基于核心素養(yǎng)的高考物理真實(shí)情境試題研究

摘" "要：" 隨著新高考改革的不斷推進(jìn)，“無(wú)情境，不成題”已成為高考物理試題的命題導(dǎo)向。文章聚焦于核心素養(yǎng)背景下的高考物理情境試題。通過(guò)對(duì)近年來(lái)高考物理試題的深入分析，為高中物理教學(xué)提供有益的參考，有助于教師優(yōu)化教學(xué)策略，更好地培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)，以適應(yīng)新時(shí)代高考的要求。

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng)；真實(shí)情境；高考物理

本文歸納分析近三年福建高考物理試題中的真實(shí)情境，深入分析三道有關(guān)電磁感應(yīng)的高考情境真題，試題體現(xiàn)四個(gè)核心素養(yǎng)，從而了解命題者的出題思路和側(cè)重點(diǎn)，有助于把握新高考物理命題的趨勢(shì)和規(guī)律，更好地預(yù)測(cè)未來(lái)高考的情境命題方向，為物理課堂教學(xué)和復(fù)習(xí)備考提供針對(duì)性的指導(dǎo)。

1" 情境試題來(lái)源：現(xiàn)實(shí)生活和物理教材

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理知識(shí)與實(shí)際生活密切相關(guān)，在日常生活中，經(jīng)常可以看到一些真實(shí)情境，例如：太陽(yáng)光傳播到地球上產(chǎn)生的一系列光現(xiàn)象；潮汐現(xiàn)象；在靠近北極和南極地區(qū)的上空不時(shí)會(huì)出現(xiàn)夢(mèng)幻般的極光；用雙手有節(jié)奏地摩擦“魚(yú)洗”銅盆的“雙耳”時(shí)，盆中會(huì)噴出泉涌般的水柱；智能交通系統(tǒng)中車輛自動(dòng)剎車；乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡等。除此之外，物理學(xué)史、教材中的典型問(wèn)題和科學(xué)探究也是真實(shí)情境，例如：萬(wàn)有引力定律建立過(guò)程中的物理學(xué)史；學(xué)生實(shí)驗(yàn)“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”中的紙帶問(wèn)題；探究“磁在什么條件下才能生電”中的三個(gè)分組實(shí)驗(yàn)等?？梢哉f(shuō)物理試題中的真實(shí)情境中蘊(yùn)含著豐富的自然現(xiàn)象和人文情感[ 1 ]。

2" 物理情境試題和核心素養(yǎng)

2.1" 物理觀念

情境試題會(huì)設(shè)置具體的物理現(xiàn)象或過(guò)程，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物理概念、規(guī)律和原理來(lái)解釋和描述這些現(xiàn)象。例如，發(fā)射神舟十八號(hào)載人飛船的情境，考查學(xué)生對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解和運(yùn)用，從而體現(xiàn)學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)相關(guān)物理觀念的掌握。

2.2" 科學(xué)思維

試題中的情境可能較為復(fù)雜，需要學(xué)生進(jìn)行分析、綜合、推理、判斷等思維活動(dòng)。例如，2023年福建高考?jí)狠S題，給出兩個(gè)滑塊在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的情境，讓學(xué)生分析兩滑塊在相互作用過(guò)程中的能量和動(dòng)量變化情況，考查學(xué)生的邏輯推理和模型構(gòu)建能力。

2.3" 科學(xué)探究

一些情境試題會(huì)模擬科學(xué)探究的過(guò)程，要求學(xué)生提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集和處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等。例如，設(shè)計(jì)“探究影響感應(yīng)電流方向的因素”的實(shí)驗(yàn)情境，考查了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2.4" 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

情境可能涉及到與社會(huì)、環(huán)境、科技發(fā)展相關(guān)的物理問(wèn)題，促使學(xué)生思考物理知識(shí)的應(yīng)用對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。例如，以近期熱門(mén)的智能無(wú)人駕駛汽車的能量轉(zhuǎn)化和安全問(wèn)題為情境，讓學(xué)生思考能源利用和社會(huì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3" 真實(shí)情境下物理試題分析

