加強(qiáng)大中銜接 培養(yǎng)科學(xué)思維

［摘 要］廣西于2024年起實(shí)施高考綜合改革后的考試招生錄取模式，并于2024年1月開展了普通高?？荚囌猩贫染C合改革適應(yīng)性演練。我國新一輪課程改革的目標(biāo)指向落實(shí)核心素養(yǎng)，在新一輪課程改革下廣西新高考物理試題對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維提出了更具體的要求。高考命題依托高考評(píng)價(jià)體系，聚焦關(guān)鍵能力考查，突出思維品質(zhì)和過程，加強(qiáng)情境化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)題目的開放性，提高人才選拔質(zhì)量；遵循課程標(biāo)準(zhǔn)，深化基礎(chǔ)性，加強(qiáng)教考銜接，促進(jìn)教學(xué)提質(zhì)增效，減少機(jī)械刷題，服務(wù) “雙減” 工作。文章以廣西2024年普通高?？荚囌猩贫染C合改革適應(yīng)性演練考試的兩個(gè)典型例題為例分析探討如何加強(qiáng)大學(xué)物理和高中物理的銜接以更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，為高中物理教學(xué)和“三新”背景下的高考物理備考提供參考。

［關(guān)鍵詞］大中銜接；科學(xué)思維；新高考

［中圖分類號(hào)］" " G633.7" " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］" " A" " " " ［文章編號(hào)］" " 1674-6058（2024）23-0051-03

為貫徹落實(shí)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》和《中國高考評(píng)價(jià)體系》的精神，高考命題依托高考評(píng)價(jià)體系，聚焦關(guān)鍵能力考查，突出思維品質(zhì)和過程，加強(qiáng)情境化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)題目的開放性，提高人才選拔質(zhì)量；遵循課程標(biāo)準(zhǔn)，深化基礎(chǔ)性，加強(qiáng)教考銜接，促進(jìn)教學(xué)提質(zhì)增效，減少機(jī)械刷題，服務(wù) “雙減” 工作。廣西自2021年啟動(dòng)高考綜合改革，并于2024年起實(shí)施高考綜合改革后的考試招生錄取模式。在新一輪課程改革下，為了更好地適應(yīng)新高考，廣西于2024年1月19日至1月21日開展了普通高?？荚囌猩贫染C合改革適應(yīng)性演練。此次適應(yīng)性演練考試物理試卷的第9題和第10題在高中物理和大學(xué)物理的銜接上頗具代表性。各地考生高中物理基礎(chǔ)不一致，研究高中物理和大學(xué)物理的銜接具有重要意義。

一、廣西2024年普通高校考試招生制度綜合改革適應(yīng)性演練考試的物理典型真題

廣西2024年普通高?？荚囌猩贫染C合改革適應(yīng)性演練考試的物理試卷共計(jì)15道題，其中選擇題10道，含7道單項(xiàng)選擇題，每題4分，3道多項(xiàng)選擇題，每題6分，其中第9題和第10題在高中物理和大學(xué)物理的銜接上頗具代表性。試題如下：

第9題（多選題）：等量同種理想氣體分別經(jīng)絕熱過程①和一般過程②，溫度均從[Ta]升至[Tb]，[p-V]圖像如圖1，過程①外界對(duì)理想氣體做功為[W1]，過程②外界對(duì)理想氣體做功為[W2]，則（ ）。

A. 過程②內(nèi)能的增量等于[W1]

B. 過程①和過程②相比，[W1gt;W2]

C. 過程②理想氣體向外界放出熱量

D. 過程①理想氣體從外界吸收的熱量等于[W1]

第10題（多選題）：水塔頂部有一蓄滿水的蓄水池，內(nèi)部水的深度用[h]表示，靠近蓄水池底部的側(cè)壁有一個(gè)面積為[S]的小孔，水從小孔水平噴出，水流下落過程中分離成許多球狀小水珠，小水珠所受空氣阻力大小可近似為[f=kπr2v2]，其中[k]為比例系數(shù)，[r]為小水珠半徑，[v]為小水珠速度（[v]未知），設(shè)重力加速度為[g]，水的密度為[ρ]，水塔足夠高，則（ ）。

A. 水從小孔噴出的速度約為[2gh]

B. 水珠最終下落速度不會(huì)超過[233ρgrk]

C. 小水珠在水平方向的最大位移僅由小孔離地高度和水噴出的速度決定

D. 若用一塊木板正面去堵小孔，即將堵住時(shí)水對(duì)木板的沖擊力大小為[5ρghS]

二、基于大中銜接的問題分析

基于高中物理知識(shí)分析第9題。

A選項(xiàng)，①為絕熱過程，氣體內(nèi)能的變化量等于外界對(duì)氣體做的功，即[ΔU1=W1]，由于理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，而兩過程的初末狀態(tài)的溫度相同，所以其初末狀態(tài)的內(nèi)能相同，即內(nèi)能變化相同，即[ΔU2=ΔU1=W1]，故A選項(xiàng)正確。

