知結(jié)論的推導(dǎo)過程基礎(chǔ)之上,結(jié)合命題人提供的信息,在考場(chǎng)上運(yùn)用創(chuàng)新思維自主探索得出副線圈電壓與原線圈電壓的關(guān)系。

此題注重學(xué)用結(jié)合,加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際,緊密結(jié)合國(guó)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)際等創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)和生活實(shí)際,把課本知識(shí)與“具體真實(shí)的世界”聯(lián)系起來,考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)方法分析和解決實(shí)際問題的能力,引導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中建構(gòu)知識(shí)、培養(yǎng)能力、提升素養(yǎng),詮釋物理學(xué)的實(shí)用價(jià)值,凸顯素養(yǎng)導(dǎo)向的評(píng)價(jià)理念,高考體現(xiàn)服務(wù)選才的功能。

2.3 試題情境的創(chuàng)設(shè)著眼于學(xué)習(xí)探索問題情境,體現(xiàn)能力為重的評(píng)價(jià)理念

圖(a)

(1)閉合開關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v1;

(2)斷開開關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v2;

(3)先閉合開關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,金屬棒達(dá)到最大速度后,再斷開開關(guān)S。忽略回路中電流突變的時(shí)間,求S斷開瞬間金屬棒的加速度大小a。

本題以“非線性電子元件”作為考查背景素材,屬于學(xué)習(xí)探索類情境。這一情境對(duì)于考生來說是比較陌生,需要考生臨場(chǎng)綜合運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)、閉合電路歐姆定律、安培力和法拉第電磁感應(yīng)定律等必備主干知識(shí),并結(jié)合題目給出的信息判斷非線性元件處于何種狀態(tài),判斷電壓、電流分別對(duì)應(yīng)多少,進(jìn)而對(duì)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。本題設(shè)問逐步加深,體現(xiàn)考查的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性的層層遞進(jìn),需要考生具備綜合運(yùn)用知識(shí)和能力的水平,體現(xiàn)了能力為重的評(píng)價(jià)理念和高考服務(wù)選才的功能,讓高質(zhì)量人才在高考選拔中脫穎而出。

3 教學(xué)及備考啟示

3.1 結(jié)合時(shí)代背景充分挖掘試題情境素材

目前,我國(guó)航空航天科技領(lǐng)域不斷取得重大突破,在載人航天、空間站建設(shè)、火星探測(cè)、探月工程等方面均取得了巨大成就。特別是我國(guó)航天員已經(jīng)進(jìn)行了三次“天宮課堂”的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)展示和教學(xué),為全世界熱愛科學(xué)的廣大學(xué)生提供了極高質(zhì)量的科普活動(dòng)載體。毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與表面張力、浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)、毛細(xì)現(xiàn)象等知識(shí)點(diǎn)緊密相連;水球變“懶”這一實(shí)驗(yàn)可以與深圳賽格大廈出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象一起作為考查“阻尼器”減震知識(shí)的試題情境素材;太空趣味飲水實(shí)驗(yàn)和會(huì)掉頭的扳手實(shí)驗(yàn)則體現(xiàn)了航天器的微重力環(huán)境,可作為讓學(xué)生更直觀感受失重環(huán)境的素材。天宮課堂實(shí)驗(yàn)趣味性與科學(xué)性相結(jié)合,生動(dòng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性相統(tǒng)一,蘊(yùn)含著豐富的教育資源,對(duì)激發(fā)青少年弘揚(yáng)科學(xué)精神、熱愛航天事業(yè)具有極高的價(jià)值。

3.2 情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)與試題更加有效、高質(zhì)量地融合在一起

(2013·全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ卷·14)圖3是伽利略1604年做斜面實(shí)驗(yàn)時(shí)的一頁手稿照片,照片左上角的三列數(shù)據(jù)如下表。表中第二列是時(shí)間,第三列是物體沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離,第一列是伽利略在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)添加的。根據(jù)表中的數(shù)據(jù),伽利略可以得出的結(jié)論是 ( )

圖3

113242130932981645262558243661 1924971 6006482 104

A.物體具有慣性

B.斜面傾角一定時(shí),加速度與質(zhì)量無關(guān)

C.物體運(yùn)動(dòng)的距離與時(shí)間的平方成正比

D.物體運(yùn)動(dòng)的加速度與重力加速度成正比

此題以“伽利略的手稿”為情境載體,生動(dòng)重現(xiàn)教材上伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究的過程。完美地將物理學(xué)史情境與運(yùn)動(dòng)學(xué)考點(diǎn)高質(zhì)量地有機(jī)融合在一起,是物理學(xué)史類情境命題的典范,可以供平時(shí)大型考試的命題者所借鑒。在教學(xué)和考試評(píng)價(jià)中,情境創(chuàng)設(shè)的目的不是增加試題的“花樣”,而是更好地與物理知識(shí)緊密結(jié)合在一起提升學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。

3.3 重視學(xué)習(xí)探索類問題情境的創(chuàng)設(shè)

(2013·北京卷·24節(jié)選)對(duì)于同一物理問題,常?？梢詮暮暧^與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究,找出其內(nèi)在聯(lián)系,從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。

(2)正方體密閉容器中有大量運(yùn)動(dòng)粒子,每個(gè)粒子質(zhì)量為m,單位體積內(nèi)粒子數(shù)量n為恒量。為簡(jiǎn)化問題,我們假定：粒子大小可以忽略;其速率均為v,且與器壁各面碰撞的機(jī)會(huì)均等;與器壁碰撞前后瞬間,粒子速度方向都與器壁垂直,且速率不變。利用所學(xué)力學(xué)知識(shí),導(dǎo)出器壁單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關(guān)系。