基于“四層”“四翼”的新高考物理試題情境化評(píng)析
——以2022年“3+1+2”新高考8省市為例

史載天 李貴安 樊 瓊 杜西安

(1. 西安市第七十一中學(xué),陜西 西安 710054; 2. 陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710119)

2019年12月19日,教育部考試中心正式發(fā)布了《中國高考評(píng)價(jià)體系》.這一新評(píng)價(jià)體系明確了新高考改革下的評(píng)價(jià)內(nèi)涵:由“一核”“四層”“四翼”組成.“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)”;“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)”;“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”.[1]

教育部一同發(fā)布的《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》中將“情境”定義為“高考評(píng)價(jià)體系中的考查載體”.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2020年修訂版)也明確提出,教師應(yīng)將物理知識(shí)與真實(shí)情境相結(jié)合,真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升.這與“四層”“四翼”的評(píng)價(jià)要求首尾呼應(yīng).因此對(duì)于眾多即將面臨新高考省份的一線教師,能否熟悉新高考物理試題情境化的特點(diǎn)就尤為重要.

截至2023年,有15個(gè)省份的“3+1+2”新高考還未整體落地實(shí)施,但已近在咫尺,其中吉林等7省區(qū)于2024年正式落地,陜西等8省區(qū)于2025年落地,新疆和西藏地區(qū)暫未公布改革方案.因此已平穩(wěn)落地的“3+1+2”新高考8省市的高考試題更加具有可分析性與借鑒性.本文基于“四層”“四翼”兩個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)維度對(duì)2022年“3+1+2”新高考的8省市物理試題情境化特點(diǎn)進(jìn)行分析,并對(duì)情境化特征進(jìn)行分類對(duì)比,為一線物理教師的教學(xué)提供有益參考.

1 基于“四層”“四翼”試題分析

1.1 “四層”考查內(nèi)容統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)2022年“3+1+2”新高考8省市的物理試題考查內(nèi)容進(jìn)行歸屬統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1及表2所示.通過兩表可以看出,8省市考查內(nèi)容的共同點(diǎn)主要集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系和動(dòng)量守恒定律等力學(xué)知識(shí)上.從選擇性必修內(nèi)容上看,表1中的4省沒有延續(xù)“老高考”的框架,而是將選修內(nèi)容穿插在前面的試題之中,尤其是湖北省的第14題,依托水族館情境將光學(xué)考查內(nèi)容與平拋運(yùn)動(dòng)融合,進(jìn)一步突出了“新高考”的改革特點(diǎn)及“四層”中學(xué)科素養(yǎng)的評(píng)價(jià)體現(xiàn).

表1 4省試題必備知識(shí)考查統(tǒng)計(jì)表

表2 其余4省市必備知識(shí)考查統(tǒng)計(jì)表

表2中的4省市在選擇性必修部分上與表1的4省有較大區(qū)別.這些省份繼續(xù)將熱學(xué)與光學(xué)部分單列成選擇性題目,學(xué)生可以任意從兩個(gè)中挑選一個(gè)題目作答即可.從表面上看,有選擇性可以降低難度,但通過對(duì)比題目自身難度,表2中的4省市,其情境與知識(shí)的融合度更高,且對(duì)數(shù)學(xué)能力有著更高要求,體現(xiàn)了“四層”中關(guān)鍵能力的評(píng)價(jià)內(nèi)涵.

基于“四層”中剩余的“核心價(jià)值”“學(xué)科素養(yǎng)”及“關(guān)鍵能力”對(duì)8份試題進(jìn)行頻次統(tǒng)計(jì)分析.首先對(duì)這3個(gè)一級(jí)維度下的二級(jí)維度分別進(jìn)行編碼,如表3所示.

表3 “四層”二級(jí)維度編碼表

8個(gè)省份的題目數(shù)量不盡相同,因此在對(duì)二級(jí)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí),用頻次與總數(shù)比值的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖1所示.從圖中能夠簡(jiǎn)單看出在部分維度下,8省之間存在較大區(qū)別.

圖1 8省市核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力考查頻率統(tǒng)計(jì)圖

在“核心價(jià)值”維度中,8省市考查頻率最高的是“世界觀和方法論”,基本達(dá)到80%以上.該方面要求學(xué)生掌握馬克思主義世界觀、堅(jiān)持唯物辯證方法論、對(duì)待實(shí)際問題能夠理論聯(lián)系實(shí)際,透過現(xiàn)象直達(dá)本質(zhì).例如,遼寧省第2題、福建省第8、13題以及河北省第3題等皆以我國科技前沿、大國體育及全球生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)等領(lǐng)域?yàn)榍榫?增強(qiáng)中國特色社會(huì)主義道路自信、文化自信,培養(yǎng)愛國主義情懷,彰顯了“核心價(jià)值”的方向引領(lǐng)作用.