B選項(xiàng)，由氣體的[p-V]圖像可知，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積為氣體做的功，由圖像可知，過程②做的功大于過程①。過程①和過程②相比，[W1lt;W2]，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤。

C選項(xiàng)，由熱力學(xué)第一定律有[ΔU2=W2+Q2]，又因?yàn)閇ΔU2=W1]，且[W1lt;W2]，結(jié)合上述分析可知[Q2lt;0]，所以該過程氣體向外界放出熱量，故C選項(xiàng)正確。

D選項(xiàng)，由題意可知，①為絕熱過程，所以該過程氣體既不從外界吸收熱量，也不向外界釋放熱量，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

故本題的正確答案為AC。

基于大學(xué)物理的熱學(xué)知識(shí)求解絕熱過程①和一般過程②外界對(duì)理想氣體所做的功。

設(shè)[a]、[b]兩個(gè)狀態(tài)的參量分別為（[pa]，[Va]，[Ta]），（[pb]，[Vb]，[Tb]），絕熱過程①對(duì)應(yīng)的方程為[pVγ=C]，其中γ為絕熱系數(shù)，不同的氣體該系數(shù)有所不同。[a]、[b]兩個(gè)狀態(tài)有[paVγa=pbVγb]，過程①外界對(duì)理想氣體做功為[W1]，[W1=VaVbpdV=VaVbpaVγadVVγ=1γ-1（pbVb-paVa）]。結(jié)合理想氣體的狀態(tài)方程[pV=nRT]，[n]為該氣體物質(zhì)的量，[R]為氣體的普適常數(shù)。聯(lián)立解得：[W1=1γ-1nR（Tb-Ta）=nRΔTγ-1]。對(duì)于一般過程②，對(duì)應(yīng)的方程為[p=pb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-Va]，過程②，外界對(duì)理想氣體做功為W2，[W2=VaVbpdV=VaVbpb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-VadV=12（pb+pa）（Va-Vb）]。

評(píng)析：這一道熱學(xué)題以理想氣體的[p-V]圖像為情境素材，創(chuàng)設(shè)了研究氣體的內(nèi)能、熱量和外界對(duì)理想氣體做功的學(xué)習(xí)探索問題情境，充分體現(xiàn)了高中物理知識(shí)和大學(xué)物理知識(shí)的銜接，借助圖像較好地考查了學(xué)生對(duì)兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程進(jìn)行定性分析的情況，符合“三新”背景下學(xué)科核心素養(yǎng)的考查要求。本題既可以用高中物理的熱力學(xué)第一定律及圖像法的物理意義來定性分析，也可以用大學(xué)物理知識(shí)來定量計(jì)算。熱學(xué)中理想氣體的幾個(gè)典型準(zhǔn)靜態(tài)過程包括等溫過程、等壓過程、等容過程、絕熱過程，大學(xué)物理課程《熱學(xué)》中明確要求對(duì)某一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過這幾個(gè)典型的準(zhǔn)靜態(tài)過程時(shí)的熱力學(xué)參量的過程方程、系統(tǒng)對(duì)外所做的功、系統(tǒng)內(nèi)能的變化量以及系統(tǒng)自外界吸收的熱量和摩爾熱容進(jìn)行計(jì)算。在高中階段，要求根據(jù)熱力學(xué)第一定律和理想氣體的狀態(tài)方程對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體在等溫過程、等壓過程、等容過程、絕熱過程中的熱力學(xué)參量進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算。

基于高中物理知識(shí)分析第10題。

A選項(xiàng)求水從小孔噴出的速度，這里給出三種方法供參考。

方法1：在較短的時(shí)間[t]內(nèi)，從小孔噴出的質(zhì)量為[m]的小水柱等效來自蓄水池的水面上質(zhì)量為[m]的小水柱，由機(jī)械能守恒定律可知[mgh=12mv2]，解得水從小孔噴出的速度約為[v=2gh]。

方法2：建立如圖2所示的模型，在較短的時(shí)間[t]內(nèi)，面積為[S]的小孔內(nèi)噴出的小水柱的質(zhì)量為[m=ρSl]，小水柱的初速度為0，末速度為[v]，小水柱的長度為[l=v2t]，小水柱左側(cè)壓強(qiáng)為[p1=p0+ρgh]，右側(cè)壓強(qiáng)為[p0]，左右側(cè)的壓強(qiáng)差產(chǎn)生的壓力為[F=（p0+ρgh）-p0S=ρghS]，以小水柱的速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量定理得[Ft=mv]，解得水從小孔噴出的速度[v=2gh]。

