依據(jù)“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”逐級突破

董友軍

摘要：高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量水平是高考命題的重要依據(jù)，自然也是分析高考試題以及指導(dǎo)具體教學(xué)的依據(jù)。以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中相關(guān)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，分析2023年廣東高考物理實驗試題，并進(jìn)一步提出教學(xué)建議：以器材為基礎(chǔ)，以方法為重點，以原理為主線，以綜合為思路。

關(guān)鍵詞：高考物理；學(xué)業(yè)質(zhì)量水平；實驗試題；實驗教學(xué)

本文系廣東教育學(xué)會“十四五”教育科研規(guī)劃重點課題“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中物理教學(xué)設(shè)計實踐研究”（編號：GDESH14002）的階段性研究成果。

“高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分五級水平，既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評價、教師開展日常教學(xué)設(shè)計、命題和評價的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)。”［1］“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”自然也成為我們分析高考試題以及指導(dǎo)具體教學(xué)的依據(jù)。本文以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“高中課標(biāo)”）中相關(guān)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，分析2023年廣東高考物理實驗試題——“考什么”和“如何考”，并進(jìn)一步提出教學(xué)建議——“教什么”和“如何教”。

一、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述

根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度等，高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為五級水平。每一級水平皆包含物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個方面，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關(guān)鍵特征。［2］

高考物理實驗試題，主要考查學(xué)生科學(xué)探究方面的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。所謂“科學(xué)探究”，是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取

和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力［3］，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素［4］。在高中課標(biāo)描述［5］的基礎(chǔ)上，我們可以析出“科學(xué)探究”五級水平的具體描述（詳見表1）。

二、廣東高考物理實驗試題分析

2023年廣東高考物理實驗試題共2道，分別為光學(xué)實驗試題和電學(xué)實驗試題。試題（為了便于指代，本文將需要完成的題空進(jìn)行編號）及分析如下：

（一）光學(xué)實驗試題及分析

（2023年廣東高考物理試卷第11題）某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：

（1）將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。

（2）①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達(dá)ef面上的O點后反射到N點射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置。

②移走玻璃磚。在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖1所示。

③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖2所示，d1為（1.1）cm。測得d2為3.40cm。

（3）利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=（1.2）。由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為（1.3）（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（4）相對誤差的計算式為δ=測量值-真實值真實值×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差，實驗中激光在M點入射時應(yīng)盡量使入射角（1.4）。

題空1.1為用刻度尺測量PM的長度。根據(jù)刻度尺的測量方法，由圖2可以讀出d1為2.25cm。要正確解答本題空，學(xué)生需要掌握刻度尺的測量方法，即“能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于水平2。

題空1.2為用題目所給出的已測量的物理量寫出折射率的表達(dá)式。先在圖1中畫上法線，得到入射角i和折射角r，再根據(jù)角度關(guān)系和三角函數(shù)關(guān)系可得sini=fMd1、sinr=fMd2，然后根據(jù)折射率的公式n=sinisinr，可以寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=d2d1。要正確解答本題空，學(xué)生不僅需要記住并理解折射率公式，還要掌握三角函數(shù)關(guān)系相關(guān)數(shù)學(xué)知識，以及根據(jù)圖形位置推出角度關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行解釋”，屬于水平4。

題空1.3為用測得的數(shù)據(jù)計算出折射率。由題空1.1可得d1=2.25cm，d2=3.40cm，代入題空1.2的結(jié)果n=d2d1中，并根據(jù)“結(jié)果保留3位有效數(shù)字”的要求，可得折射率n為1.51。要正確解答本題空，學(xué)生需要正確求解題空1.1和題空1.2，還要正確進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，并掌握保留有效數(shù)字的方法，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點，形成結(jié)論，嘗試用已有的物理知識進(jìn)行解釋”，屬于水平3。

題空1.4為“要減小d1、d2測量的相對誤差，如何改變?nèi)肷浣恰?。根?jù)題目提供的相對誤差計算公式δ=測量值-真實值真實值×100%，要減小d1、d2測量的相對誤差δ，就要增加d1、d2測量的“真實值”。通過作圖可知，激光在M點入射時應(yīng)盡量使入射角小一些。要正確解答本題空，學(xué)生需要理解題目提供的相對誤差計算式，需要弄清入射角與d1、d2長度的關(guān)系，即“能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行科學(xué)解釋”，屬于水平5。

（二）電學(xué)實驗試題及分析

（2023年廣東高考物理試卷第12題）某興趣小組設(shè)計了測量鹽水電導(dǎo)率的實驗。所用器材有：電源E（電動勢恒定，內(nèi)阻可忽略）；毫安表○mA（量程15mA，內(nèi)阻可忽略）；電阻R1（阻值500Ω）、R2（阻值500Ω）、R3（阻值600Ω）和R4（阻值200Ω）；開關(guān)S1和S2；裝有耐腐蝕電極板和溫度計的有機玻璃樣品池；導(dǎo)線若干。請完成下列實驗操作和計算。