在“學(xué)科素養(yǎng)”考查中,8省市的差異化在“實(shí)踐探索”維度較為明顯,除江蘇省只有一道實(shí)驗(yàn)題以外,其余7省市為兩道題.其中在考查研究探索和語言表達(dá)方面,重慶、湖南和廣東3省尤為重視,體現(xiàn)在將實(shí)踐探索的情境融合在其他題目中,需要學(xué)生合理組織和調(diào)動(dòng)相關(guān)知識(shí)與能力,探究情境與物理模型之間的聯(lián)系,提出新視角從而尋求解決實(shí)際問題的有效方法.考查頻次最多的主要還是“思維方法”,要求學(xué)生從人文、科學(xué)與創(chuàng)新3個(gè)角度提升思維能力,能夠?qū)θ宋那榫尺M(jìn)行多元化、關(guān)聯(lián)化、層次構(gòu)造化分析;能對(duì)問題之間的聯(lián)系運(yùn)用抽象與聯(lián)想、歸納與概括等方法來解決;能綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)與能力對(duì)開放性的問題情境提出新視角、新觀點(diǎn),例如湖南省第5題,要求學(xué)生從新穎情境中提取物理模型,從而解決實(shí)際問題.

在“關(guān)鍵能力”考查中,頻率最高的是“推理論證”,物理學(xué)科作為一切自然科學(xué)的基礎(chǔ),邏輯推理能力必不可缺.在“信息采集與理解”和“模型建構(gòu)”維度,8省市有部分區(qū)別,例如福建省較為注重考查學(xué)生能否客觀、全面地從大量文字中獲取相關(guān)信息,并能夠從情境中提取暗含的有效信息.湖北省則更注重學(xué)生能否從復(fù)雜情境中準(zhǔn)確描述和概括模型特征及其相互關(guān)系,如第9、14及16題.

1.2 “四翼”考查要求統(tǒng)計(jì)分析

基于“四翼”考查要求對(duì)8省市試題情境化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析內(nèi)容依據(jù)3個(gè)方向:依據(jù)《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》將情境定為考查載體,并分為生活實(shí)踐與學(xué)習(xí)探索兩類情境;依據(jù)情境與知識(shí)的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)度分為組合式情境、結(jié)合式情境與融合式情境;[2]依據(jù)“四翼”考查要求,分為基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性及創(chuàng)新性.統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示,表中數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)的試題頻數(shù).

表4 基于“四翼”考查要求的情境化統(tǒng)計(jì)分析表

通過表4可以得出,湖南、重慶、廣東3省市相較于其他5省側(cè)重于將生活實(shí)踐情境與試題融合,例如采用北京冬奧會(huì)體育項(xiàng)目、“冰墩墩”文化及“神舟十三號(hào)”航空航天事業(yè)等情境,且與試題內(nèi)容的融合方式也更偏向結(jié)合式與融合式,多數(shù)反映“應(yīng)用性”和“創(chuàng)新性”的考查要求.對(duì)于“基礎(chǔ)性”與“綜合性”的考查多通過學(xué)習(xí)探索的情境來完成,例如電飯煲內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路構(gòu)成、板塊碰撞與能量分析以及氣缸隔板與阻尼問題等.

從8省市均值上看,生活實(shí)踐情境與學(xué)習(xí)探索情境數(shù)量幾乎持平.融合式的情境化方式也超過了結(jié)合式.“四翼”考查要求中以“綜合性”和“應(yīng)用性”居多,但“創(chuàng)新性”相較于同年全國乙卷已有較大提升.因此新高考改革后的試題具有明顯加強(qiáng)生活實(shí)踐情境與知識(shí)體系的創(chuàng)新性融合.

2 情境化特點(diǎn)分析

2.1 “組合式”情境彰顯大國自信與擔(dān)當(dāng)

在8省市的試題中,組合式情境占比較少,問題來源于情境卻不依賴于情境,但在加強(qiáng)課程思政背景下,“組合式”可以滿足創(chuàng)設(shè)科技前沿事業(yè)情境的同時(shí)考查基礎(chǔ)性內(nèi)容,彰顯強(qiáng)國自信的同時(shí)也注重了核心價(jià)值的塑造.典型例題如遼寧省第3題.

(C)E=(m1+m2+m3)c2.

(D)E=(m1+m2-m3)c2.