方法3：在方法2模型的基礎(chǔ)上，利用動(dòng)能定理有[Fl=12mv2]，同理解得[v=2gh]。

B選項(xiàng)，水珠下落速度最大時(shí)有[mg=f]，即[ρ43πr3g=kπr2vm2]，解得[vm=233ρgrk]，所以水柱最終下落速度不會(huì)超過[233ρgrk]，B選項(xiàng)正確。

C選項(xiàng)，若不計(jì)空氣阻力，水平方向的最大位移僅由小孔離地高度和水噴出的速度決定，由于小水珠噴出后受空氣阻力的作用，且本題考慮到實(shí)際情況，水流下落過程中分離成許多球狀小水珠，小水珠的大小不同所受阻力不同，所以水平方向的最大位移由小孔離地高度和水噴出的速度以及阻力大小決定，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。

D選項(xiàng)，若用一塊木板正面去堵小孔，設(shè)速度為v的水與木板表面的作用時(shí)間為[Δt]，設(shè)相互作用后水的末速度為0，則在[Δt]時(shí)間內(nèi)到木板表面的水的質(zhì)量為[m=ρSvΔt]，對(duì)到木板表面的水，以水的速度方向?yàn)檎较?，水平方向由?dòng)量定理得[FNΔt=0-mv]， 解得[FN=-2ρghS]，可見即將堵住時(shí)水對(duì)木板的沖擊力大小為[2ρghS]，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

故本題的正確答案為AB。

基于大學(xué)物理的流體力學(xué)知識(shí)來分析第10題。

A選項(xiàng)相當(dāng)于是求水從某一深度為h的水塔底部側(cè)壁面積為[S]的小孔水平噴出的速度。隨著液面的下降，小孔處水的流速也會(huì)逐漸降低，嚴(yán)格來說，并不是定常流動(dòng)。但由于小孔的尺寸較小，在較短的時(shí)間內(nèi)觀測(cè)，蓄水池的液面高度沒有明顯變化，仍然可以看作是定常流動(dòng)。這類問題通常利用伯努利方程來解決，選擇小孔所在位置作為勢(shì)能零點(diǎn)，并對(duì)蓄水池表面到小孔的流線運(yùn)用伯努利方程，可認(rèn)為蓄水池液體自由表面的流速為零，根據(jù)伯努利方程有：[ρgh+p0=12ρv2+p0]，式中[p0]表示大氣壓，[v]表示小孔處水的流速，解得水從小孔噴出的速度[v=2gh]。

評(píng)析：這是一道以水從深度為[h]的水塔底部側(cè)壁面積為[S]的小孔噴出為情境素材，創(chuàng)設(shè)了研究計(jì)算水流噴出的速度、水對(duì)木板的沖擊力以及水流的阻力為探索問題情境。本題是本次適應(yīng)性演練考試中的壓軸選擇題，該題得分率較低，學(xué)生很難建立起物理情境進(jìn)行分析，導(dǎo)致無法建立模型求解。利用大學(xué)的流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)可以快速解答A選項(xiàng)。由于高中學(xué)生并沒有學(xué)習(xí)流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，因此無法利用伯努利方程來求解。本文給出了利用高中所學(xué)的物理知識(shí)解答問題的三種方法。用這三種方法得到的結(jié)果與用流體力學(xué)中的伯努利方程得到的結(jié)果相同。

三、總結(jié)

在“三新”背景下，大學(xué)物理與高中物理之間的銜接越來越密切。隨著新高考改革的不斷推進(jìn)，各省市開始獨(dú)立命題，導(dǎo)致不同省份學(xué)生的大學(xué)物理先修知識(shí)之間存在差別，部分學(xué)生高中物理知識(shí)與大學(xué)物理知識(shí)之間存在斷層。大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，這對(duì)教師的教和學(xué)生的學(xué)都具有很大的挑戰(zhàn)，教師作為教學(xué)的實(shí)踐者，做好大學(xué)物理與高中物理的銜接很有必要。新高考物理試題對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維提出了更具體的要求。本文對(duì)廣西2024年普通高?？荚囌猩贫染C合改革適應(yīng)性演練考試中的兩個(gè)典型例題進(jìn)行分析，對(duì)做好高中物理與大學(xué)物理的銜接的重要性以及基于高中物理與大學(xué)物理的銜接培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維進(jìn)行了探討，為高中物理教學(xué)和“三新”背景下的高考物理備考提供參考。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

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[2]" 賈玉兵，劉子濤.基于高考評(píng)價(jià)體系的物理學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，50（23）：1-3.

[3]" 教育部教育考試院. 落實(shí)立德樹人根本任務(wù)" "服務(wù)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)：2023年高考理科綜合全國卷試題評(píng)析[J].中國考試，2023（7）：27-31.

（責(zé)任編輯 黃春香）