（1）電路連接

圖3為實驗原理圖。在下頁圖4的實物圖中，已正確連接了部分電路，只有R4一端的導(dǎo)線還未連接，該導(dǎo)線應(yīng)接到R3的（2.1）（填“左”或“右”）端接線柱。

（2）鹽水電導(dǎo)率和溫度的測量

①測量并記錄樣品池內(nèi)壁的長寬高。在樣品池中注滿待測鹽水。

②閉合開關(guān)S1，（2.2）開關(guān)S2，毫安表的示數(shù)為10.0mA，記錄此時毫安表的示數(shù)。計算得到流過樣品池的電流I1為（2.3）mA。

③（2.4）開關(guān)S2，毫安表的示數(shù)為15.0mA，記錄此時毫安表的示數(shù)。計算得到流過樣品池的電流I2為（2.5）mA。

④斷開開關(guān)S1，測量并記錄鹽水的溫度。

（3）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算得到樣品池兩電極板間待測鹽水的電阻為（2.6）Ω，進(jìn)而可求得該溫度時待測鹽水的電導(dǎo)率。

題空2.1為把原理圖轉(zhuǎn)換為實物圖。要使R4與毫安表和R3并聯(lián)，該導(dǎo)線應(yīng)接到R3的右端接線柱。要正確解答本題空，學(xué)生需要了解電路基本的連接方式——串聯(lián)和并聯(lián)，即“能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于水平2。

題空2.2和題空2.4為判斷開關(guān)S2是閉合還是斷開。結(jié)合兩次毫安表的示數(shù)分別為15.0mA和10.0mA，根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律，可得第③步中電路的總電阻小于第②步中電路的總電阻，再由串聯(lián)與并聯(lián)的電阻關(guān)系，說明第③步中開關(guān)S2是閉合的、第②步中開關(guān)S2是斷開的。要正確解答本題空，學(xué)生需要根據(jù)題目中的數(shù)據(jù)關(guān)系，運用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)的電阻大小關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行解釋”，屬于水平4。

題空2.3和題空2.5為求流過樣品池的電流大小。由題空2.2的解答結(jié)果可知，第②步中開關(guān)S2斷開，由部分電路歐姆定律和串并聯(lián)電路關(guān)系得I1=ImA1R3R4+ImA1=400 mA。由題空2.4的解答結(jié)果可知，第③步中開關(guān)S2閉合，由部分電路歐姆定律和串并聯(lián)電路關(guān)系得I2=ImA2R3R4+ImA2=600mA。要正確解答本題空，學(xué)生需要運用部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)電路關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點，形成結(jié)論，嘗試用已有的物理知識進(jìn)行解釋”，屬于水平3。

題空2.6為求待測鹽水的電阻大小。根據(jù)題空2.2和題空2.3的解答結(jié)果，由閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路關(guān)系得E=I1R2+ImA1R3+I1R。根據(jù)題空2.4和題空2.5的解答結(jié)果，由閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路關(guān)系得E=I2R2+ImA2R3+I2R。根據(jù)以上兩式，可得樣品池兩電極板間待測鹽水的電阻R為100Ω。要正確解答本題空，學(xué)生需要正確解答題空2.2、題空2.3、題空2.4、題空25，還要運用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)電路關(guān)系，即“能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行科學(xué)解釋”，屬于水平5。

兩道實驗題題空，沒有考查水平1的題空，可能是因為水平1要求太低，不適合在選拔性考試中出現(xiàn)；難度呈現(xiàn)進(jìn)階趨勢，即首問都比較簡單（為水平2），末問都比較復(fù)雜（為水平5）。并且，題空之間存在關(guān)聯(lián)，如題空1.3與題空1.1、題空1.2相關(guān)聯(lián)，題空2.6與題空2.2、題空2.3、題空2.4、題空2.5相關(guān)聯(lián)。只要關(guān)聯(lián)處出現(xiàn)錯誤，就會導(dǎo)致后續(xù)設(shè)問解答出錯，無形中增大了題目的出錯率。

三、教學(xué)建議

高中課標(biāo)指出，不同（學(xué)業(yè)質(zhì)量）水平之間具有由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系［6］，高考物理實驗試題也呈現(xiàn)了逐級考查的特點。這啟發(fā)我們在高中物理實驗教學(xué)中，應(yīng)依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，帶領(lǐng)學(xué)生以器材為基礎(chǔ)、以方法為重點、以原理為主線、以綜合為思路，逐級突破。

（一）以器材為基礎(chǔ)