評(píng)析:本題以中國錦屏深地實(shí)驗(yàn)室的核天體物理研究成果為情境,使考生認(rèn)識(shí)到我國核天體物理研究的國際地位,增強(qiáng)了民族自信感.考生需要通過題目中給出的核反應(yīng)方程式,利用核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,得出X的質(zhì)量數(shù)為3,電荷數(shù)為1,為氚核.再根據(jù)質(zhì)能方程以及質(zhì)量虧損釋放能量計(jì)算出整體反應(yīng)釋放的能量表達(dá)式.該情境素材的選取為2022年所創(chuàng)造的成就,時(shí)代性較強(qiáng),凸顯了核心價(jià)值的培養(yǎng).

2.2 “結(jié)合式”情境注重問題解決與應(yīng)用

“結(jié)合式”情境在8省市試題中占比較高,平均可達(dá)到近7題的數(shù)量.在本情境中,問題來源于情境且需依據(jù)情境內(nèi)容解決,問題常來源于較為復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu),考生需要對(duì)情境的文字描述進(jìn)行理解,對(duì)有效的信息進(jìn)行提取加工,再將復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)與已知的常用物理模型相結(jié)合,從而分析求解.“結(jié)合式”可以滿足考查解決實(shí)際問題能力的同時(shí)考查綜合性知識(shí),突出物理學(xué)科的實(shí)用價(jià)值,培養(yǎng)了科學(xué)思維的物理核心素養(yǎng).[3]典型例題如福建省第8題.

例2.(福建省第8題)我國霍爾推進(jìn)器技術(shù)世界領(lǐng)先,其簡(jiǎn)化的工作原理如圖2所示.放電通道兩端電極間存在一加速電場(chǎng),該區(qū)域內(nèi)有一與電場(chǎng)近似垂直的約束磁場(chǎng)(未畫出)用于提高工作物質(zhì)被電離的比例.工作時(shí),工作物質(zhì)氙氣進(jìn)入放電通道后被電離為氙離子,再經(jīng)電場(chǎng)加速噴出,形成推力.某次測(cè)試中,氙氣被電離的比例為95%,氙離子噴射速度為1.6×104m/s,推進(jìn)器產(chǎn)生的推力為80 mN.已知氙離子的比荷為7.3×105C/kg;計(jì)算時(shí),取氙離子的初速度為0,忽略磁場(chǎng)對(duì)離子的作用力及粒子之間的相互作用,則

圖2 例2題圖

(A) 氙離子的加速電壓約為175 V.

(B) 氙離子的加速電壓約為700 V.

(C) 氙離子向外噴射形成的電流約為37 A.

(D) 每秒進(jìn)入放電通道的氙氣質(zhì)量約為5.3×10-6kg.

評(píng)析:本題以我國霍爾推進(jìn)器技術(shù)為情境,需要考生對(duì)題目中所描述的工作原理進(jìn)行分析加工.“有一與電場(chǎng)近似垂直的約束磁場(chǎng)”會(huì)對(duì)考生有混淆視聽的作用,考生需理解氙氣是經(jīng)過部分電離、加速再噴出從而形成推力的過程,整個(gè)情境涉及電勢(shì)能與動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)化,涉及動(dòng)量定理的應(yīng)用以及電流與電荷的關(guān)系,融合了高中物理的幾大模塊,對(duì)考生的物理思維能力有較高要求.此外,還需注意95%的電離比例以及單位換算,對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算也有一定要求.從該“結(jié)合式”情境可以明顯看出,新高考改革后的物理試題不會(huì)再大量使用常見的“物塊”“小球”等模型,而是會(huì)從實(shí)際問題出發(fā),需將公式定理靈活地運(yùn)用在情境中,注重考查學(xué)生問題解決與應(yīng)用的能力.

2.3 “融合式”情境突出設(shè)計(jì)理念與創(chuàng)新

通過上文表4能夠得出,8省市試題中“融合式”情境的題目均值達(dá)到了7個(gè)以上,已經(jīng)超過“結(jié)合式”情境.這個(gè)是近5年內(nèi)全國卷所達(dá)不到的結(jié)果(全國卷指還未參加新高考的省份物理試題).“融合式”情境化試題是將情境與知識(shí)融合在一起,情境的描述即為物理探究過程或物理模型的自身描述,且多數(shù)為復(fù)雜陌生的設(shè)計(jì)或探索情境,需要考生具有信息物理化的高階認(rèn)知能力.因此能夠看出,新高考改革后的試題情境更加突出設(shè)計(jì)理念與創(chuàng)新思維.設(shè)計(jì)理念的典型例題主要由實(shí)驗(yàn)題承擔(dān),創(chuàng)新思維的典型例題如湖南省第18題.

例3.(湖南省第18題)如圖3所示,某種防窺屏由透明介質(zhì)和對(duì)光完全吸收的屏障構(gòu)成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可實(shí)現(xiàn)對(duì)像素單元可視角度θ的控制(可視角度θ定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍).透明介質(zhì)的折射率n=2,屏障間隙L=0.8 mm.發(fā)光像素單元緊貼屏下,位于相鄰兩屏障的正中間.不考慮光的衍射.