情境類物理試題可以分為兩種：（1）學(xué)習(xí)探索類；（2）生活實(shí)踐類；學(xué)習(xí)探索類主要源自教材中的物理情境及模型：包括連接體模型、傳送帶模型、等時(shí)圓模型、板塊模型、人船模型、單雙棒模型等。生活實(shí)踐類則是將物理模型和實(shí)際的生產(chǎn)生活相結(jié)合。

3.1" 近三年福建高考物理真題情境分析（表1）

3.2" 學(xué)習(xí)探索類情境試題

3.2.1兩道“相似”情境試題的類比

例1：如圖1，一足夠長(zhǎng)的水平傳送帶沿順時(shí)針?lè)较蛞詖0勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳送帶左端A處無(wú)初速度地輕放一質(zhì)量為m的小物塊，小物塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求小物塊從A端運(yùn)動(dòng)到B端過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q和消耗的電能E。

聯(lián)立Q=f·s，f=μmg，s=s-s=v0t-t，t==，得Q=mv，由動(dòng)能定律f·s=mv-0，得物塊獲得的動(dòng)能Ek=mv，由能量守恒得消耗的電能E=Q+mv=mv。

本題的特殊情況是Q和Ek數(shù)值相等，這是因?yàn)閟=s，但在教學(xué)中應(yīng)該和學(xué)生強(qiáng)調(diào)摩擦生熱與相對(duì)路程有關(guān)，而摩擦力做功與對(duì)地路程有關(guān)，如果滑塊有初速度，則Q≠Ek，所以搞清楚基本概念非常重要。本題考查了核心素養(yǎng)中的物理觀念。

例2：如圖2所示，水平足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)電軌道，寬度為L(zhǎng)，存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，左側(cè)接有電動(dòng)勢(shì)為E的電源，一根質(zhì)量為m、長(zhǎng)度略大于L的金屬棒垂直導(dǎo)軌靜置，與導(dǎo)軌接觸良好，回路中除了電阻R外其他電阻不計(jì)，求從閉合開(kāi)關(guān)S到金屬棒穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電阻R產(chǎn)生的熱量Q和消耗的電能E。

聯(lián)立i=和m=BiL得v=-e+和i=e，從速度式子可以看出當(dāng)t→+∞時(shí)金屬棒的穩(wěn)定速度vm=。電阻R產(chǎn)生的熱量Q=iRdt=edt=-（e）│=，金屬棒穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的動(dòng)能Ek=mv=，這里Q和Ek數(shù)值也相等，由能量守恒得消耗的電能E=Q+Ek=。

例1是力學(xué)試題，例2電磁感應(yīng)試題。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這兩道情境試題具有某些“相似”性：都是消耗電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和熱量，且動(dòng)能和熱量的數(shù)值相等。從弄懂例1到會(huì)做例2體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維。由此得到教學(xué)啟發(fā)：教師在試題教學(xué)中，精心選擇兩道相似或相近情境的試題，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，同時(shí)可以起到“舉一反三”“多題一解”“觸類旁通”的高效教學(xué)效果，有助于學(xué)生掌握問(wèn)題的來(lái)龍去脈，加速?gòu)哪７碌届`活運(yùn)用的過(guò)程，有利于全面提高學(xué)生的思維能力[ 2 ]。

3.2.2 對(duì)熟悉的模型改編的高考情境試題

金屬棒沿著導(dǎo)軌在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，有以下兩種受恒力F的情境模型：?jiǎn)伟裟Ｐ停▓D3）和雙棒模型（圖4）。結(jié)論是：圖3單棒最終F=F，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；圖4雙棒最終以相同的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

2023年湖南卷的一道有關(guān)電磁感應(yīng)的高考題：如圖5所示，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，兩導(dǎo)軌傾斜且與水平面成θ角，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直于導(dǎo)軌面斜向上.質(zhì)量都為m、電阻都為R的a、b金屬棒垂直導(dǎo)軌放置。

（1）先使b棒靜止，將a棒靜止釋放，求a棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v0；

（3）從b棒釋放瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0，雙棒正好達(dá)到共同的速度v，求速度v，以及時(shí)間t0內(nèi)a棒相對(duì)于b棒運(yùn)動(dòng)的距離Δx。

