品高考真題 探教學(xué)新法

北京高考物理試卷已連續(xù)三年把對(duì)萬有引力考查的情境放到宇宙大尺度上了.2024年第19題以宇宙膨脹為模型引導(dǎo)考生分析宇宙密度、探究星體能量規(guī)律、解釋哈勃定律；2023年第24題以螺旋星系為背景考查學(xué)生對(duì)暗物質(zhì)的猜想；2022年第19題以地球“流浪\"到新的公轉(zhuǎn)軌道為問題情境.這三年的考題設(shè)置角度新穎，考查方式多樣，引導(dǎo)考生由淺入深、由表及里地分析和解決問題，聚焦理性思維，體現(xiàn)了新高考綜合改革背景下的“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基\"的命題特點(diǎn).本文通過對(duì)這三道題的綜合賞析，尋找共性特點(diǎn)，探索有效的教學(xué)策略.

1 原題再現(xiàn)

例1（2024年北京卷第19題）科學(xué)家根據(jù)天文觀測(cè)提出宇宙膨脹模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物質(zhì)（星體等）在做彼此遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，且質(zhì)量始終均勻分布，在宇宙中所有位置觀測(cè)的結(jié)果都一樣.以某一點(diǎn) O 為觀測(cè)點(diǎn)，以質(zhì)量為 的小星體（記為 P ）為觀測(cè)對(duì)象.當(dāng)前 P 到 O 點(diǎn)的距離為 ，宇宙的密度為 （1）求小星體 P 遠(yuǎn)離到 處時(shí)宇宙的密度 ρ

（2）以 O 點(diǎn)為球心，以小星體 P 到 O 點(diǎn)的距離為半徑建立球面 P 受到的萬有引力相當(dāng)于球內(nèi)質(zhì)量集中于 O 點(diǎn)對(duì) P 的引力.已知質(zhì)量為 和 、距離為R 的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力勢(shì)能 為引力常量.僅考慮萬有引力和 P 遠(yuǎn)離 O 點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng).

a.求小星體 P 從 處遠(yuǎn)離到 處的過程中動(dòng)能的變化量 ：

b.宇宙中各星體遠(yuǎn)離觀測(cè)點(diǎn)的速率 滿足哈勃定律 v= Hr ，其中 r 為星體到觀測(cè)點(diǎn)的距離， H 為哈勃系數(shù). H 與時(shí)間 有關(guān)，但與 r 無關(guān)，分析說明 H 隨 增大還是減小.

答案 ρ.（2）a.△Ek= b.H隨 增大而減小.

例2（2023年北京卷第20題）螺旋星系中有大量恒星和星際物質(zhì)，主要分布在半徑為 R 的球體內(nèi)，球體外僅有極少的恒星.球體內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量為 M ，可認(rèn)為均勻分布，球體內(nèi)外所有恒星都繞星系中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，恒星到星系中心的距離為 r ，引力常量為 G

（1）求 rgt;R 區(qū)域的恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小 與 r 的關(guān)系.

（2）根據(jù)電荷均勻分布的球殼內(nèi)試探電荷所受庫侖力的合力為零，利用庫侖力與萬有引力的表達(dá)式的相似性和相關(guān)力學(xué)知識(shí)，求 r?R 區(qū)域的恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小 與 r 的關(guān)系.

（3）科學(xué)家根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到此螺旋星系中不同位置的恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小 隨 r 的變化關(guān)系圖像，如圖1所示，根據(jù)在 rgt;R 范圍內(nèi)的恒星速度大小幾乎不變，科學(xué)家預(yù)言螺旋星系周圍（ rgt;R ）存在一種特殊物質(zhì)，稱之為暗物質(zhì).暗物質(zhì)與通常的物質(zhì)有引力相互作用，并遵循萬有引力定律，求 r = n R 內(nèi)暗物質(zhì)的質(zhì)量

答案 R.（3）M'= （ n - 1 ） M

例3 （2022年北京卷第19 題）利用物理模型對(duì)問題進(jìn)行分析，是重要的科學(xué)思維方法.

（1）某質(zhì)量為 的行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓，在近日點(diǎn)速度為 ，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度為 .求從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)過程中太陽對(duì)行星所做的功 W

（2）設(shè)行星與恒星的距離為 r ，請(qǐng)根據(jù)開普勒第三定律 ）及向心力相關(guān)知識(shí)，證明恒星對(duì)行星的作用力 F 與 r 的平方成反比.