圖3 例3題圖

(1) 若把發(fā)光像素單元視為點(diǎn)光源,要求可視角度θ控制為60°,求屏障的高度d;

(2) 若屏障高度d=1.0 mm,且發(fā)光像素單元的寬度不能忽略,求像素單元寬度x最小為多少時(shí),其可視角度θ剛好被擴(kuò)為180°(只要看到像素單元的任意一點(diǎn),即視為能看到該像素單元).

評(píng)析:本題以智能手機(jī)所常用的防窺屏為情境,通過對(duì)防窺屏的設(shè)計(jì)思路理解和分析,將真實(shí)的問題式情境與光的知識(shí)融為一體.考生需要先理解防窺屏所對(duì)應(yīng)的物理模型,進(jìn)而理解題目中給出可視角度的定義,通過改變屏幕發(fā)光像素單元的大小與所要求的防窺設(shè)計(jì)角度,提取有效的數(shù)字信息,運(yùn)用推理論證的方法解決問題.本題的情境選取具有時(shí)代發(fā)展意義,在智能手機(jī)已經(jīng)普及的今天,保護(hù)個(gè)人信息的防窺屏應(yīng)運(yùn)而生.它反映了信息時(shí)代需要探索研究的方向,同時(shí)體現(xiàn)了一定的設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)新思維,因此“融合性”情境題目的增多會(huì)是改革的方向之一.

3 教學(xué)啟示

3.1 融入課程思政元素,提升物理興趣

2014年至今,“課程思政”已成為落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的強(qiáng)勁引擎,且新高考改革實(shí)施至今,是否有足夠比例的學(xué)生選擇物理學(xué)科作為高考科目將對(duì)我國未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有決定性的作用.因此在創(chuàng)設(shè)情境時(shí)可融入課程思政元素,培養(yǎng)家國情懷的同時(shí)恰好可提升物理學(xué)習(xí)興趣.[4]物理學(xué)科覆蓋面大、包容性廣、科學(xué)性強(qiáng),教師可以立足實(shí)驗(yàn),將傳統(tǒng)優(yōu)秀文化與馬克思主義理論融入實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)中;教師也可致敬先輩,將中國特色物理學(xué)史融入課堂教學(xué)中.巴甫洛夫曾說,“科學(xué)沒有國界,科學(xué)家卻有國界”,分享像錢學(xué)森這樣的愛國科學(xué)家故事,增強(qiáng)民族自信與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);還可進(jìn)行物理科普,依托智能化時(shí)代技術(shù)加深課程思政理念的融入.

3.2 提供豐富情境素材,增長(zhǎng)物理見識(shí)

豐富的物理情境其實(shí)就在我們身邊,“處處留心皆學(xué)問”.教師可將與本節(jié)知識(shí)相關(guān)的豐富情境融入課堂教學(xué)中,不再以絕對(duì)的物理模型化情境進(jìn)行講解.課堂之外教師更加可以豐富物理學(xué)科活動(dòng),依托物理學(xué)科節(jié)、社團(tuán)等活動(dòng)形式,觀察并思考身邊的物理現(xiàn)象,增長(zhǎng)學(xué)生的物理情境見識(shí),以此使學(xué)生在遇到需要解決實(shí)際復(fù)雜情境的問題時(shí)能夠游刃有余.

3.3 創(chuàng)造實(shí)踐探索機(jī)會(huì),培養(yǎng)創(chuàng)新思維

教師在提供豐富物理情境的同時(shí),再為學(xué)生創(chuàng)造實(shí)踐探究情境的機(jī)會(huì),加強(qiáng)學(xué)生對(duì)情境與實(shí)際問題融合的深度理解能力,例如設(shè)計(jì)改裝電表、三級(jí)火箭等.對(duì)于智能化探索的“融合式”情境,可以使用Geogebra、Phyphox等智能終端軟件輔助教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,增強(qiáng)了信息采集、加工處理能力,在面對(duì)“融合式”情境問題時(shí),能夠具有高階的綜合運(yùn)用能力.

4 結(jié)語

新高考改革在全國推行已成大勢(shì)所趨,高考試題情境化也在逐步推進(jìn),因此教師能否使學(xué)生將知識(shí)、情境及問題有機(jī)統(tǒng)一起來就尤為重要.本文依據(jù) “四層”“四翼”兩個(gè)角度對(duì)2022年“3+1+2”新高考的8省市物理試題情境化特點(diǎn)進(jìn)行分析,并對(duì)情景化特征進(jìn)行分類對(duì)比,為一線物理教師同行的教學(xué)提供有益教學(xué)策略,以期積極從容地應(yīng)對(duì)新高考改革帶來的變化.