本題的（1）和（3）問(wèn)就是分別對(duì)以上兩種模型變形后進(jìn)行考察：（1）問(wèn)將情境模型中水平軌道改為傾斜軌道，只需將情境中的恒力F用mgsinθ 替代即可。（3）問(wèn)將情境中只有一根棒受恒力改為雙棒都受恒力mgsinθ，通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析，雙棒最終仍是以相同的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用動(dòng)量定律求解。

高考物理試題是命題專家集體智慧的結(jié)晶，它源于教材，但又不完全相同，通常是相類似的情境但題設(shè)條件略有變化，這體現(xiàn)了高考命題的高水平和創(chuàng)新性。教學(xué)啟示：教師在課堂上要多角度地創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、拓展挖掘更多經(jīng)典物理模型的變形，以達(dá)到“弄懂一個(gè)物理模型，會(huì)做一類物理試題”的高效教學(xué)效果。這里體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維。

3.3" 生活實(shí)踐類情境試題

2017年天津卷的一道關(guān)于電磁炮的試題：電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來(lái)研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁炮示意如圖6，圖中電源電動(dòng)勢(shì)為E，電容為C。兩根水平的光滑平行金屬導(dǎo)軌寬度為l。一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN可視為炮彈。首先開(kāi)關(guān)S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直于導(dǎo)軌平面（圖中未畫(huà)出），MN受到安培力向右加速運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到最大后離開(kāi)導(dǎo)軌。求：（1）磁場(chǎng)方向；（2）MN剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a；（3）MN離開(kāi)導(dǎo)軌后電容器剩余的電荷量Q。

本試題將“單棒加電容”的物理模型結(jié)合電磁軌道炮情境進(jìn)行考察，是一道很好的生活實(shí)踐類情境試題?；陔姶排谠谲娛隆⒑教斓阮I(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，可以讓學(xué)生思考如何提高電磁炮的發(fā)射速度、減少電磁炮能源的消耗和對(duì)環(huán)境的潛在影響等。讓學(xué)生感受到所學(xué)的物理知識(shí)不止停留在紙面上，更是和實(shí)際生活息息相關(guān)。這里體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

這道高考情境題有一個(gè)值得討論的問(wèn)題：如果求解電磁炮的最終速度v，從動(dòng)量角度：聯(lián)立：BlΔQ=mv-0，ΔQ=CE-CU，U=Blv得v=。從能量角度：聯(lián)立：CE2=CU2+mv2，U=Blv得v=E。兩種方法得出不一樣的結(jié)果！經(jīng)過(guò)激烈討論和深思熟慮，發(fā)現(xiàn)用動(dòng)量解題，無(wú)論回路有無(wú)電阻，過(guò)程和最終結(jié)果都不含電阻R，但有無(wú)電阻R從能量角度就不一樣了。因此提出猜想：?jiǎn)栴}出在電阻R上，如果算上電阻R上的焦耳熱Q=，從能量角度也得到v=，回路中如果沒(méi)有電阻，用動(dòng)量做題雖不影響結(jié)果，但沒(méi)有電阻R釋放焦耳熱，從能量角度考慮，就沒(méi)法解釋這部分能量的去向，這樣的情境試題犯了科學(xué)性錯(cuò)誤。仔細(xì)閱讀本高考試題，發(fā)現(xiàn)金屬棒有電阻R，這彰顯了高考出題的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性。還有個(gè)問(wèn)題值得關(guān)注：通過(guò)計(jì)算電磁炮的速度隨時(shí)間的函數(shù)為v=1-e，從理論上達(dá)到最終速度v=需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間，所以這類情境試題在時(shí)間上的數(shù)值要有一定科學(xué)性。從本情境試題中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出猜想，進(jìn)而解決問(wèn)題的過(guò)程體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究。

4" 結(jié)語(yǔ)

總之高考物理情境試題以其豐富多樣的形式和緊密聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，有效地考查了學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)。在未來(lái)的物理教學(xué)中，教師應(yīng)充分重視情境試題的導(dǎo)向作用，不斷更新教學(xué)理念和方法，將物理知識(shí)與真實(shí)情境有機(jī)融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。同時(shí)，教育部門(mén)和命題者也應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化情境試題的設(shè)計(jì)，使其更具科學(xué)性、創(chuàng)新性和教育性，更好地服務(wù)于人才選拔和培養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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