（3）宇宙中某恒星質(zhì)量是太陽質(zhì)量的2倍，單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的能量是太陽的16倍.設(shè)想地球“流浪”后繞此恒星公轉(zhuǎn)，且在新公轉(zhuǎn)軌道上的溫度與“流浪\"前一樣.地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為 ，繞此恒星公轉(zhuǎn)的周期為 ，求

答案 .（2）略.（3） ：

2 綜合賞析

近幾年北京高考題一直緊扣“核心價(jià)值金線”“能力素養(yǎng)銀線”“情境載體串聯(lián)線”三線邏輯，堅(jiān)持“無價(jià)值，不入題；無思維，不命題；無情境，不成題；無任務(wù)，不立題\"四項(xiàng)原則，重點(diǎn)關(guān)注信息獲取與加工、邏輯推理與論證、科學(xué)探究與思維建模、批判性思維與辯證思維、語言組織與表達(dá)等五個(gè)關(guān)鍵能力.將考查的重點(diǎn)放在學(xué)生的思維品質(zhì)以及學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力上.下面對(duì)這三道題從問題情境、任務(wù)設(shè)計(jì)、素養(yǎng)指向與思維路徑、考查方向與學(xué)業(yè)水平、價(jià)值導(dǎo)向五方面做系統(tǒng)分析（如表1）.

3共性特點(diǎn)

近三年的試題，很好地體現(xiàn)了北京試題的命題特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)、回歸本質(zhì)、關(guān)注思維、突出素養(yǎng).

3.1強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，關(guān)注對(duì)物理觀念的考查

北京高考題一直致力于引導(dǎo)中學(xué)回歸以物理觀念為核心的物理本質(zhì)教學(xué)，多年來堅(jiān)持考查考生對(duì)概念規(guī)律的理解、運(yùn)用物理觀念解釋自然現(xiàn)象的能力，評(píng)價(jià)考生物理觀念的發(fā)展水平.2024年第19題第（2）問中的求小星體 P 從 處遠(yuǎn)離到 處的過程中動(dòng)能的變化量 和2022年第19題的第（1）問求從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)過程中太陽對(duì)行星所做的功W，均是考查學(xué)生從能量觀的視角解釋自然現(xiàn)象的能力，均可從動(dòng)能定理和能量守恒定律兩方面來分析解決問題.而2023年第20題的第（3）問和2022年第19題的第（2）問、第（3）問則均需要建立勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，2024年第19題第（3）問則是探究星體遠(yuǎn)離過程中的速度變化特點(diǎn)，這些都需要學(xué)生有良好的運(yùn)動(dòng)觀念，能靈活運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，建立適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)模型解決真實(shí)問題.

3.2 回歸本質(zhì)，突出對(duì)科學(xué)思維的考查

物理模型是物理規(guī)律和物理理論賴以建立的基礎(chǔ).北京高考試題一直堅(jiān)持對(duì)模型建構(gòu)、科學(xué)推理論證的考查，通過檢驗(yàn)考生對(duì)學(xué)科思維方法的靈活運(yùn)用，真正檢驗(yàn)出考生的關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng).2024年第19題第（1）問需要建立宇宙膨脹模型；2023年第20題第（2）問需要類比遷移靜電場(chǎng)的球殼模型；2022年第19題則需要遷移球體輻射模型.學(xué)生要想正確解答這些題目，需要熟練掌握高中物理的常見模型，并能進(jìn)行有效的遷移應(yīng)用，

3.3 設(shè)問靈活，體現(xiàn)核心素養(yǎng)不同水平的考查和區(qū)分

基于問題情境的多層次設(shè)問和問題解決思路的多角度設(shè)計(jì)，一直是區(qū)分學(xué)生的物理學(xué)科能力發(fā)展水平的有效方式.比如2023年第20題是圍繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)這一情境，從不同的層次進(jìn)行設(shè)問的，第（1）問學(xué)生遷移熟悉常見的天體做圓周運(yùn)動(dòng)的情境就可以解決問題，第（2）問則需要學(xué)生遷移電場(chǎng)的知識(shí)解決問題，第（3）問雖然還是要建立圓周運(yùn)動(dòng)模型，但需要學(xué)生能夠結(jié)合圖像信息和前兩問的邏輯猜想暗物質(zhì)的存在方式，建立合理的情境解決問題.這樣有明顯梯度的三問，能夠讓不同水平的學(xué)生都有展示的機(jī)會(huì)，幫助所有學(xué)生樹立信心的同時(shí)，增加了試卷的區(qū)分度，有利于引導(dǎo)一線教學(xué)重視對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)2022年第19題則是對(duì)同一主題從不同角度設(shè)問的，第（1）問從能量觀角度進(jìn)行設(shè)問，第（2）問從科學(xué)推理論證的角度設(shè)問，第（3）問從模型建構(gòu)的角度設(shè)問，進(jìn)而考查學(xué)生的知識(shí)理解水平和思維的靈活性、可視性、過程性和規(guī)范性.