器材是指常用的實驗器材，如長度測量器材包括刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器等，時間測量器材包括時鐘、秒表、電磁打點計時器、電火花計時器等，質(zhì)量測量器材包括天平、桿秤等，電學(xué)量測量器材包括電流表、電壓表、電阻箱、多用電表等。以器材為基礎(chǔ)，是指要掌握器材基本的測量原理、使用方法、讀數(shù)規(guī)則等。

例如，人教版高中物理必修第一冊“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”實驗教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生以刻度尺、電磁打點計時器為基礎(chǔ)，重視刻度尺讀數(shù)規(guī)則：刻度尺數(shù)值單位是cm；最小分度值是1mm；小于1mm要分成十等份去估讀。這樣，當(dāng)學(xué)生遇到如題空1.1這樣涉及刻度尺讀數(shù)的問題時，就能快速、準(zhǔn)確得到讀數(shù)。

（二）以方法為重點

方法是指解決物理問題的方式和辦法。方法包括學(xué)科方法和思維方法：學(xué)科方法屬于強認(rèn)知方法，體現(xiàn)學(xué)科特點，可遷移性弱；思維方法屬于弱認(rèn)知方法，貫穿各門學(xué)科，可遷移性強。［7］以方法為重點，是指方法處于解決實驗問題的中心位置（如圖5所示）：自然現(xiàn)象通過方法得到物理知識，物理知識通過方法得到函數(shù)關(guān)系，函數(shù)關(guān)系通過方法得到拓展應(yīng)用，方法把自然現(xiàn)象、物理知識、函數(shù)關(guān)系、拓展應(yīng)用聯(lián)系起來。

例如，人教版高中物理必修第三冊“電池電動勢和內(nèi)阻的測量”實驗教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注部分電路規(guī)律法、閉合電路規(guī)律法、串聯(lián)電路規(guī)律法、并聯(lián)電路規(guī)律法。這樣，當(dāng)學(xué)生遇到題空2.3這樣的問題時，通過方法遷移，就可以比較自如地得到答案。

（三）以原理為主線

原理是指實驗原理，常為物理公式。以原理為主線，是指原理貫穿實驗的始終，即用原理去挑選器材、用原理去安排順序、用原理去處理數(shù)據(jù)、用原理去分析誤差、用原理去設(shè)計創(chuàng)新等。原理既是實驗設(shè)計的出發(fā)點，也是解決問題的歸宿。

例如，人教版高中物理選擇性必修第一冊“測量玻璃的折射率”實驗教學(xué)，教師先在黑板上板書實驗原理——折射率公式n=sinisinr，再引導(dǎo)學(xué)生思考：通過公式中的n，可以選擇實驗器材為透明玻璃；通過sinθ=ac，若令c=1，則sinθ=a，從而不要用量角器測量角度i、r，只要用刻度尺測量角度對邊長度a即可，且簡化了數(shù)據(jù)處理；通過n=sinisinr，還可以分析測量誤差是偏大還是偏小。學(xué)生找到了實驗原理，就找到了解題路徑，實驗試題無論怎么設(shè)問（如題空1.2），只要從原理上去思考，就能夠輕松找到解題方法。

（四）以綜合為思路

綜合是指在頭腦中把事物或?qū)ο蟾鱾€部分、各種屬性聯(lián)合為一個整體。以綜合為思

路，是指在解決實驗問題時，把與該問題相關(guān)的各種知識作為一個整體，進(jìn)行全面分析。

例如，人教版高中物理必修第三冊“電池電動勢和內(nèi)阻的測量”實驗教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生以電路為思維起點，綜合考慮與電路相關(guān)的知識整體：閉合電路歐姆定律與部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路規(guī)律與并聯(lián)電路規(guī)律、純電阻電路與非純電阻電路，以及它們對應(yīng)的電壓、電流、電阻、電熱、電功、電功率之間的關(guān)系，得到如表2所示的表格。構(gòu)建了這樣的知識結(jié)構(gòu)，當(dāng)學(xué)生遇到如題空2.6這樣的問題時，就能快速明確電路類型和其中物理量之間的關(guān)系，進(jìn)而準(zhǔn)確得出答案。

基于“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”分析高考物理實驗試題，不僅可以把握高考物理實驗命題的特點與趨勢，還可以指導(dǎo)高中物理實驗教學(xué)的實施，從而理順教考關(guān)系，實現(xiàn)“以考促教、以考促學(xué)”。

參考文獻(xiàn)：

［1］［2］［3］［4］［5］［6］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：48，45，5，5，4648，45.

［7］董友軍，朱建山，劉芳.學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下的高考物理實驗試題分析與教學(xué)策略——以2022年全國甲卷物理實驗試題為例［J］.物理實驗，2022（9）：4853.