4教學(xué)啟示

本輪高考綜合改革核心文件，包括課程標(biāo)準(zhǔn)和高考評(píng)價(jià)體系等，均對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)的重要性和優(yōu)先性做了充分的強(qiáng)調(diào)，要求把考查的重點(diǎn)放在學(xué)生的思維品質(zhì)和綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實(shí)際問題的能力上，聚焦于思維過程和思維品質(zhì)的考查.這就要求我們?cè)诮虒W(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)思維的可視化、過程化和規(guī)范化，也即我們所說的思維品質(zhì)“三化”.

“思維可視化”是指要將思維或能力清晰地整理和呈現(xiàn)出來.“思維過程化”是指要對(duì)思維或關(guān)鍵能力進(jìn)行分解，尤其是要對(duì)它的過程進(jìn)行分解，嚴(yán)格界定每一個(gè)思維或關(guān)鍵能力的過程形式、關(guān)鍵方法以及構(gòu)成要素，讓思維成為一種可認(rèn)識(shí)、可學(xué)習(xí)、可操作的實(shí)在之物.“思維規(guī)范化”是指我們的思維或能力必須是專業(yè)、正確和準(zhǔn)確的.

在后期高三復(fù)習(xí)中我們應(yīng)該如何做呢？

在知識(shí)的梳理中，我們可以摒棄原來的以教師講授、學(xué)生記錄為主的授課方式，讓學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生清楚知識(shí)的來龍去脈，形成系統(tǒng)的知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)化的思維方式，圖2為學(xué)生自主建構(gòu)的電動(dòng)勢(shì)的知識(shí)體系.

在題目的選擇中，我們可以打破原有選擇成題的方式，使用未經(jīng)過多次抽象的原始問題，促進(jìn)學(xué)生完成整個(gè)建模的過程.比如在復(fù)習(xí)動(dòng)量定理時(shí)可以讓學(xué)生計(jì)算一個(gè)雞蛋從20層樓下落到地面上時(shí)對(duì)地面的沖擊力.學(xué)生要解決這一真實(shí)問題需要確定研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際情境對(duì)雞蛋的質(zhì)量和下落高度進(jìn)行合理估算，建立適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)模型，在分析雞蛋與地面接觸時(shí)間時(shí)還可以結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)不同的模型（勻速直線運(yùn)動(dòng)與勻變速直線運(yùn)動(dòng)）進(jìn)行分析比較，最后選擇恰當(dāng)?shù)奈锢聿呗越鉀Q問題，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行論證評(píng)估.解決原始問題需要學(xué)生對(duì)概念有深人的理解，這類問題的設(shè)置一方面提升了學(xué)生的模型建構(gòu)能力，另一方面也促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí).

在習(xí)題的講解中，我們可以改變?cè)械闹魂P(guān)注結(jié)果、答案的講題方式，借助解題清單（如圖3），讓學(xué)生清晰“審什么”一—審研究對(duì)象、運(yùn)動(dòng)過程、關(guān)鍵詞語、隱含信息.再領(lǐng)著學(xué)生進(jìn)行“逐字逐句”分析，讓學(xué)清楚“怎么想”一想運(yùn)動(dòng)過程、中間變量、條件細(xì)節(jié)，形成建構(gòu)模型、分析受力、運(yùn)用規(guī)律解決問題的思維程序.而后領(lǐng)著學(xué)生逐步推進(jìn)的是“寫出來”—一要有過程、有規(guī)范.最后要領(lǐng)著學(xué)生“品一品”— 讓題目與知識(shí)連接起來，題目與思維方法連接起來.通過解題清單讓學(xué)生的思維過程可視化、顯性化，幫助學(xué)生將思維過程理清楚、想明白、寫規(guī)范.

在平時(shí)的教學(xué)中，我們只有通過精心選題、規(guī)范方法講解、真題示例以及相應(yīng)的專項(xiàng)訓(xùn)練，讓學(xué)生自主建構(gòu)、獨(dú)立思考、規(guī)范完成，使思維過程化、可視化和規(guī)范化，這樣才有可能取得顯著成效.

本文系北京物理學(xué)會(huì)2022—2023年度教育教學(xué)科研一般立項(xiàng)課題《科學(xué)實(shí)踐視域下的“實(shí)踐物理課程”的開發(fā)與實(shí)踐》（課題編號(hào)WLXH222004）的研究成果.

（完）